Industrijska automatizacija Motor Knowledge Primer

Električni motor se sastoji od rotora smještenog u rotirajućem magnetskom polju. Pod uticajem ovog rotirajućeg magnetnog polja, rotor dobija obrtni moment, što dovodi do njegovog okretanja. Asinhroni motori rade u širokom rasponu snage, od nekoliko vati do desetina hiljada kilovata, dajući snagu za raznu mehaničku opremu i kućne aparate.
Električni motor (koji se obično naziva "motor") je elektromagnetski uređaj koji pretvara ili prenosi električnu energiju na osnovu principa elektromagnetne indukcije. Njegova primarna funkcija je stvaranje pogonskog momenta, služeći kao izvor energije za električne uređaje ili raznu mehaničku opremu.
Primarna funkcija generatora je pretvaranje električne energije u mehaničku energiju.

 

 

Elektromotor se prvenstveno sastoji od namotaja elektromagneta ili raspoređenih namotaja statora za generiranje magnetnog polja, rotirajuće armature ili rotora i drugog pribora. Pod uticajem rotirajućeg magnetnog polja proizvedenog od namotaja statora, struja teče kroz aluminijumski okvir armaturnog-kaveza. Ova struja stupa u interakciju s magnetskim poljem, uzrokujući rotaciju armature.

 

 

 

 

Stator (stacionarni dio) Jezgro statora: Komponenta magnetnog kola motora na koju su montirani namotaji statora; Namotaji statora: Električno kolo motora, kroz koje teče trofazna naizmjenična struja koja stvara rotirajuće magnetsko polje; Okvir: Osigurava jezgro statora i poklopce prednjeg/zadnjeg kraja za podupiranje rotora, istovremeno pružajući zaštitu, rasipanje topline i druge funkcije;

 

Rotor (rotirajući dio)
Jezgro rotora: Služi kao dio magnetnog kola motora i sadrži namotaje rotora unutar svojih proreza;
Namotaji rotora: Presijecajte rotirajuće magnetsko polje statora kako biste generirali indukovanu elektromotornu silu i struju, proizvodeći elektromagnetski moment koji pokreće rotaciju motora;

【Animacija na principu motora】
Motor sa trajnim magnetom ▼

DC motor ▼

Kvantni magnetni motor ▼

Jednofazni indukcioni motor ▼

Princip rada koračnih motora ▼

Balans Motor ▼

Princip generiranja električne struje ▼

Trofazni stator ▼

Mali električni motor ▼

Motorni križ-Presjek ▼

Elektromotor ▼

DC motori▼

Razlike između popravka motora s promjenjivom frekvencijom i konvencionalnih motora

Metode popravka za motore promjenjive frekvencije su u osnovi iste kao i za konvencionalne motore. Međutim, zbog jedinstvenih karakteristika izvora napajanja promjenjivom frekvencijom, zahtjevi za izolacijom za namotaje motora promjenjive frekvencije su stroži nego za konvencionalne motore. Za poboljšanje uslova izolacije treba preduzeti sledeće mere:

1. Odaberite elektromagnetnu žicu sa odličnom otpornošću na koronu kako biste ispunili zahtjeve motora za izdržavanje visoko-impulsa i djelomičnog pražnjenja.

Obično se koristi poliesterimidna/poliamideimid kompozitna emajlirana žica ili korona{0}}otporna elektromagnetna žica.

2. Tehnike konstrukcije namotaja i umetanja utora.

Strogo upravljanje je neophodno tokom procesa namotavanja, umetanja utora i vezivanja za motore promenljive frekvencije. Posebnu pažnju treba obratiti na sprečavanje oštećenja provodnika tokom namotavanja i umetanja utora. Umetanje utora mora osigurati pravilno postavljanje izolacije utora, fazne izolacije i slojeve -do-slojne izolacije. Za faznu izolaciju treba koristiti materijale u koje lako prodire izolacijski lak. Krajevi zavojnica moraju biti ojačani vezivanjem i osiguranjem kako bi se osiguralo da čine integralnu jedinicu.

Pojačana izolacija na dnu proreza motora, između faza, između slojeva i na početnom/krajnjem zavoju zavojnice povećava dielektričnu čvrstoću motora.

3. Glavna izolacija mora koristiti izolaciju-bez zazora.

Vazdušni otvori unutar izolacijske strukture motora promjenjive frekvencije su primarni uzrok koronskog pražnjenja. Kako bi se osiguralo odsustvo zračnih praznina u cjelokupnoj izolacijskoj strukturi, prema nacionalnom standardu GB/TZ1707-2008 "Specifikacije izolacije za trofazne asinhrone motore za kontrolu brzine promjenjive frekvencije", upotrijebljeni lak za impregnaciju ne smije biti niži od F{{4} bez sadržaja rastvora i bez sadržaja vol. VPI proces se mora koristiti. Ovaj proces također poboljšava ukupnu mehaničku čvrstoću izolacijske strukture.

4. Osigurajte pravilno podudaranje između pretvarača, kablova i motora i ograničite dužinu kablova između motora i izvora napajanja.

Zbog neusklađenosti impedancije u električnim vodovima, amplituda prenapona na kraju motora raste s dužinom kablova između pretvarača i motora, što lako može uzrokovati djelomično pražnjenje. Stoga, na osnovu specifičnih karakteristika napajanja promjenjivom frekvencijom i stvarnih zahtjeva, dužinu priključnog kabela treba minimizirati što je više moguće kako bi se smanjila amplituda prenapona na kraju motora i količina djelomičnog pražnjenja, čime bi se produžio vijek trajanja motora. Energetski kablovi za motore promenljive frekvencije uglavnom koriste specijalizovane kablove, takođe poznate kao kablovi promenljive frekvencije sa simetričnim provodnicima, koji su iz 3P+3N/E serije. To znači da originalna 3+1 konfiguracija dijeli jedan neutralni provodnik na tri odvojena provodnika.

Koračni motor

 

Slika 1.1 ilustruje princip rada dvofaznog koračnog motora, koji ima dva namotaja. Kada je jedan namotaj pod naponom, njegov pol statora stvara magnetsko polje koje privlači rotor da se poravna s ovim polom. Ako se namotaji napajaju u nizu pod kontrolnim impulsima-koji kruže kroz stanja A`A→B`B→`AA→`BB-motor se okreće u smjeru kazaljke na satu. Kada je pod naponom u nizu A`A→`BB→`AA→B`B, motor se rotira u smjeru suprotnom od kazaljke na satu. Svaki kontrolni impuls mijenja smjer napajanja, uzrokujući da se motor pomjeri za jedan korak (90 stupnjeva). Četiri impulsa završavaju jednu punu rotaciju. Veća frekvencija impulsa rezultira bržom rotacijom motora.
Izlazni obrtni moment koračnog motora je proporcionalan efektivnoj zapremini motora, zavojima zavojnice, magnetnom toku i struji. Stoga, veća efektivna zapremina, više okreta zavojnice i manji zračni razmak između statora i rotora rezultiraju većim obrtnim momentom, i obrnuto.

Slika. 1 Šematski dijagram dvofaznog koračnog motora

Fig. 2 Strukturni dijagram mehanizma koračnog motora

Struktura koračnog motora sastoji se od rotora (jezgra rotora, trajni magnet, osovina, kuglični ležajevi), statora (namotaja, jezgra statora) i prednjeg i stražnjeg kraja. Najtipičniji dvo-fazni hibridni koračni motor ima stator sa 8 velikih zuba i 40 malih zuba, dok rotor ima 50 malih zuba. Stator trofaznog motora ima 9 velikih zuba i 45 malih zuba, a rotor također ima 50 malih zuba.

Broj faza koračnog motora odnosi se na broj grupa zavojnica unutar motora. Uobičajeni tipovi uključuju dvo-fazne, tro-fazne, četvero-fazne i pet-fazne koračne motore. Različiti broj faza rezultira različitim uglovima koraka: tipično, dvofazni motori imaju uglove koraka od 0,9 stepeni /1,8 stepeni, trofazni motori imaju 0,75 stepeni /1,5 stepena, a petofazni motori imaju 0,36 stepeni /0,72 stepena. Bez drajvera za mikrokoračenje, korisnici prvenstveno biraju koračne motore sa različitim fazama kako bi zadovoljili njihove potrebne specifikacije ugla koraka. Kada koristite drajver za mikrokoračenje, 'broj faza' postaje irelevantan; korisnici mogu jednostavno podesiti rezoluciju mikrokoraka na drajveru kako bi promijenili ugao koraka.

Bilo da je u pitanju dvo{0}}četvorofazni-, četvero-petofazni-ili četvero-fazni šestožični-koračni motor, unutrašnja konstrukcija ostaje konzistentna. Razlika između konfiguracija sa četiri{7}}, pet{8}} ili šest{9}} žica zavisi od toga da li parovi A i ~A, ili parovi B i B~, dijele zajedničku terminalnu (COM) vezu. Ako i A i B grupe imaju svoje namjenske COM terminale, motor je šest-žičan. Ako su zajednički terminali za A i B povezani zajedno, to je pet-žičnih.

Stoga, da biste odredili konfiguraciju ožičenja koračnog motora, jednostavno odvojite A i B grupe i testirajte ih multimetrom.

Četiri-žice:Pošto ne postoji zajednička (COM) žica u konfiguraciji sa četiri-žice, A i B grupe su potpuno izolirane i ne-provodljive jedna za drugu. Dakle, kada se testira multimetrom, jedna grupa neće pokazati kontinuitet.

Pet-žica:U konfiguraciji sa pet{0}}žiča, zajednički terminali A i B grupa su povezani zajedno. Prilikom testiranja s multimetrom, ako jedna žica pokazuje vrijednost otpora sličnu ostalim žicama, ta žica je zajednički terminal. Za pogon koračnog motora sa pet-žica, zajednički terminal može ostati nepovezan i motor će i dalje raditi.

Šest{0}}žica:Zajednički terminali grupa A i B nisu povezani. Slično, korištenjem multimetra za mjerenje otpora, ako jedna žica pokazuje identičan otpor kao druge dvije žice, ta žica je com terminal, a druge dvije žice čine grupu. Za pogon četvoro-faznog šestožičnog-motora koračnog motora, motor se također može pokretati bez povezivanja dva uobičajena com terminala.

Koncepti povezani sa koračnim motorom:

Broj faza: Broj parova uzbudnih zavojnica koji generišu različite parove N i S magnetnih polova. Obično se označava sa m.

Broj pulsa:Broj impulsa ili provodnih stanja potrebnih da se završi jedan ciklus magnetnog polja, označen sa n. Alternativno, odnosi se na broj impulsa potrebnih da bi se motor rotirao za jedan kut nagiba. Na primjer, u četverofaznom motoru:

Ugao koraka:Ugaoni pomak rotora motora koji odgovara jednom impulsnom signalu, označen sa θ. θ=360 stepeni / (zubi rotora J × radni broj otkucaja). Za konvencionalne dvo- ili četvoro-fazne motore sa 50 zubaca rotora: U četvoro-faznom radu, ugao koraka je θ=360 stepen /(50*4)=1.8 stepen (obično se naziva puni korak). U operaciji sa osam-faza, ugao koraka je θ=360 stepen /(50*8)=0.9 stepen (obično se naziva pola koraka).

Obrtni moment:Inherentni moment zaključavanja rotora motora kada je bez{0}}napona (uzrokovano harmonicima profila zubaca magnetnog polja i mehaničkim greškama).

statički obrtni moment:Moment zaključavanja na osovini motora kada je motor pod nominalnom statičkom električnom silom, ali se ne okreće. Ovaj moment služi kao standard za procjenu veličine motora (geometrijskih dimenzija) i neovisan je od napona pogona ili napajanja.

Pogon koračnog motora:Vožnja koračnog motora u suštini uključuje naizmjenično primjenu kontinuiranih impulsa na A i B grupe motora, omogućavajući motoru da radi.

Propušteni korak:Stvarni broj koraka preduzetih tokom rada motora ne odgovara teoretskom broju koraka.

primjer:Razlike između dvo-faznih i pet-faznih koračnih motora

Koračni motori su primarno klasificirani prema broju faza, pri čemu su dvo{0}}fazni i pet{1}}fazni koračni motori najšire prihvaćeni na trenutnom tržištu. Većina dvo-faznih koračnih motora može se podijeliti na maksimalno 400 jednakih koraka po okretaju, dok se peto{5}}fazni motori mogu podijeliti na 1000 jednakih koraka. Posljedično, peto{8}}fazni koračni motori pokazuju superiorne karakteristike performansi, kraće vrijeme ubrzanja/usporavanja i nižu dinamičku inerciju.

Poređenje razlika između dvo-faznih i peto-faznih koračnih motora:

1. Razlike u preciznosti upravljanja

Dvofazni hibridni koračni motori obično imaju uglove koraka od 3,6 stepeni ili 1,8 stepeni, dok peto-fazni hibridni koračni motori obično imaju uglove koraka od 0,72 stepena ili 0,36 stepeni. Neki koračni motori-visokih performansi nude čak i manje uglove koraka. Na primjer, koračni motor kompanije Sitong za sporo{9}}mašine za rezanje žice ima ugao koraka od 0,09 stepeni. Trofazni hibridni koračni motori koje proizvodi njemački Berger Lahr mogu imati svoje uglove koraka postavljene preko DIP prekidača na 1,8 stepena , 0,9 stepena , 0,72 stepena , 0,36 stepena , 0,18 stepena , 0,09 stepena , 0,09 stepena , 0,072 stepena, ili kompatibilnosti sa obe ponude dvofazni i petofazni uglovi koraka koračnog motora.

Točnost upravljanja AC servo motora je osigurana rotacijskim enkoderima. Uzimajući Panasonicove potpuno digitalne AC servo motore kao primjer, za motore opremljene standardnim enkoderima od 2500 linija, impulsni ekvivalent je 360 ​​stepeni/10000=0.036 stepeni zbog tehnologije konverzije kvadraturne frekvencije koja je interno implementirana u drajveru. Za motore opremljene 17-bitnim enkoderom, pogon prima 2¹⁷=131,072 impulsa po obrtaju, što rezultira rezolucijom impulsa od 360 stepeni / 131,072 impulsa=0.002746 stepeni po impulsu.

2. Različite nisko{1}}karakteristike

Koračni motori su skloni niskim{0}}vibracijama pri malim brzinama. Frekvencija vibracije zavisi od uslova opterećenja i performansi drajvera, što se generalno smatra polovinom početne frekvencije motora bez opterećenja. Ova niskofrekventna vibracija, svojstvena principu rada koračnih motora, veoma je štetna za normalan rad mašine. Kada koračni motori rade pri malim brzinama, treba koristiti tehnike prigušenja kako bi se ublažile vibracije niske{6}}niske frekvencije, kao što je dodavanje amortizera motoru ili korištenje tehnologije mikrokoraka u drajveru.

AC servo motori rade izuzetno glatko, ne pokazujući vibracije čak i pri malim brzinama. AC servo sistemi uključuju mogućnosti supresije rezonancije kako bi se kompenzirali nedostaci mehaničke krutosti. Dodatno, funkcija interne analize frekvencije sistema (FFT) detektuje tačke mehaničke rezonancije, olakšavajući podešavanje sistema.

3. Različite karakteristike obrtnog momenta-frekvencije

Koračni motori pokazuju smanjenje izlaznog momenta sa povećanjem brzine, doživljavajući oštar pad pri većim brzinama. Shodno tome, njihova maksimalna radna brzina je obično ograničena na 300-600 o/min. AC servo motori isporučuju konstantan obrtni moment, održavajući nazivni obrtni moment unutar svog nominalnog raspona brzine (obično 2000 ili 3000 o/min). Iznad nazivne brzine, prelaze na konstantnu izlaznu snagu.

4. Različite mogućnosti preopterećenja

Koračni motori općenito nemaju mogućnost preopterećenja. AC servo motori imaju jaku sposobnost preopterećenja. Uzimajući Panasonicov AC servo sistem kao primjer, on ima mogućnost preopterećenja brzine i momenta. Njegov maksimalni obrtni moment dostiže tri puta veći od nominalnog momenta, što mu omogućava da savlada moment inercije inercijalnog opterećenja tokom pokretanja. Koračnim motorima nedostaje ova mogućnost preopterećenja. Da bi se savladao inercijski moment tokom pokretanja, motori većeg momenta se često biraju tokom specifikacije. Međutim, tako veliki obrtni moment nije neophodan tokom normalnog rada, što rezultira gubitkom obrtnog momenta.

5. Različite operativne performanse

Koračni motori koriste otvorenu{0}}upravu. Previše visoke početne frekvencije ili prevelika opterećenja mogu uzrokovati gubitak koraka ili zastoj. Previše velike brzine tokom zaustavljanja mogu dovesti do prekoračenja. Stoga, kako bi se osigurala tačnost upravljanja, ubrzanjem i usporavanjem se mora pravilno upravljati. Sistemi AC servo pogona koriste zatvorenu{5}}upravu. Vozač direktno uzorkuje povratne signale iz enkodera motora, formirajući interne petlje položaja i brzine. Ovaj dizajn općenito izbjegava probleme s gubitkom koraka ili prekoračenjem uobičajenim kod koračnih motora, pružajući pouzdanije performanse upravljanja.

6. Različite performanse odziva brzine

Koračnom motoru je potrebno 200-400 milisekundi da ubrza od mirovanja do radne brzine (obično nekoliko stotina okretaja u minuti). AC servo sistemi pokazuju superiorne performanse ubrzanja. Na primjer, Panasonic MSMA 400W AC servo motor ubrzava iz stanja mirovanja do svoje nominalne brzine od 3000 o/min za samo nekoliko milisekundi, što ga čini pogodnim za aplikacije koje zahtijevaju brzu kontrolu -zaustavljanja.

Ukratko, AC servo sistemi nadmašuju koračne motore u brojnim aspektima performansi. Međutim, koračni motori se još uvijek često koriste kao aktuatori u manje zahtjevnim aplikacijama. Zbog toga, tokom projektovanja kontrolnog sistema, faktori kao što su zahtevi za upravljanje i troškovi moraju biti sveobuhvatno procenjeni da bi se odabrao odgovarajući motor.