كيف يدور المحرك؟

تستهلك المحركات ما يقرب من نصف استهلاك الطاقة في العالم، لذلك يطلق على الكفاءة العالية للمحركات الإجراء الأكثر فعالية لحل مشاكل الطاقة في العالم.

بشكل عام، يشير إلى تحويل القوة الناتجة عن التيار المتدفق في المجال المغناطيسي إلى عمل دوراني، وبالمعنى الواسع، فهو يشمل أيضًا العمل الخطي.وفقًا لنوع مصدر الطاقة الذي يحركه المحرك، يمكن تقسيمه إلى محرك DC ومحرك AC.وفقا لمبدأ دوران المحرك، يمكن تقسيمها تقريبا إلى الفئات التالية.(باستثناء المحركات الخاصة)

محرك التيار المتردد AC المحرك المصقول: يُطلق على المحرك المصقول المستخدم على نطاق واسع محرك DC.يتم الاتصال بشكل تسلسلي بقطب كهربائي يسمى "الفرشاة" (جانب الجزء الثابت) و"مبدل التيار" (جانب عضو الإنتاج) لتبديل التيار، وبالتالي تنفيذ إجراء دوار.محرك DC بدون فرش: لا يحتاج إلى فرش ومبدلات، ولكنه يستخدم وظائف التحويل مثل الترانزستورات لتبديل التيار وإجراء الدوران.محرك السائر: يعمل هذا المحرك بشكل متزامن مع قوة النبض، لذلك يطلق عليه أيضًا محرك النبض.ما يميزها هو أنها يمكنها بسهولة تحقيق عملية تحديد المواقع بدقة.المحرك غير المتزامن: التيار المتردد يجعل الجزء الثابت ينتج مجالًا مغناطيسيًا دوارًا، مما يجعل الجزء الدوار ينتج تيارًا مستحثًا ويدور تحت تفاعله.محرك التيار المتردد (التيار المتردد) المحرك المتزامن: يخلق التيار المتردد مجالًا مغناطيسيًا دوارًا، ويدور الدوار ذو الأقطاب المغناطيسية بسبب الجذب.تتم مزامنة معدل الدوران مع تردد الطاقة.

فيما يتعلق بالتيار والمجال المغناطيسي والقوة أولاً، من أجل تسهيل الشرح التالي لمبدأ المحرك، دعونا نراجع القوانين/القواعد الأساسية المتعلقة بالتيار والمجال المغناطيسي والقوة.على الرغم من وجود شعور بالحنين، فمن السهل أن تنسى هذه المعرفة إذا كنت لا تستخدم المكونات المغناطيسية كثيرًا.

كيف يدور المحرك؟1) يدور المحرك بمساعدة المغناطيس والقوة المغناطيسية.حول مغناطيس دائم بعمود دوار، ① قم بتدوير المغناطيس (لإنشاء مجال مغناطيسي دوار)، ② وفقًا لمبدأ أن الأقطاب المختلفة للقطب N والقطب S تتجاذب وتتنافر نفس المستوى، ③ المغناطيس ذو سوف تدور رمح الدورية.

يتسبب التيار المتدفق في السلك في حدوث مجال مغناطيسي دوار (قوة مغناطيسية) حوله، بحيث يدور المغناطيس، وهي في الواقع نفس حالة الحركة.

بالإضافة إلى ذلك، عندما يتم لف السلك في ملف، يتم تصنيع القوة المغناطيسية، مما يشكل تدفقًا كبيرًا للمجال المغناطيسي (التدفق المغناطيسي)، مما يؤدي إلى ظهور قطب N وقطب S.بالإضافة إلى ذلك، عن طريق إدخال قلب الحديد في الموصل على شكل ملف، تصبح خطوط المجال المغناطيسي سهلة المرور ويمكن أن تولد قوة مغناطيسية أقوى.2) المحرك الدوار الفعلي هنا، كطريقة عملية لتدوير الآلة الكهربائية، تم تقديم طريقة تصنيع المجال المغناطيسي الدوار باستخدام تيار متردد ثلاثي الطور وملف.(التيار المتردد ثلاثي الطور عبارة عن إشارة تيار متردد بفاصل طور قدره 120.) وتنقسم الملفات الملفوفة حول القلب الحديدي إلى ثلاث أطوار، ويتم ترتيب ملفات U-phase وملفات V-phase وملفات W-phase على فترات من 120. الملفات ذات الجهد العالي تولد أقطاب N، والملفات ذات الجهد المنخفض تولد أقطاب S.تتغير كل مرحلة وفقًا للموجة الجيبية، وبالتالي فإن القطبية (القطب N، القطب S) التي يولدها كل ملف ومجاله المغناطيسي (القوة المغناطيسية) ستتغير.في هذا الوقت، ما عليك سوى إلقاء نظرة على الملفات التي تولد أقطاب N، وتغييرها بترتيب ملف U-phase → ملف V-phase → ملف W-phase → ملف U-phase، وبالتالي الدوران.هيكل المحرك الصغير يوضح الشكل التالي الهيكل العام والمقارنة بين المحرك المتدرج ومحرك DC المصقول ومحرك DC بدون فرش.المكونات الأساسية لهذه المحركات هي بشكل رئيسي الملفات والمغناطيس والدوارات.بالإضافة إلى ذلك، بسبب الأنواع المختلفة، يتم تقسيمها إلى نوع الملف الثابت والنوع الثابت المغناطيسي.

هنا، يتم تثبيت مغناطيس محرك الفرشاة DC من الخارج، ويدور الملف من الداخل.الفرشاة والمبدل مسؤولون عن إمداد الملف بالطاقة وتغيير اتجاه التيار.هنا، يتم تثبيت ملف المحرك بدون فرش من الخارج ويدور المغناطيس من الداخل.نظرًا لاختلاف أنواع المحركات، تختلف بنياتها حتى لو كانت المكونات الأساسية واحدة.وسيتم شرحه بالتفصيل في كل جزء.هيكل المحرك المصقول فيما يلي مظهر محرك DC المصقول الذي غالبًا ما يستخدم في النموذج، والرسم التخطيطي المنفجر للمحرك العادي ثنائي القطب (مغناطيسين) ثلاثي الفتحات (ثلاثة ملفات).ربما يتمتع الكثير من الأشخاص بخبرة تفكيك المحرك وإخراج المغناطيس.يمكن ملاحظة أن المغناطيس الدائم لمحرك DC للفرشاة ثابت، ويمكن أن يدور ملف محرك DC للفرشاة حول المركز الداخلي.الجانب الثابت يسمى "الجزء الثابت" والجانب الدوار يسمى "الدوار".

مبدأ الدوران لمحرك الفرشاة ① قم بالتدوير عكس اتجاه عقارب الساعة من الحالة الأولية. الملف A في الأعلى، لتوصيل مصدر الطاقة بالفرشاة، واترك الجانب الأيسر (+) والجانب الأيمن (-).يتدفق تيار كبير من الفرشاة اليسرى إلى الملف A عبر المبدل.هذا هو الهيكل الذي يصبح فيه الجزء العلوي (الخارجي) من الملف A هو القطب S.نظرًا لأن نصف تيار الملف A يتدفق من الفرشاة اليسرى إلى الملف B والملف C في الاتجاه المعاكس للملف A، فإن الجوانب الخارجية للملف B والملف C تصبح أقطاب N ضعيفة (يشار إليها بأحرف أصغر قليلاً في شكل).إن المجال المغناطيسي المتولد في هذه الملفات وتنافر وجذب المغناطيس يجعل الملفات تدور عكس اتجاه عقارب الساعة.② مزيد من التناوب عكس اتجاه عقارب الساعة.بعد ذلك، من المفترض أن الفرشاة اليمنى على اتصال مع مبدلين في الحالة التي يدور فيها الملف A عكس اتجاه عقارب الساعة بمقدار 30 درجة.يتدفق تيار الملف A باستمرار من الفرشاة اليسرى إلى الفرشاة اليمنى، ويحافظ الجانب الخارجي للملف على القطب S.يتدفق نفس التيار الذي يمر به الملف A عبر الملف B، ويصبح الجزء الخارجي من الملف B قطبًا N أقوى.نظرًا لأن كلا طرفي الملف C تم قصهما بواسطة الفرش، فلا يتدفق تيار ولا يتم إنشاء أي مجال مغناطيسي.وحتى في هذه الحالة، فإنه سيخضع لقوة الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة.من ③ إلى ④، يستقبل الملف العلوي باستمرار القوة المتحركة إلى اليسار، ويستقبل الملف السفلي باستمرار القوة المتحركة إلى اليمين، ويستمر في الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة.عندما يدور الملف إلى ③ و④ كل 30 درجة، عندما يقع الملف فوق المحور الأفقي المركزي، يصبح الجانب الخارجي للملف قطبًا S؛وعندما يقع الملف في الأسفل يصبح قطب N، وتتكرر هذه الحركة.بمعنى آخر، يتعرض الملف العلوي بشكل متكرر لقوة تتحرك إلى اليسار، ويتعرض الملف السفلي بشكل متكرر لقوة تتحرك إلى اليمين (كلاهما عكس اتجاه عقارب الساعة).يؤدي هذا إلى دوران الدوار دائمًا عكس اتجاه عقارب الساعة.إذا تم توصيل مصدر الطاقة بالفرشاة اليسرى المقابلة (-) والفرشاة اليمنى (+)، فسيتم إنشاء مجال مغناطيسي ذو اتجاهات متعاكسة في الملف، وبالتالي فإن اتجاه القوة المطبقة على الملف يكون أيضًا معاكسًا، ويدور في اتجاه عقارب الساعة .بالإضافة إلى ذلك، عند فصل مصدر الطاقة، سيتوقف الجزء الدوار لمحرك الفرشاة عن الدوران لأنه لا يوجد مجال مغناطيسي لإبقائه يدور.محرك بدون فرش ثلاثي الطور كامل الموجة مظهر وهيكل محرك بدون فرش ثلاثي الطور كامل الموجة

مخطط الهيكل الداخلي والدائرة المكافئة لتوصيل الملف لمحرك بدون فرش ثلاثي الطور كامل الموجة. التالي هو الرسم التخطيطي للهيكل الداخلي ومخطط الدائرة المكافئ لتوصيل الملف.يعد مخطط الهيكل الداخلي مثالًا بسيطًا لمحرك ثنائي القطب (مغناطيسين) وثلاث فتحات (3 ملفات).إنه مشابه لهيكل محرك الفرشاة بنفس عدد الأقطاب والفتحات، لكن جانب الملف ثابت ويمكن للمغناطيس أن يدور.وبطبيعة الحال، لا توجد فرشاة.في هذه الحالة، يعتمد الملف طريقة التوصيل Y، ويتم استخدام عنصر أشباه الموصلات لتزويد الملف بالتيار، ويتم التحكم في تدفق التيار الداخلي والخارجي وفقًا لموضع المغناطيس الدوار.في هذا المثال، يتم استخدام عنصر القاعة للكشف عن موضع المغناطيس.يتم ترتيب عنصر Hall بين الملفات، ويكتشف الجهد المتولد وفقًا لقوة المجال المغناطيسي ويستخدمه كمعلومات موضعية.في صورة محرك المغزل FDD الموضحة سابقًا، يمكن أيضًا ملاحظة وجود عنصر Hall (فوق الملف) بين الملف والملف لاكتشاف الموضع.عنصر القاعة هو جهاز استشعار مغناطيسي معروف.يمكن تحويل حجم المجال المغناطيسي إلى حجم الجهد، ويمكن تمثيل اتجاه المجال المغناطيسي بالموجب والسالب.

مبدأ الدوران للمحرك بدون فرش ثلاثي الأطوار كامل الموجة بعد ذلك، سيتم شرح مبدأ الدوران للمحرك بدون فرش وفقًا للخطوات ① ~ ⑥.لسهولة الفهم، تم هنا تبسيط المغناطيس الدائم من الدائري إلى المستطيل.① في الملف ثلاثي الطور، دع الملف 1 يتم تثبيته في اتجاه الساعة 12 من الساعة، ويتم تثبيت الملف 2 في اتجاه الساعة 4 من الساعة، ويتم تثبيت الملف 3 في اتجاه الساعة 8 اتجاه الساعة.دع القطب N للمغناطيس الدائم ذو القطبين يكون على اليسار والقطب S على اليمين، ويمكنه الدوران.يتدفق تيار Io إلى الملف 1 لتوليد مجال مغناطيسي على شكل S خارج الملف.يتدفق تيار Io/2 من الملف 2 والملف 3 لتوليد مجال مغناطيسي ذو قطب N خارج الملف.عندما يتم تصنيع المجالات المغناطيسية للملف 2 والملف 3 بشكل متجه، يتم إنشاء مجال مغناطيسي ذو قطب N إلى الأسفل، وهو 0.5 مرة حجم المجال المغناطيسي المتولد عندما يمر تيار Io عبر ملف واحد، وعند إضافته إلى الملف المغناطيسي مجال الملف 1 يصبح 1.5 مرة.سيؤدي ذلك إلى إنتاج مجال مغناطيسي مركب بزاوية 90 درجة بالنسبة للمغناطيس الدائم، بحيث يمكن توليد أقصى عزم دوران ويدور المغناطيس الدائم في اتجاه عقارب الساعة.عندما ينخفض ​​تيار الملف 2 ويزداد تيار الملف 3 وفقًا لموضع الدوران، فإن المجال المغناطيسي الناتج يدور أيضًا في اتجاه عقارب الساعة، ويستمر المغناطيس الدائم أيضًا في الدوران.② عند التدوير بمقدار 30 درجة، يتدفق تيار Io إلى الملف 1، بحيث يكون التيار في الملف 2 صفرًا، ويتدفق تيار Io خارج الملف 3. ويصبح الجانب الخارجي للملف 1 قطبًا S، ويصبح الجانب الخارجي للملف 3 قطبًا N.عندما يتم دمج المتجهات، يكون المجال المغناطيسي المتولد هو √3(≈1.72) مرة الذي يتم توليده عندما يمر تيار Io عبر ملف.سيؤدي هذا أيضًا إلى إنتاج مجال مغناطيسي ناتج بزاوية 90 بالنسبة إلى المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم، ويدور في اتجاه عقارب الساعة.عندما يتم تقليل تيار التدفق الداخلي Io للملف 1 وفقًا لموضع الدوران، يزداد تيار التدفق الداخلي للملف 2 من الصفر، ويزداد تيار التدفق الخارجي للملف 3 إلى Io، ويدور المجال المغناطيسي الناتج أيضًا في اتجاه عقارب الساعة، ويستمر المغناطيس الدائم في الدوران.بافتراض أن كل تيار طور هو جيبي، فإن القيمة الحالية هنا هي io× sin (π 3) = io× √ 32. من خلال التوليف المتجه للمجال المغناطيسي، يكون إجمالي المجال المغناطيسي (√ 32) 2× 2 = 1.5 مرة من المجال المغناطيسي الناتج عن الملف.※.عندما يكون كل تيار طور موجة جيبية، بغض النظر عن مكان وجود المغناطيس الدائم، فإن حجم المجال المغناطيسي المركب المتجه يكون 1.5 مرة من المجال المغناطيسي الناتج عن الملف، ويشكل المجال المغناطيسي زاوية 90 درجة بالنسبة إلى المجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم.③ في حالة الاستمرار في التدوير بمقدار 30 درجة، يتدفق تيار Io/2 إلى الملف 1، ويتدفق تيار Io/2 إلى الملف 2، ويتدفق تيار Io خارج الملف 3. ويصبح الجانب الخارجي للملف 1 هو القطب S ، يصبح الجانب الخارجي للملف 2 هو القطب S، والجانب الخارجي للملف 3 يصبح القطب N.عندما يتم دمج المتجهات، يكون المجال المغناطيسي المتولد أكبر 1.5 مرة من المجال المغناطيسي الذي يتم توليده عندما يتدفق تيار Io عبر ملف (مثل ①).هنا، سيتم أيضًا إنشاء مجال مغناطيسي اصطناعي بزاوية 90 درجة بالنسبة للمجال المغناطيسي للمغناطيس الدائم وتدويره في اتجاه عقارب الساعة.④～⑥ قم بالتدوير بنفس طريقة ① ~ ③.بهذه الطريقة، إذا تم تبديل التيار المتدفق إلى الملف بشكل مستمر وفقًا لموضع المغناطيس الدائم، فإن المغناطيس الدائم سوف يدور في اتجاه ثابت.وبالمثل، إذا كان التيار يتدفق في الاتجاه المعاكس وتم عكس المجال المغناطيسي الاصطناعي، فسوف يدور عكس اتجاه عقارب الساعة.يوضح الشكل التالي تيار كل ملف في كل خطوة من ① إلى ⑥.من خلال المقدمة أعلاه، يجب أن نكون قادرين على فهم العلاقة بين التغيير الحالي والتناوب.محرك الخطوة هو نوع من المحركات التي يمكنها التحكم في زاوية الدوران والسرعة بشكل متزامن ودقيق مع إشارة النبض.يسمى المحرك المتدرج أيضًا "محرك النبض".يتم استخدام المحرك المتدرج على نطاق واسع في المعدات التي تحتاج إلى تحديد الموقع لأنه لا يمكنه تحقيق تحديد الموقع بدقة إلا من خلال التحكم في الحلقة المفتوحة دون استخدام مستشعر الموضع.هيكل المحرك المتدرج (ثنائي القطب ثنائي الطور) في أمثلة المظهر، يتم تقديم مظاهر المحركات المتدرجة HB (الهجينة) وPM (المغناطيس الدائم).يُظهر مخطط الهيكل الموجود في المنتصف أيضًا هيكل HB و PM.محرك السائر هو هيكل ذو ملف ثابت ومغناطيس دائم دوار.الرسم التخطيطي المفاهيمي للهيكل الداخلي للمحرك المتدرج على اليمين هو مثال لمحرك PM يستخدم ملفات ثنائية الطور (مجموعتين).في مثال الهيكل الأساسي للمحرك المتدرج، يتم ترتيب الملف من الخارج ويتم ترتيب المغناطيس الدائم من الداخل.بالإضافة إلى الطورين، هناك أنواع عديدة من الملفات ذات ثلاث أطوار وخمس أطوار متساوية.بعض المحركات السائرة لها هياكل مختلفة أخرى، ولكن من أجل تقديم مبادئ عملها، تقدم هذه الورقة الهيكل الأساسي للمحركات السائرة.من خلال هذه المقالة، آمل أن أفهم أن المحرك المتدرج يعتمد بشكل أساسي على هيكل تثبيت الملف ودوران المغناطيس الدائم.مبدأ العمل الأساسي للمحرك المتدرج (الإثارة أحادية الطور) الاستخدامات التالية لتقديم مبدأ العمل الأساسي للمحرك المتدرج.① يتدفق التيار من الجانب الأيسر للملف 1 ويخرج من الجانب الأيمن للملف 1. لا تدع التيار يتدفق عبر الملف 2. في هذا الوقت، يصبح الجزء الداخلي من الملف الأيسر 1 N، والجزء الداخلي من الملف 1. يصبح الملف الأيمن 1 S.. وبالتالي، ينجذب المغناطيس الدائم الأوسط للمجال المغناطيسي للملف 1، ويتوقف في حالة الجانب الأيسر S والجانب الأيمن N.. ② أوقف التيار في الملف 1، بحيث يتدفق التيار من الجانب العلوي للملف 2 ويتدفق للخارج من الجانب السفلي للملف 2. يصبح الجانب الداخلي للملف العلوي 2 N والجانب الداخلي للملف السفلي 2 يصبح S.. المغناطيس الدائم ينجذب إلى مجاله المغناطيسي ويتوقف عن الدوران 90 درجة في اتجاه عقارب الساعة.③ أوقف التيار في الملف 2، بحيث يتدفق التيار من الجانب الأيمن للملف 1 ويتدفق للخارج من الجانب الأيسر للملف 1. يصبح الجزء الداخلي من الملف الأيسر 1 S، والجزء الداخلي من الملف الأيمن 1 يصبح N.. ينجذب المغناطيس الدائم إلى مجاله المغناطيسي، ويدور في اتجاه عقارب الساعة حتى يتوقف بمقدار 90 درجة أخرى.④ أوقف التيار في الملف 1، بحيث يتدفق التيار من الجانب السفلي للملف 2 ويتدفق للخارج من الجانب العلوي للملف 2. يصبح الجزء الداخلي من الملف العلوي 2 S، والجزء الداخلي من الملف 2 يصبح الملف السفلي 2 N.. ينجذب المغناطيس الدائم إلى مجاله المغناطيسي، ويدور في اتجاه عقارب الساعة حتى يتوقف بمقدار 90 درجة أخرى.يمكن تدوير المحرك المتدرج عن طريق تحويل التيار المتدفق عبر الملف بالترتيب أعلاه من ① إلى ④ عبر الدائرة الإلكترونية.في هذا المثال، كل إجراء تبديل سوف يقوم بتدوير المحرك المتدرج بمقدار 90. بالإضافة إلى ذلك، عندما يتدفق التيار بشكل مستمر عبر ملف معين، فإنه يمكن أن يحافظ على حالة التوقف ويجعل المحرك المتدرج يتمتع بعزم الدوران.بالمناسبة، إذا تم عكس التيار المتدفق عبر الملف، فيمكن تدوير محرك السائر في الاتجاه المعاكس.