En elmotor består av en rötor placerad i ett roterande magnetfält. Under påverkan av detta roterande magnetfält får rotorn ett roterande vridmoment, vilket får den att rotera. Asynkronmotorer fungerar över ett brett effektområde, från några få watt till tiotusentals kilowatt, och ger kraft till olika mekanisk utrustning och hushållsapparater.
En elmotor (vanligen kallad "motor") är en elektromagnetisk enhet som omvandlar eller överför elektrisk energi baserat på principen om elektromagnetisk induktion. Dess primära funktion är att generera drivmoment, som fungerar som en kraftkälla för elektriska apparater eller olika mekanisk utrustning.
En generators primära funktion är att omvandla elektrisk energi till mekanisk energi.
En elmotor består i första hand av en elektromagnetlindning eller fördelade statorlindningar för att generera ett magnetfält, en roterande ankare eller rötor och andra tillbehör. Under påverkan av det roterande magnetiska fältet som produceras av statorlindningarna flyter ström genom ankarets-ekorraluminiumram. Denna ström interagerar med magnetfältet, vilket får ankaret att rotera.
Stator (stationär del) Statorkärna: En komponent i motorns magnetiska krets, på vilken statorlindningarna är monterade; Statorlindningar: Motorns elektriska kretsar, genom vilka trefas växelström flyter för att generera ett roterande magnetfält; Ram: Säkrar statorns kärna och främre/bakre ändskydd för att stödja rotorn, samtidigt som det ger skydd, värmeavledning och andra funktioner;
Rotor (roterande del)
Rotorkärna: Fungerar som en del av motorns magnetiska krets och rymmer rotorlindningarna i dess slitsar;
Rotorlindningar: Skär genom statorns roterande magnetfält för att generera inducerad elektromotorisk kraft och ström, vilket producerar elektromagnetiskt vridmoment som driver motorns rotation;
【Motorprincipanimering】
Permanentmagnetmotor ▼
DC-motor ▼
Kvantmagnetisk motor ▼
Enfas-induktionsmotor ▼
Arbetsprincip för stegmotorer ▼
Balansmotor ▼
Principen för att generera elektrisk ström ▼
Tre-fas stator ▼
Motorkors-sektion ▼
Elmotor ▼
DC-motorer▼
Skillnader mellan att reparera motorer med variabel frekvens och konventionella motorer
Reparationsmetoderna för motorer med variabel frekvens är i grunden desamma som för konventionella motorer. Men på grund av de unika egenskaperna hos strömförsörjningar med variabel frekvens är isoleringskraven för motorlindningar med variabel frekvens strängare än för konventionella motorer. Följande åtgärder bör vidtas för att förbättra isoleringsförhållandena:
1. Välj elektromagnetisk tråd med utmärkt koronaresistans för att uppfylla motorns krav för att klara hög-impulser och partiell urladdning.
Vanligtvis används polyesterimid/polyamidimid-kompositemaljerad tråd eller korona-beständig elektromagnetisk tråd.
2. Konstruktionstekniker för lindning och spårinsättning.
Strikt hantering är väsentlig under lindnings-, spårinsättnings- och bindningsprocesser för motorer med variabel frekvens. Särskild uppmärksamhet måste ägnas åt att förhindra skador på ledaren under lindning och införande av spår. Spårinförande måste säkerställa korrekt placering av spårisolering, fasisolering och lager-till-lagerisolering. Fasisolering bör använda material som lätt penetreras av isoleringslack. Spoländarna måste förstärkas med bindning och säkring för att säkerställa att de bildar en integrerad enhet.
Förstärkning av isoleringen vid motorns botten, mellan faserna, mellan skikten och vid start/slutvarv av spolen förbättrar motorns dielektriska styrka.
3. Huvudisoleringen måste ha gap-fri isolering.
Luftgap i isoleringsstrukturen hos motorer med variabel frekvens är den primära orsaken till koronaurladdningar. För att säkerställa frånvaron av luftgap i den övergripande isoleringsstrukturen, enligt den nationella standarden GB/TZ1707-2008 "Isulation Specifications for Three-Phase Asynchronous Motors for Variable Frequency Speed Control", får impregneringslacken som används inte vara lägre än F-halten under 10 % vätska och lackhalt under 10 % PI vara anställd. Denna process förbättrar också den totala mekaniska styrkan hos isoleringsstrukturen.
4. Säkerställ korrekt matchning mellan växelriktaren, kablarna och motorn, och begränsa längden på kablarna mellan motorn och strömkällan.
På grund av impedansfel i kraftledningar ökar överspänningsamplituden vid motoränden med längden på kablarna mellan växelriktaren och motorn, vilket lätt kan orsaka partiell urladdning. Därför, baserat på de specifika egenskaperna hos strömförsörjningen med variabel frekvens och faktiska krav, bör längden på anslutningskabeln minimeras så mycket som möjligt för att minska överspänningsamplituden vid motoränden och mängden partiell urladdning, och därmed förlänga motorns livslängd. Kraftkablar för motorer med variabel frekvens använder vanligtvis specialkablar, även kända som symmetriska kablar med variabel frekvens, som är av 3P+3N/E-serien. Detta innebär att den ursprungliga 3+1-konfigurationen delar upp den enda nollledaren i tre separata ledare.
Stegmotor
Figur 1.1 illustrerar funktionsprincipen för en två--stegmotor, som har två lindningar. När en lindning aktiveras genererar dess statorpol ett magnetiskt fält som attraherar rotorn för att inrikta sig med denna pol. Om lindningarna aktiveras i sekvens under kontrollpulser-som cyklar genom tillstånden A`A→B`B→`AA→`BB-roterar motorn medurs. När den aktiveras i sekvensen A`A→`BB→`AA→B`B, roterar motorn moturs. Varje kontrollpuls ändrar spänningsriktningen, vilket gör att motorn rör sig ett steg (90 grader). Fyra pulser fullbordar en hel rotation. Högre pulsfrekvens resulterar i snabbare motorrotation.
Utgångsvridmomentet från en stegmotor är proportionell mot motorns effektiva volym, spolvarv, magnetflöde och ström. Därför resulterar en större effektiv volym, fler spolvarv och ett mindre luftgap mellan stator och rotor i större vridmoment och vice versa.
Fig. 2 Stegmotormekanismens strukturdiagram
Strukturen hos en stegmotor består av en rötor (rotorkärna, permanentmagnet, axel, kullager), en stator (lindningar, statorkärna) och främre och bakre ändlock. Den mest typiska två--hybridstegmotorn har en stator med 8 stora tänder och 40 små tänder, medan rotorn har 50 små tänder. En trefasmotors stator har 9 stora tänder och 45 små tänder, där rotorn också har 50 små tänder.
Fasräkningen för en stegmotor hänvisar till antalet spolgrupper i motorn. Vanligt använda typer inkluderar två-fas, trefas, trefas,-fyrfas och fem-fas stegmotorer. Olika fasräkningar resulterar i olika stegvinklar: vanligtvis har två-fasmotorer stegvinklar på 0,9 grader /1,8 grader, trefasmotorer har 0,75 grader /1,5 grader och fem-fasmotorer har 0,36 grader /0,72 grader. Utan en microstepping-drivrutin väljer användare i första hand stegmotorer med olika fasräkningar för att möta deras erforderliga stegvinkelspecifikationer. När du använder en microstepping-drivrutin blir "fasräkningen" irrelevant; användare kan helt enkelt justera microstep-upplösningen på föraren för att ändra stegvinkeln.
Oavsett om det är en stegmotor med två-fyra-, fyr-fem-trådar eller fyr-sex-stegmotorer, förblir den interna konstruktionen konsekvent. Skillnaden mellan konfigurationer med fyra-trådar, fem-trådar eller sex-trådar beror på om A- och ~A-paren, eller B- och B~-par, delar en gemensam terminal (COM)-anslutning. Om både A- och B-grupperna har sina egna dedikerade COM-terminaler, är motorn sex{11}}ledare. Om de gemensamma terminalerna för A och B är sammankopplade är det fem-trådar.
Därför, för att bestämma ledningskonfigurationen för en stegmotor, separera helt enkelt A- och B-grupperna och testa dem med en multimeter.
Fyra-trådar:Eftersom det inte finns någon gemensam (COM)-ledning i en fyr-trådskonfiguration är A- och B-grupperna helt isolerade och inte-ledande till varandra. Således, när den testas med en multimeter, kommer en grupp inte att visa någon kontinuitet.
Fem-trådar:I en fem-ledningskonfiguration är de gemensamma terminalerna för A- och B-grupperna sammankopplade. När du testar med en multimeter, om en tråd visar ett motståndsvärde som liknar de andra ledningarna, är den tråden den gemensamma terminalen. För att driva en stegmotor med fem-trådar kan den gemensamma terminalen lämnas oansluten och motorn kommer fortfarande att fungera.
Sex-trådar:De gemensamma terminalerna för A- och B-grupperna är inte anslutna. På liknande sätt, med hjälp av en multimeter för att mäta resistans, om en tråd visar identisk resistans med de andra två ledningarna, är den tråden com-terminalen och de andra två ledningarna bildar en grupp. För att driva en fyr-fas sex-stegmotor, kan motorn också drivas utan att ansluta de två vanliga com-terminalerna.
Stegmotorrelaterade koncept:
Antal faser: Antalet excitationsspolepar som genererar olika par av N- och S-magnetiska poler. Betecknas vanligen med m.
Pulsräkning:Antalet pulser eller ledande tillstånd som krävs för att slutföra en magnetfältscykel, betecknat med n. Alternativt hänvisar det till antalet pulser som behövs för att motorn ska rotera en stigningsvinkel. Till exempel, i en fyrfas-motor:
Stegvinkel:Vinkelförskjutningen av motorrotorn motsvarande en pulssignal, betecknad med θ. θ=360 grader / (rotortänder J × driftslagnummer). För konventionella två- eller fyr-fasmotorer med 50 rotortänder: I fyrfasdrift är stegvinkeln θ=360 grader /(50*4)=1.8 grader (kallas vanligen ett helt steg). I åtta-fasdrift är stegvinkeln θ=360 grader /(50*8)=0.9 grader (kallas vanligen ett halvsteg).
Hållande vridmoment:Motorrotorns inneboende låsmoment när den är urladdad (-orsakad av övertoner i magnetfälttandprofiler och mekaniska fel).
Statiskt vridmoment:Låsningsmomentet på motoraxeln när motorn är under nominell statisk elektrisk kraft men inte roterar. Detta vridmoment fungerar som en standard för att utvärdera motorstorlek (geometriska dimensioner) och är oberoende av drivspänning eller strömförsörjning.
Stegmotordrift:Att driva en stegmotor innebär i huvudsak att växelvis applicera kontinuerliga pulser till motorns A- och B-grupper, vilket gör att motorn kan fungera.
Missat steg:Det faktiska antalet steg som tagits under motordrift stämmer inte överens med det teoretiska stegräkningen.
Exempel:Skillnader mellan två-- och femfas-stegmotorer
Stegmotorer klassificeras främst efter antalet faser, där två-- och fem--stegmotorer är de mest använda på den nuvarande marknaden. De flesta två-stegmotorer kan delas upp i maximalt 400 lika steg per varv, medan fem-fasmotorer kan delas in i 1000 lika steg. Följaktligen uppvisar fem-stegmotorer överlägsna prestandaegenskaper, kortare accelerations-/retardationstider och lägre dynamisk tröghet.
Jämförelse av skillnader mellan två-- och femfas-stegmotorer:
| Två-stegmotor | Fem-fas stegmotor | |
| Upplösning | 1,8 grader /0,9 grader (200, 400 mikrosteg) | 0,72 grader/0,36 grader (500, 1000 mikrosteg), 2,5 gånger högre än två-stegmotorer |
| Vibrationsegenskaper | Låg-resonansintervall mellan 100-200 PPS, betydande vibrationer | Inga signifikanta resonanspunkter, låg vibration |
| Hastighets- och vridmomentegenskaper | Lägre hastighet | Hög hastighet, högt vridmoment |
1. Skillnader i kontrollnoggrannhet
Två-hybridstegmotorer har vanligtvis stegvinklar på 3,6 grader eller 1,8 grader, medan fem-hybridstegmotorer vanligtvis har stegvinklar på 0,72 grader eller 0,36 grader. Vissa högpresterande stegmotorer erbjuder ännu mindre stegvinklar. Till exempel har en stegmotor tillverkad av Sitong Company för långsamma-trådskärmaskiner en stegvinkel på 0,09 grader. De trefashybridstegmotorer som tillverkas av tyska Berger Lahr kan få sina stegvinklar inställda via DIP-switchar till 1,8 grader, 0,9 grader, 0,72 grader, 0,36 grader, 0,18 grader, 0,09 grader, 0,072 grader, eller 6 graders kompatibilitet med båda. två-- och fem-hybridstegare motorstegsvinklar.
Kontrollnoggrannheten för AC-servomotorer säkerställs av roterande pulsgivare. Om vi tar Panasonics helt digitala AC-servomotorer som ett exempel, för motorer utrustade med vanliga 2500-linjers pulsgivare, är pulsekvivalenten 360 grader/10000=0.036 grader på grund av kvadraturfrekvensomvandlingstekniken implementerad internt i drivrutinen. För motorer utrustade med en 17-bitars pulsgivare tar frekvensomriktaren emot 2¹⁷=131 072 pulser per varv, vilket resulterar i en pulsupplösning på 360 grader / 131 072 pulser=0.002746 grader per puls.
2. Olika lågfrekventa-egenskaper
Stegmotorer är benägna att-frekventa vibrationer vid låga hastigheter. Vibrationsfrekvensen beror på belastningsförhållanden och förarens prestanda, generellt sett anses vara hälften av motorns startfrekvens utan -belastning. Denna låg-vibration, som är inneboende i stegmotorernas driftsprincip, är mycket skadlig för normal maskindrift. När stegmotorer arbetar med låga hastigheter bör dämpningstekniker användas för att dämpa låg-vibrationer, som att lägga till dämpare till motorn eller använda mikrostepping-teknik i föraren.
AC servomotorer fungerar exceptionellt smidigt och uppvisar inga vibrationer även vid låga hastigheter. AC-servosystem har resonansdämpningsförmåga för att kompensera för mekaniska styvhetsbrister. Dessutom detekterar systemets interna frekvensanalysfunktion (FFT) mekaniska resonanspunkter, vilket underlättar systeminställning.
3. Olika vridmoment-frekvensegenskaper
Stegmotorer uppvisar minskande utgående vridmoment med ökande hastighet, och upplever ett kraftigt fall vid högre hastigheter. Följaktligen är deras maximala driftshastighet vanligtvis begränsad till 300–600 rpm. AC servomotorer levererar konstant vridmoment och bibehåller nominellt vridmoment inom sitt nominella varvtalsområde (vanligtvis 2000 eller 3000 rpm). Över märkhastigheten övergår de till konstant uteffekt.
4. Olika överbelastningsmöjligheter
Stegmotorer saknar i allmänhet överbelastningsförmåga. AC servomotorer har stark överbelastningsförmåga. Med Panasonics AC servosystem som ett exempel, har det både hastighetsöverbelastning och vridmomentöverbelastning. Dess maximala vridmoment når tre gånger det nominella vridmomentet, vilket gör att den kan övervinna tröghetsmomentet för tröghetsbelastningar under uppstart. Stegmotorer saknar denna överbelastningsförmåga. För att övervinna tröghetsmoment under uppstart, väljs ofta motorer med större vridmoment under specifikation. Emellertid är ett sådant högt vridmoment onödigt under normal drift, vilket resulterar i bortkastade vridmoment.
5. Olika operativa prestanda
Stegmotorer använder öppen-slingstyrning. Alltför höga startfrekvenser eller för höga belastningar kan orsaka stegförlust eller avstängning. För höga hastigheter under stopp kan leda till överkörning. Därför, för att säkerställa kontrollnoggrannhet, måste acceleration och retardation hanteras korrekt. AC servodrivsystem använder sluten-slingstyrning. Föraren samplar direkt återkopplingssignaler från motorkodaren och bildar interna positions- och hastighetsslingor. Denna design undviker i allmänhet de problem med stegförluster eller överskridningar som är vanliga i stegmotorer, vilket ger mer tillförlitlig kontrollprestanda.
6. Olika hastighetsresponsprestanda
En stegmotor kräver 200–400 millisekunder för att accelerera från vila till arbetshastighet (vanligtvis flera hundra rpm). AC servosystem uppvisar överlägsen accelerationsprestanda. Till exempel accelererar Panasonic MSMA 400W AC servomotor från vila till sin nominella hastighet på 3000 RPM på bara några millisekunder, vilket gör den lämplig för applikationer som kräver snabb start-stoppkontroll.
Sammanfattningsvis överträffar AC-servosystem stegmotorer i många prestandaaspekter. Men stegmotorer används fortfarande ofta som ställdon i mindre krävande tillämpningar. Därför måste faktorer som kontrollkrav och kostnad utvärderas grundligt under utformningen av styrsystemet för att välja rätt motor.