Un motor elèctric consisteix en un rotor situat dins d'un camp magnètic giratori. Sota la influència d'aquest camp magnètic giratori, el rotor adquireix un parell de rotació, fent-lo girar. Els motors asíncrons funcionen en una àmplia gamma de potències, des d'uns pocs watts fins a desenes de milers de quilowatts, proporcionant energia per a diversos equips mecànics i electrodomèstics.
Un motor elèctric (comunament anomenat "motor") és un dispositiu electromagnètic que converteix o transmet energia elèctrica basant-se en el principi de la inducció electromagnètica. La seva funció principal és generar parell motor, servint com a font d'energia per a aparells elèctrics o diversos equips mecànics.
La funció principal d'un generador és convertir l'energia elèctrica en energia mecànica.
Un motor elèctric consisteix principalment en un bobinat d'electroimant o bobinatges d'estator distribuïts per generar un camp magnètic, una armadura o rotor giratori i altres accessoris. Sota la influència del camp magnètic giratori produït pels bobinatges de l'estator, el corrent flueix a través del marc d'alumini-de gàbia d'esquirol de l'induït. Aquest corrent interacciona amb el camp magnètic, fent que l'induït giri.
Estator (part estacionària) Nucli de l'estator: component del circuit magnètic del motor, sobre el qual es munten els bobinats de l'estator; Bobinats de l'estator: circuits elèctrics del motor, a través dels quals flueix un corrent altern trifàsic per generar un camp magnètic giratori; Marc: Assegura el nucli de l'estator i les cobertes de l'extrem davanter / posterior per suportar el rotor, alhora que proporciona protecció, dissipació de calor i altres funcions;
Rotor (part giratòria)
Nucli del rotor: serveix com a part del circuit magnètic del motor i allotja els bobinatges del rotor dins de les seves ranures;
Bobinats del rotor: tallen el camp magnètic giratori de l'estator per generar força i corrent electromotriu induïts, produint un parell electromagnètic que impulsa la rotació del motor;
【Animació del principi del motor】
Motor d'imant permanent ▼
Motor de corrent continu ▼
Motor magnètic quàntic ▼
-Motor d'inducció monofàsic ▼
Principi de funcionament dels motors pas a pas ▼
Motor d'equilibri ▼
El principi de generació de corrent elèctric ▼
Estator-trifàsic ▼
Secció transversal del motor-▼
Motor elèctric ▼
Motors de corrent continu▼
Diferències entre la reparació de motors de freqüència variable i motors convencionals
Els mètodes de reparació dels motors de freqüència variable són fonamentalment els mateixos que els dels motors convencionals. No obstant això, a causa de les característiques úniques de les fonts d'alimentació de freqüència variable, els requisits d'aïllament dels bobinats del motor de freqüència variable són més estrictes que els dels motors convencionals. S'han de prendre les mesures següents per millorar les condicions d'aïllament:
1. Seleccioneu un cable electromagnètic amb una excel·lent resistència a la corona per complir els requisits del motor per suportar polsos d'alta-freqüència i descàrrega parcial.
Normalment, s'utilitza filferro esmaltat compost de poliesterimida/poliamideimida o cable electromagnètic resistent a la corona{0}}.
2. Tècniques de construcció de bobinatge i inserció de ranures.
Una gestió estricta és essencial durant els processos de bobinat, inserció de ranures i unió per a motors de freqüència variable. S'ha de prestar especial atenció a la prevenció de danys al conductor durant la inserció de bobinatge i ranura. La inserció de la ranura ha de garantir la col·locació correcta de l'aïllament de la ranura, l'aïllament de fase i l'aïllament-a-capa a capa. L'aïllament de fase ha d'utilitzar materials fàcilment penetrats pel vernís d'aïllament. Els extrems de la bobina s'han de reforçar amb unió i fixació per assegurar-se que formen una unitat integral.
El reforç de l'aïllament a la part inferior de la ranura del motor, entre fases, entre capes i a l'inici/final dels girs de la bobina millora la rigidesa dielèctrica del motor.
3. L'aïllament principal ha d'utilitzar un aïllament lliure-de buits.
Els buits d'aire dins de l'estructura d'aïllament dels motors de freqüència variable són la causa principal de la descàrrega corona. Per garantir l'absència d'espais d'aire a l'estructura global d'aïllament, segons l'estàndard nacional GB/TZ1707-2008 "Especificacions d'aïllament per a motors asíncrons trifàsics per al control de velocitat de freqüència variable", el vernís d'impregnació utilitzat no ha de ser inferior a la classe F-con vernís sense dissolvents i per sota del 10% de vernís sense dissolvents i contingut volàtil. S'ha d'utilitzar el procés VPI. Aquest procés també millora la resistència mecànica general de l'estructura d'aïllament.
4. Assegureu-vos que l'inversor, els cables i el motor siguin adequats i limiteu la longitud dels cables entre el motor i la font d'alimentació.
A causa del desajust d'impedància a les línies elèctriques, l'amplitud de sobretensió a l'extrem del motor augmenta amb la longitud dels cables entre l'inversor i el motor, cosa que pot provocar fàcilment descàrregues parcials. Per tant, d'acord amb les característiques específiques de la font d'alimentació de freqüència variable i els requisits reals, la longitud del cable de connexió s'ha de reduir al màxim possible per reduir l'amplitud de sobretensió a l'extrem del motor i la quantitat de descàrrega parcial, allargant així la vida útil del motor. Els cables d'alimentació per a motors de freqüència variable utilitzen generalment cables especialitzats, també coneguts com a cables de freqüència variable de conductor simètric, que són de la sèrie 3P+3N/E. Això vol dir que la configuració original 3+1 divideix el conductor neutre únic en tres conductors separats.
Motor pas a pas
La figura 1.1 il·lustra el principi de funcionament d'un motor pas a pas de -bifàsic, que inclou dos bobinatges. Quan un bobinat s'activa, el seu pol de l'estator genera un camp magnètic que atrau el rotor per alinear-se amb aquest pol. Si els bobinatges s'alimenten en seqüència sota polsos de control-que passen pels estats A`A→B`B→`AA→`BB-el motor gira en sentit horari. Quan s'activa en la seqüència A`A→`BB→`AA→B`B, el motor gira en sentit contrari a les agulles del rellotge. Cada pols de control canvia la direcció d'energització, fent que el motor es mogui un pas (90 graus). Quatre polsos completen una rotació completa. Una freqüència de pols més alta fa que el motor giri més ràpid.
El parell de sortida d'un motor pas a pas és proporcional al volum efectiu del motor, les voltes de la bobina, el flux magnètic i el corrent. Per tant, un volum efectiu més gran, més voltes de bobina i un espai d'aire més petit entre l'estator i el rotor donen lloc a un parell més gran, i viceversa.
Fig. 2 Diagrama d'estructura del mecanisme del motor pas a pas
L'estructura d'un motor pas a pas consta d'un rotor (nucli del rotor, imant permanent, eix, coixinets de boles), un estator (bobinats, nucli de l'estator) i tapes frontals i posteriors. El motor pas a pas híbrid de dues-fases més típic inclou un estator amb 8 dents grans i 40 dents petites, mentre que el rotor té 50 dents petites. L'estator d'un motor-trifàsic té 9 dents grans i 45 dents petites, i el rotor també té 50 dents petites.
El recompte de fases d'un motor pas a pas es refereix al nombre de grups de bobines dins del motor. Els tipus que s'utilitzen habitualment inclouen motors pas a pas de dos-, tri-, quatre- i cinc-fàsics. Els diferents recomptes de fase donen lloc a diferents angles de pas: normalment, els motors de dues-fases tenen angles de pas de 0,9 graus /1,8 graus, els motors-trifàsics tenen 0,75 graus /1,5 graus i els motors de cinc-fases tenen 0,36 graus /0,72 graus. Sense un controlador de micropasos, els usuaris seleccionen principalment motors pas a pas amb diferents recomptes de fases per complir les especificacions d'angle de pas requerides. Quan s'utilitza un controlador microstepping, el "compte de fases" esdevé irrellevant; els usuaris simplement poden ajustar la resolució de micropas al controlador per alterar l'angle del pas.
Tant si es tracta d'un motor pas a pas de dos-quatre-fils, de quatre-fases cinc-o de quatre{-sis-fils, la construcció interna continua sent coherent. La distinció entre configuracions de quatre -fills, cinc-fills o sis-fills depèn de si els parells A i ~A, o els parells B i B~, comparteixen una connexió de terminal (COM) comuna. Si els dos grups A i B tenen els seus propis terminals COM dedicats, el motor és de sis-fils. Si els terminals comuns per a A i B estan connectats junts, és de cinc-fils.
Per tant, per determinar la configuració del cablejat d'un motor pas a pas, simplement separeu els grups A i B i proveu-los amb un multímetre.
Quatre-fils:Com que no hi ha cap cable comú (COM) en una configuració de quatre-fils, els grups A i B estan completament aïllats i no-conductors entre ells. Així, quan es prova amb un multímetre, un grup no mostrarà continuïtat.
Cinc-fills:En una configuració de cinc-fils, els terminals comuns dels grups A i B estan connectats entre si. Quan feu proves amb un multímetre, si un cable mostra un valor de resistència similar als altres cables, aquest cable és el terminal comú. Per conduir un motor pas a pas de cinc-fills, el terminal comú es pot deixar sense connectar i el motor seguirà funcionant.
Sis-fils:Els terminals comuns dels grups A i B no estan connectats. De la mateixa manera, utilitzant un multímetre per mesurar la resistència, si un cable mostra una resistència idèntica als altres dos cables, aquest cable és el terminal com i els altres dos cables formen un grup. Per conduir un motor pas a pas de quatre-sis-fils, el motor també es pot accionar sense connectar els dos terminals comuns.
Conceptes relacionats amb el motor pas a pas:
Nombre de fases: el nombre de parells de bobines d'excitació que generen diferents parells de pols magnètics N i S. Denotada habitualment per m.
Recompte de polsos:El nombre de polsos o estats conductors necessaris per completar un cicle de camp magnètic, indicat amb n. Alternativament, es refereix al nombre de polsos necessaris perquè el motor giri un angle de pas. Per exemple, en un motor de quatre-fàsics:
Angle de pas:El desplaçament angular del rotor del motor corresponent a un senyal de pols, indicat per θ. θ=360 graus / (dents del rotor J × nombre de ritme de funcionament). Per a motors convencionals de dues- o quatre-fàsiques amb 50 dents de rotor: en un funcionament de quatre-fases, l'angle de pas és θ=360 grau /(50*4)=1.8 grau (normalment anomenat pas complet). En l'operació de vuit-fases, l'angle del pas és θ=360 grau /(50*8)=0.9 grau (normalment anomenat mig pas).
Parell de retenció:El parell de bloqueig inherent del rotor del motor quan es des{0}}d'energia (causat pels harmònics del perfil de la dent del camp magnètic i errors mecànics).
Parell estàtic:El parell de bloqueig a l'eix del motor quan el motor està sota una força elèctrica estàtica nominal però no gira. Aquest parell serveix com a estàndard per avaluar la mida del motor (dimensions geomètriques) i és independent de la tensió de la unitat o de la font d'alimentació.
Accionament del motor pas a pas:Conduir un motor pas a pas implica bàsicament aplicar polsos continus alternativament als grups A i B del motor, que permeten que el motor funcioni.
Pas perdut:El nombre real de passos realitzats durant el funcionament del motor no coincideix amb el recompte de passos teòric.
Exemple:Diferències entre els motors pas a pas de dues-fases i cinc- fases
Els motors pas a pas es classifiquen principalment pel nombre de fases, sent els motors pas a pas de dos{0}}fàsiques i cinc-fàsiques els més utilitzats al mercat actual. La majoria dels motors pas a pas de dues-fases es poden subdividir en un màxim de 400 passos iguals per revolució, mentre que els motors de cinc-fases es poden subdividir en 1.000 passos iguals. En conseqüència, els motors pas a pas de cinc-fàsiques presenten característiques de rendiment superiors, temps d'acceleració/desacceleració més curts i una menor inèrcia dinàmica.
Comparació de diferències entre motors pas a pas de dues-fases i cinc- fases:
| Motor pas a pas de-bifàsic | Motor pas a pas de cinc-fàsiques | |
| Resolució | 1,8 graus/0,9 graus (200, 400 micropassos) | 0,72 graus/0,36 graus (500, 1000 micropassos), 2,5 vegades més alt que els motors pas a pas de dues-fàsiques |
| Característiques de la vibració | Interval de ressonància de baixa -velocitat entre 100 i 200 PPS, vibració important | Sense punts de ressonància significatius, baixa vibració |
| Característiques de velocitat i parell | Velocitat més baixa | Alta velocitat, parell elevat |
1. Diferències en la precisió del control
Els motors pas a pas híbrids de dues fases solen tenir angles de pas de 3,6 graus o 1,8 graus, mentre que els motors pas a pas híbrids de cinc fases solen tenir angles de pas de 0,72 graus o 0,36 graus. Alguns-motors pas a pas d'alt rendiment ofereixen angles de pas encara més petits. Per exemple, un motor pas a pas produït per Sitong Company per a màquines de tall de filferro-lents té un angle de pas de 0,09 graus. Els-motors pas a pas híbrids trifàsics produïts per l'alemanya Berger Lahr poden tenir els seus angles de pas ajustats mitjançant interruptors DIP a 1,8 graus , 0,9 graus , 0,72 graus , 0,36 graus , 0,18 graus , 0,09 graus , 0,09 graus , 0,072 graus, o 0,072 graus, ambdós compatibles amb tots dos. dues-fases i cinc-fases angles de pas del motor pas a pas híbrid.
La precisió de control dels servomotors de CA està assegurada per codificadors rotatius. Prenent com a exemple els servomotors de CA totalment digitals de Panasonic, per als motors equipats amb codificadors estàndard de 2500 línies, l'equivalent de pols és de 360 graus/10000=0.036 graus a causa de la tecnologia de conversió de freqüència en quadratura implementada internament al controlador. Per als motors equipats amb un codificador de 17 bits, la unitat rep 2¹⁷=131,072 polsos per revolució, el que resulta en una resolució de pols de 360 graus / 131,072 polsos=0.002746 graus per pols.
2. Diferents característiques de baixa-freqüència
Els motors pas a pas són propensos a vibracions de baixa-freqüència a velocitats lentes. La freqüència de vibració depèn de les condicions de càrrega i del rendiment del conductor, que generalment es considera la meitat de la freqüència d'arrencada sense càrrega del motor. Aquesta vibració de baixa-freqüència, inherent al principi de funcionament dels motors pas a pas, és molt perjudicial per al funcionament normal de la màquina. Quan els motors pas a pas funcionen a velocitats baixes, s'han d'utilitzar tècniques d'amortiment per mitigar les vibracions de baixa-freqüència, com ara afegir amortidors al motor o utilitzar la tecnologia de micropasos al controlador.
Els servomotors de CA funcionen de manera excepcionalment suau i no presenten vibracions fins i tot a baixes velocitats. Els servosistemes de CA incorporen capacitats de supressió de ressonància per compensar les deficiències de rigidesa mecànica. A més, la funció d'anàlisi de freqüència interna (FFT) del sistema detecta punts de ressonància mecànica, facilitant l'ajust del sistema.
3. Característiques de freqüència de parell-diferents
Els motors pas a pas presenten un parell de sortida decreixent amb l'augment de la velocitat, experimentant una forta caiguda a velocitats més altes. En conseqüència, la seva velocitat de funcionament màxima normalment es limita a 300-600 RPM. Els servomotors de CA ofereixen una sortida de parell constant, mantenint el parell nominal dins del seu rang de velocitat nominal (generalment 2000 o 3000 RPM). Per sobre de la velocitat nominal, passen a una sortida de potència constant.
4. Diferents capacitats de sobrecàrrega
Els motors pas a pas generalment no tenen capacitat de sobrecàrrega. Els servomotors de CA tenen una forta capacitat de sobrecàrrega. Prenent com a exemple el servosistema de CA de Panasonic, té capacitat de sobrecàrrega de velocitat i de parell. El seu parell màxim arriba a tres vegades el parell nominal, cosa que li permet superar el parell d'inèrcia de les càrregues inercials durant l'arrencada. Els motors pas a pas no tenen aquesta capacitat de sobrecàrrega. Per superar el parell inercial durant l'arrencada, sovint es seleccionen motors de parell més grans durant l'especificació. No obstant això, un parell tan elevat no és necessari durant el funcionament normal, el que resulta en un malbaratament de parell.
5. Rendiment operatiu diferent
Els motors pas a pas utilitzen control de-bucle obert. Les freqüències d'arrencada excessivament altes o les càrregues excessives poden provocar una pèrdua de pas o una aturada. Velocitats excessivament altes durant l'aturada poden provocar un desbordament. Per tant, per garantir la precisió del control, l'acceleració i la desacceleració s'han de gestionar adequadament. Els sistemes de servoaccionament de CA utilitzen un control de llaç-tancat. El controlador mostra directament els senyals de retroalimentació del codificador del motor, formant bucles interns de posició i velocitat. Aquest disseny generalment evita els problemes de pèrdua de pas o sobrepassos comuns als motors pas a pas, oferint un rendiment de control més fiable.
6. Rendiment de resposta de velocitat diferent
Un motor pas a pas requereix entre 200 i 400 mil·lisegons per accelerar des de la velocitat de repòs fins a la velocitat de funcionament (normalment uns centenars de RPM). Els servosistemes de CA presenten un rendiment d'acceleració superior. Per exemple, el servomotor de CA de 400 W de Panasonic MSMA accelera des del repòs fins a la seva velocitat nominal de 3.000 RPM en només uns quants mil·lisegons, el que el fa adequat per a aplicacions que requereixen un control ràpid d'arrencada-aturada.
En resum, els servosistemes de CA superen els motors pas a pas en nombrosos aspectes de rendiment. Tanmateix, els motors pas a pas encara s'utilitzen habitualment com a actuadors en aplicacions menys exigents. Per tant, durant el disseny del sistema de control, factors com els requisits de control i el cost s'han d'avaluar exhaustivament per seleccionar el motor adequat.