پرایمر دانش موتور اتوماسیون صنعتی

یک موتور الکتریکی از یک روتور تشکیل شده است که در یک میدان مغناطیسی دوار قرار می گیرد. تحت تأثیر این میدان مغناطیسی دوار، روتور گشتاور چرخشی به دست می آورد و باعث چرخش آن می شود. موتورهای ناهمزمان در طیف وسیعی از توان، از چند وات تا ده ها هزار کیلووات کار می کنند و برای تجهیزات مکانیکی مختلف و لوازم خانگی برق را تامین می کنند.
موتور الکتریکی (که معمولاً "موتور" نامیده می شود) وسیله ای الکترومغناطیسی است که انرژی الکتریکی را بر اساس اصل القای الکترومغناطیسی تبدیل یا انتقال می دهد. وظیفه اصلی آن تولید گشتاور حرکتی است که به عنوان منبع انرژی برای وسایل الکتریکی یا تجهیزات مکانیکی مختلف عمل می کند.
وظیفه اصلی یک ژنراتور تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی است.

 

 

یک موتور الکتریکی در درجه اول از یک سیم پیچ آهنربای الکتریکی یا سیم پیچ های استاتور توزیع شده برای تولید میدان مغناطیسی، یک آرمیچر یا روتور دوار و سایر لوازم جانبی تشکیل شده است. تحت تأثیر میدان مغناطیسی دوار که توسط سیم‌پیچ‌های استاتور تولید می‌شود، جریان از طریق قاب آلومینیومی سنجاب-قفس آرمیچر جریان می‌یابد. این جریان با میدان مغناطیسی تعامل می کند و باعث چرخش آرمیچر می شود.

 

 

 

 

استاتور (قطع ثابت) هسته استاتور: جزء مدار مغناطیسی موتور که سیم پیچ های استاتور روی آن سوار می شوند. سیم پیچی استاتور: مدار الکتریکی موتور که از طریق آن جریان متناوب سه فازی برای تولید میدان مغناطیسی دوار جریان می یابد. قاب: هسته استاتور و پوشش‌های انتهایی جلو/عقب را برای حمایت از روتور محکم می‌کند و در عین حال محافظت، اتلاف گرما و سایر عملکردها را فراهم می‌کند.

 

روتور (قطع چرخان)
هسته روتور: به عنوان بخشی از مدار مغناطیسی موتور عمل می کند و سیم پیچ های روتور را در شکاف های آن قرار می دهد.
سیم‌پیچ‌های روتور: میدان مغناطیسی دوار استاتور را برش دهید تا نیروی و جریان الکتریکی القایی ایجاد شود و گشتاور الکترومغناطیسی تولید کند که چرخش موتور را تحریک می‌کند.

【موتور اصلی انیمیشن】
موتور آهنربای دائم ▼

موتور DC ▼

موتور مغناطیسی کوانتومی ▼

موتور القایی تک فاز ▼

اصل کار موتورهای پله ای ▼

موتور تعادل ▼

اصل تولید جریان الکتریکی ▼

-استاتور سه فاز ▼

موتور الکتریکی کوچک ▼

موتور متقاطع{0}}بخش ▼

موتور الکتریکی ▼

موتورهای DC ▼

تفاوت بین تعمیر موتورهای فرکانس متغیر و موتورهای معمولی

روش های تعمیر موتورهای فرکانس متغیر اساساً مانند موتورهای معمولی است. با این حال، به دلیل ویژگی های منحصر به فرد منابع تغذیه فرکانس متغیر، الزامات عایق برای سیم پیچ های موتور فرکانس متغیر سخت تر از موتورهای معمولی است. برای بهبود شرایط عایق باید اقدامات زیر انجام شود:

1. سیم الکترومغناطیسی با مقاومت تاج عالی را برای برآورده کردن الزامات موتور برای تحمل پالس‌های فرکانس بالا و تخلیه جزئی انتخاب کنید.

معمولاً از سیم مینای کامپوزیت پلی استریمید/پلی آمیدیمید یا سیم الکترومغناطیسی مقاوم{0}}کرنا استفاده می شود.

2. تکنیک های ساخت سیم پیچ و درج شکاف.

مدیریت دقیق در طول فرآیندهای سیم پیچ، درج شکاف و اتصال برای موتورهای فرکانس متغیر ضروری است. توجه ویژه ای باید به جلوگیری از آسیب هادی در هنگام سیم پیچ و درج شکاف معطوف شود. درج شکاف باید از قرارگیری مناسب عایق شکاف، عایق فاز و عایق-لایه به-لایه اطمینان حاصل کند. در عایق بندی فاز باید از موادی استفاده شود که به راحتی توسط لاک عایق نفوذ می کنند. انتهای سیم پیچ باید با اتصال و ایمن تقویت شود تا اطمینان حاصل شود که یک واحد یکپارچه را تشکیل می دهند.

تقویت عایق در پایین شیار موتور، بین فازها، بین لایه‌ها و در پیچ‌های شروع/پایان سیم پیچ، استحکام دی الکتریک موتور را افزایش می‌دهد.

3. عایق اصلی باید از عایق خالی{1} استفاده کند.

شکاف های هوا در ساختار عایق موتورهای فرکانس متغیر، علت اصلی تخلیه کرونا است. برای اطمینان از عدم وجود شکاف هوا در ساختار کلی عایق، طبق استاندارد ملی GB/TZ1707-2008 "مشخصات عایق برای موتورهای سه فازی ناهمزمان برای کنترل سرعت فرکانس متغیر"، لاک اشباع کننده استفاده شده نباید کمتر از مقدارهای F{4} باشد. 10٪ و فرآیند VPI باید باشد استخدام شده است. این فرآیند همچنین استحکام مکانیکی کلی ساختار عایق را افزایش می دهد.

4. از تطابق مناسب بین اینورتر، کابل ها و موتور اطمینان حاصل کنید و طول کابل ها را بین موتور و منبع تغذیه محدود کنید.

به دلیل عدم تطابق امپدانس در خطوط برق، دامنه اضافه ولتاژ در انتهای موتور با طول کابل‌های بین اینورتر و موتور افزایش می‌یابد که به راحتی می‌تواند باعث تخلیه جزئی شود. بنابراین، بر اساس ویژگی‌های خاص منبع تغذیه فرکانس متغیر و الزامات واقعی، طول کابل اتصال باید تا حد امکان به حداقل برسد تا دامنه اضافه ولتاژ در انتهای موتور و میزان تخلیه جزئی کاهش یابد و در نتیجه طول عمر موتور افزایش یابد. کابل‌های برق برای موتورهای فرکانس متغیر معمولاً از کابل‌های تخصصی استفاده می‌کنند که به عنوان کابل‌های فرکانس متغیر رسانای متقارن نیز شناخته می‌شوند، که از سری 3P+3N/E هستند. این بدان معناست که پیکربندی اولیه 3+1 هادی خنثی را به سه هادی جداگانه تقسیم می‌کند.

استپر موتور

 

شکل 1.1 اصل عملکرد یک موتور پله ای دو فاز را نشان می دهد که دارای دو سیم پیچ است. هنگامی که یک سیم پیچ برق دار می شود، قطب استاتور آن یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند که روتور را جذب می کند تا با این قطب هماهنگ شود. اگر سیم‌پیچ‌ها به ترتیب تحت پالس‌های کنترلی فعال شوند-در حالات A`A→B`B→`AA→`BB-موتور در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد. هنگامی که به ترتیب A`A→`BB→`AA→B`B فعال می شود، موتور در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخد. هر پالس کنترل جهت انرژی را تغییر می دهد و باعث می شود موتور یک پله (90 درجه) حرکت کند. چهار پالس یک چرخش کامل را کامل می کنند. فرکانس پالس بالاتر باعث چرخش سریعتر موتور می شود.
گشتاور خروجی یک موتور پله ای متناسب با حجم موثر موتور، چرخش سیم پیچ، شار مغناطیسی و جریان است. بنابراین، حجم موثر بیشتر، چرخش سیم پیچ بیشتر و شکاف هوای کوچکتر بین استاتور و روتور باعث گشتاور بیشتر می شود و بالعکس.

شکل. 1 نمودار شماتیک یک موتور پله ای دو فاز

شکل . 2 نمودار ساختار مکانیزم موتور پله ای

ساختار یک موتور پله ای از یک روتور (هسته روتور، آهنربای دائم، شفت، بلبرینگ)، یک استاتور (سیم پیچ، هسته استاتور) و درپوش های انتهایی جلو و عقب تشکیل شده است. معمولی ترین موتور پله ای هیبریدی دو فاز دارای یک استاتور با 8 دندانه بزرگ و 40 دندانه کوچک است، در حالی که روتور دارای 50 دندانه کوچک است. استاتور یک موتور سه فاز دارای 9 دندانه بزرگ و 45 دندانه کوچک است که روتور نیز 50 دندانه کوچک دارد.

شمارش فاز یک موتور پله ای به تعداد گروه های سیم پیچ در موتور اشاره دارد. انواع متداول مورد استفاده شامل موتورهای پله ای دو فاز، سه-چهار فاز، و پنج{4}}فاز است. تعداد فازهای مختلف زوایای پله متفاوتی را به همراه دارد: معمولاً، موتورهای دو فاز دارای زاویه پله 0.9 درجه / 1.8 درجه، موتورهای سه فاز 0.75 درجه / 1.5 درجه و موتورهای پنج{12} فاز دارای 0.36 درجه / 0.72 درجه هستند. بدون درایور میکرواستپینگ، کاربران عمدتاً موتورهای پله ای با تعداد فازهای مختلف را انتخاب می کنند تا مشخصات زاویه گام مورد نیاز خود را برآورده کنند. هنگام استفاده از درایور میکرواستپینگ، «شمارش فاز» نامربوط می شود. کاربران به سادگی می توانند رزولوشن میکرو استپ را روی درایور تنظیم کنند تا زاویه گام را تغییر دهند.

چه موتور پله‌ای-چهار-دو فاز چهار، چه چهار{2}}فاز پنج-سیم، چه چهار{4}}فاز شش-موتور پله‌ای، ساختار داخلی ثابت است. تمایز بین پیکربندی‌های چهار سیم، پنج سیم، یا شش اگر هر دو گروه A و B پایانه های COM اختصاصی خود را داشته باشند، موتور شش سیم{11}}است. اگر پایانه های مشترک A و B به هم متصل شوند، پنج سیم-است.

بنابراین، برای تعیین پیکربندی سیم کشی یک موتور پله ای، به سادگی گروه های A و B را جدا کرده و با یک مولتی متر تست کنید.

چهار سیم-از آنجایی که هیچ سیم مشترک (COM) در یک پیکربندی چهار سیم- وجود ندارد، گروه های A و B کاملاً ایزوله هستند و-به یکدیگر رسانا نیستند. بنابراین، هنگامی که با یک مولتی متر آزمایش می شود، یک گروه هیچ تداومی را نشان نمی دهد.

پنج-سیم:در یک پیکربندی پنج سیم-، پایانه های مشترک گروه های A و B به یکدیگر متصل می شوند. هنگام آزمایش با مولتی متر، اگر یک سیم مقدار مقاومتی مشابه سیم های دیگر نشان دهد، آن سیم ترمینال مشترک است. برای راه اندازی یک موتور پله ای پنج سیم-، ترمینال مشترک را می توان بدون اتصال رها کرد و موتور همچنان کار می کند.

شش-سیم:پایانه های مشترک گروه های A و B متصل نیستند. به طور مشابه، با استفاده از یک مولتی متر برای اندازه گیری مقاومت، اگر یک سیم مقاومت یکسانی با دو سیم دیگر نشان دهد، آن سیم ترمینال com است و دو سیم دیگر یک گروه را تشکیل می دهند. برای راه اندازی یک موتور پله ای چهار فاز-شش-سیم، موتور را نیز می توان بدون اتصال دو ترمینال مشترک راه اندازی کرد.

مفاهیم مرتبط با موتور پله ای:

تعداد فازها: تعداد جفت سیم پیچ های تحریکی که جفت های مختلف قطب مغناطیسی N و S را ایجاد می کنند. معمولا با m نشان داده می شود.

تعداد نبض:تعداد پالس ها یا حالت های رسانا مورد نیاز برای تکمیل یک چرخه میدان مغناطیسی که با n نشان داده می شود. یا به تعداد پالس های مورد نیاز موتور برای چرخش یک زاویه گام اشاره دارد. برای مثال، در یک موتور چهار فاز:

زاویه گام:جابجایی زاویه ای روتور موتور مربوط به یک سیگنال پالس است که با θ نشان داده می شود. θ=360 درجه / (دندانهای روتور J × عدد ضربان عملکرد). برای موتورهای دو{3}} یا چهار{4 فاز معمولی با 50 دندانه روتور: در عملکرد چهار فاز، زاویه پله θ=360 درجه /(50*4)=1.8 درجه است (که معمولاً پله کامل نامیده می‌شود). در عملیات هشت مرحله‌ای، زاویه پله θ=360 درجه /(50*8)=0.9 درجه است (که معمولاً نیم پله نامیده می‌شود).

گشتاور نگهداری:گشتاور قفل ذاتی روتور موتور در صورت قطع انرژی (ناشی از هارمونیک های نمایه دندانه میدان مغناطیسی و خطاهای مکانیکی).

گشتاور استاتیک:گشتاور قفل بر روی شفت موتور زمانی که موتور تحت نیروی الکتریکی استاتیک نامی قرار دارد اما در حال چرخش نیست. این گشتاور به عنوان یک استاندارد برای ارزیابی اندازه موتور (ابعاد هندسی) عمل می کند و مستقل از ولتاژ درایو یا منبع تغذیه است.

درایو موتور پله ای:راندن یک موتور پله ای اساساً شامل اعمال متناوب پالس های پیوسته به گروه های A و B موتور است که موتور را قادر به کار می کند.

مرحله از دست رفته:تعداد واقعی گام های برداشته شده در حین کارکرد موتور با تعداد گام های نظری مطابقت ندارد.

مثال:تفاوت بین موتورهای پله ای دو فاز- و پنج فاز-

موتورهای پله‌ای عمدتاً بر اساس تعداد فازها طبقه‌بندی می‌شوند، با موتورهای پله‌ای دو فاز و پنج- که بیشترین استفاده را در بازار کنونی دارند. اکثر موتورهای پله ای دو فاز را می توان به حداکثر 400 پله مساوی در هر دور تقسیم کرد، در حالی که موتورهای پنج{5} فاز را می توان به 1000 پله مساوی تقسیم کرد. در نتیجه، موتورهای پله‌ای پنج فاز دارای ویژگی‌های عملکردی برتر، زمان‌های شتاب/کاهش سرعت کوتاه‌تر و اینرسی دینامیکی کمتر هستند.

مقایسه تفاوت‌های بین موتورهای پله‌ای دو فاز و پنج فاز:

1. تفاوت در دقت کنترل

موتورهای پله ای هیبریدی دو فاز معمولاً دارای زوایای پله 3.6 درجه یا 1.8 درجه هستند، در حالی که موتورهای پله ای هیبریدی پنج فاز معمولاً دارای زوایای پله 0.72 درجه یا 0.36 درجه هستند. برخی از موتورهای پله‌ای{7}}با عملکرد بالا، زوایای گام‌های کوچک‌تری نیز ارائه می‌کنند. به عنوان مثال، یک موتور پله ای که توسط شرکت سیتونگ برای دستگاه های سیم برش آهسته تولید می شود، زاویه گامی 0.09 درجه دارد. موتورهای پله ای هیبریدی سه فاز تولید شده توسط Berger Lahr آلمان می توانند از طریق سوئیچ های DIP روی 1.8 درجه، 0.9 درجه، 0.72 درجه، 0.36 درجه، 0.18 درجه، 0.09 درجه، 0.072 درجه، 0.072 درجه، سازگاری 0، 6 درجه تنظیم شوند. هیبریدی دو-و{22}}فازی زوایای پله موتور استپر.

دقت کنترل سروو موتورهای AC توسط رمزگذارهای چرخشی تضمین می شود. با در نظر گرفتن سروو موتورهای AC تمام دیجیتال پاناسونیک به عنوان مثال، برای موتورهای مجهز به رمزگذارهای استاندارد 2500 خطی، معادل پالس 360 درجه/{3}} درجه است که دلیل آن فناوری تبدیل فرکانس مربعی است که به صورت داخلی در درایور پیاده سازی شده است. برای موتورهای مجهز به رمزگذار 17 بیتی، درایو 2¹7=131،072 پالس در هر دور دریافت می‌کند که منجر به وضوح پالس 360 درجه / 131،072 پالس=0.002746 درجه در هر پالس می‌شود.

2. ویژگی‌های فرکانس پایین{1} مختلف

موتورهای پله ای در سرعت های آهسته مستعد لرزش با فرکانس پایین- هستند. فرکانس ارتعاش به شرایط بار و عملکرد راننده بستگی دارد که معمولاً نصف فرکانس شروع بدون بار موتور در نظر گرفته می شود. این ارتعاش با فرکانس پایین، ذاتی اصل عملکرد موتورهای پله ای، برای عملکرد عادی ماشین بسیار مضر است. هنگامی که موتورهای پله ای با سرعت پایین کار می کنند، باید از تکنیک های میرایی برای کاهش ارتعاشات فرکانس پایین استفاده شود، مانند افزودن دمپرها به موتور یا استفاده از فناوری میکرواستپینگ در درایور.

سروو موتورهای AC فوق العاده نرم عمل می کنند و حتی در سرعت های پایین هیچ لرزشی از خود نشان نمی دهند. سیستم های سروو AC از قابلیت های سرکوب تشدید برای جبران کمبودهای سفتی مکانیکی استفاده می کنند. علاوه بر این، تابع تحلیل فرکانس داخلی سیستم (FFT) نقاط تشدید مکانیکی را تشخیص می‌دهد و تنظیم سیستم را تسهیل می‌کند.

3. گشتاور متفاوت-ویژگی های فرکانس

موتورهای پله ای با افزایش سرعت گشتاور خروجی کاهش می یابند و در سرعت های بالاتر افت شدیدی را تجربه می کنند. در نتیجه، حداکثر سرعت عملیاتی آنها معمولاً به 300-600 RPM محدود می شود. سروو موتورهای AC گشتاور خروجی ثابتی را ارائه می دهند و گشتاور نامی را در محدوده سرعت نامی خود (معمولاً 2000 یا 3000 RPM) حفظ می کنند. بالاتر از سرعت نامی، آنها به توان خروجی ثابت تبدیل می شوند.

4. قابلیت های مختلف اضافه بار

موتورهای پله ای معمولاً فاقد قابلیت اضافه بار هستند. سروو موتورهای AC دارای قابلیت اضافه بار قوی هستند. با در نظر گرفتن سیستم سروو پاناسونیک AC، هم قابلیت اضافه بار سرعت و هم قابلیت اضافه بار گشتاور را دارد. حداکثر گشتاور آن به سه برابر گشتاور نامی می رسد و آن را قادر می سازد بر گشتاور اینرسی بارهای اینرسی در هنگام راه اندازی غلبه کند. موتورهای پله ای فاقد این قابلیت اضافه بار هستند. برای غلبه بر گشتاور اینرسی در هنگام راه‌اندازی، موتورهای گشتاور بزرگ‌تر اغلب در هنگام تعیین مشخصات انتخاب می‌شوند. با این حال، چنین گشتاور بالایی در طول عملیات عادی غیر ضروری است و در نتیجه گشتاور تلف می شود.

5. عملکرد عملیاتی متفاوت

موتورهای پله‌ای از کنترل حلقه باز-استفاده می‌کنند. فرکانس های راه اندازی بیش از حد بالا یا بارهای بیش از حد می تواند باعث از بین رفتن یا توقف پله شود. سرعت بیش از حد بالا در هنگام توقف می تواند منجر به بیش از حد شود. بنابراین، برای اطمینان از دقت کنترل، شتاب و کاهش سرعت باید به درستی مدیریت شود. سیستم‌های درایو سروو AC از کنترل حلقه بسته استفاده می‌کنند. راننده مستقیماً از سیگنال های بازخورد از رمزگذار موتور نمونه برداری می کند و حلقه های موقعیت داخلی و سرعت را تشکیل می دهد. این طراحی به طور کلی از مشکلات افت یا بیش از حد معمول در موتورهای پله ای جلوگیری می کند و عملکرد کنترل قابل اعتمادتری را ارائه می دهد.

6. عملکرد پاسخ با سرعت متفاوت

یک موتور پله ای به 200 تا 400 میلی ثانیه برای شتاب گرفتن از حالت سکون به سرعت کار (معمولاً چند صد دور در دقیقه) نیاز دارد. سیستم های سروو AC عملکرد شتاب بالاتری از خود نشان می دهند. به عنوان مثال، سروموتور پاناسونیک MSMA 400W AC از حالت سکون به سرعت نامی 3000 RPM خود در تنها چند میلی ثانیه شتاب می‌دهد و برای برنامه‌هایی که نیاز به کنترل توقف سریع- دارند، مناسب است.

به طور خلاصه، سیستم های سروو AC در جنبه های مختلف عملکرد بهتر از موتورهای پله ای عمل می کنند. با این حال، موتورهای پله ای هنوز معمولاً به عنوان محرک در کاربردهای کم تقاضا استفاده می شوند. بنابراین، در طول طراحی سیستم کنترل، عواملی مانند الزامات کنترل و هزینه باید به طور جامع ارزیابی شوند تا موتور مناسب انتخاب شود.