Primer znanja o motorjih industrijske avtomatizacije

Elektromotor je sestavljen iz rotorja, ki je nameščen v vrtečem se magnetnem polju. Pod vplivom tega rotirajočega magnetnega polja pridobi rotor rotacijski moment, zaradi česar se vrti. Asinhroni motorji delujejo v širokem razponu moči, od nekaj vatov do več deset tisoč kilovatov in zagotavljajo moč za različne mehanske naprave in gospodinjske aparate.
Elektromotor (splošno imenovan "motor") je elektromagnetna naprava, ki pretvarja ali prenaša električno energijo na podlagi principa elektromagnetne indukcije. Njegova primarna funkcija je ustvarjanje pogonskega navora, ki služi kot vir energije za električne naprave ali različno mehansko opremo.
Primarna funkcija generatorja je pretvarjanje električne energije v mehansko.

 

 

Elektromotor je sestavljen predvsem iz elektromagnetnega navitja ali porazdeljenih statorskih navitij za generiranje magnetnega polja, rotirajoče armature ali rotorja in drugih dodatkov. Pod vplivom rotacijskega magnetnega polja, ki ga proizvajajo navitja statorja, teče tok skozi aluminijasto ogrodje-veveričje kletke armature. Ta tok sodeluje z magnetnim poljem, zaradi česar se armatura vrti.

 

 

 

 

Stator (nepremični del) Statorsko jedro: komponenta magnetnega vezja motorja, na katero so nameščena navitja statorja; Navitja statorja: električno vezje motorja, skozi katerega teče tri{0}}fazni izmenični tok, ki ustvarja vrtljivo magnetno polje; Okvir: pritrjuje statorsko jedro in pokrove sprednjega/zadnjega konca za podporo rotorja, hkrati pa zagotavlja zaščito, odvajanje toplote in druge funkcije;

 

Rotor (vrtljivi del)
Jedro rotorja: služi kot del magnetnega vezja motorja in v svojih režah hrani navitja rotorja;
Navitja rotorja: prerežejo vrtljivo magnetno polje statorja za ustvarjanje inducirane elektromotorne sile in toka, ki proizvaja elektromagnetni navor, ki poganja vrtenje motorja;

【Animacija motoričnega principa】
Motor s trajnim magnetom ▼

DC motor ▼

Kvantni magnetni motor ▼

Eno-fazni indukcijski motor ▼

Načelo delovanja koračnih motorjev ▼

Ravnotežni motor ▼

Princip generiranja električnega toka ▼

Tri{0}}fazni stator ▼

Majhen električni motor ▼

Prečni-prerez motorja ▼

Elektromotor ▼

DC motorji▼

Razlike med popravilom motorjev s spremenljivo frekvenco in običajnih motorjev

Metode popravila motorjev s spremenljivo frekvenco so v osnovi enake kot pri običajnih motorjih. Vendar pa so zaradi edinstvenih značilnosti napajalnikov s spremenljivo frekvenco izolacijske zahteve za navitja motorja s spremenljivo frekvenco strožje kot pri običajnih motorjih. Za izboljšanje izolacijskih pogojev je treba sprejeti naslednje ukrepe:

1. Izberite elektromagnetno žico z odlično odpornostjo proti koroni, da bo izpolnila zahteve motorja za vzdržljivost visoko{1}}frekvenčnih impulzov in delne razelektritve.

Običajno se uporablja kompozitna emajlirana žica iz poliesterimida/poliamideimida ali elektromagnetna žica, odporna na korono-.

2. Tehnike gradnje navitja in vstavljanja rež.

Med postopki navijanja, vstavljanja rež in vezave motorjev s spremenljivo frekvenco je nujno strogo upravljanje. Posebno pozornost je treba nameniti preprečevanju poškodb vodnika med navijanjem in vstavljanjem rež. Vstavljanje rež mora zagotoviti pravilno namestitev izolacije rež, fazne izolacije in izolacije od-{3}}plasti do plasti. Za fazno izolacijo je treba uporabiti materiale, v katere zlahka prodre izolacijski lak. Konci tuljav morajo biti ojačeni z vezmi in zavarovanji, da se zagotovi, da tvorijo integralno enoto.

Okrepljena izolacija na dnu reže motorja, med fazami, med plastmi in na začetnih/končnih zavojih tuljave poveča dielektrično trdnost motorja.

3. Glavna izolacija mora vsebovati izolacijo brez rež.

Zračne reže v izolacijski strukturi motorjev s spremenljivo frekvenco so glavni vzrok koronske razelektritve. Da bi zagotovili odsotnost zračnih rež v celotni izolacijski strukturi, v skladu z nacionalnim standardom GB/TZ1707-2008 "Specifikacije izolacije za tri-fazne asinhrone motorje za regulacijo hitrosti s spremenljivo frekvenco," uporabljeni impregnacijski lak ne sme biti nižji od laka brez topil razreda F- z vsebnostjo hlapljivih snovi pod 10 % in Uporabiti je treba postopek VPI. Ta postopek poveča tudi celotno mehansko trdnost izolacijske strukture.

4. Zagotovite ustrezno ujemanje med pretvornikom, kabli in motorjem ter omejite dolžino kablov med motorjem in virom napajanja.

Zaradi neusklajenosti impedance v električnih vodih se amplituda prenapetosti na koncu motorja povečuje z dolžino kablov med pretvornikom in motorjem, kar lahko zlahka povzroči delno razelektritev. Zato je treba na podlagi posebnih značilnosti napajalnika s spremenljivo frekvenco in dejanskih zahtev dolžino priključnega kabla čim bolj zmanjšati, da zmanjšamo amplitudo prenapetosti na koncu motorja in količino delne izpraznitve ter tako podaljšamo življenjsko dobo motorja. Napajalni kabli za motorje s spremenljivo frekvenco običajno uporabljajo posebne kable, znane tudi kot kabli s spremenljivo frekvenco s simetričnim vodnikom, ki so serije 3P+3N/E. To pomeni, da prvotna konfiguracija 3+1 razdeli en nevtralni vodnik na tri ločene vodnike.

Koračni motor

 

Slika 1.1 prikazuje princip delovanja dvo-faznega koračnega motorja, ki ima dve navitji. Ko je eno navitje pod napetostjo, njegov statorski pol ustvari magnetno polje, ki pritegne rotor, da se poravna s tem polom. Če se navitja napajajo zaporedoma pod krmilnimi impulzi-, ki krožijo skozi stanja A`A→B`B→`AA→`BB-, se motor vrti v smeri urinega kazalca. Ko je pod napetostjo v zaporedju A`A→`BB→`AA→B`B, se motor vrti v nasprotni smeri urnega kazalca. Vsak krmilni impulz spremeni smer napajanja, zaradi česar se motor premakne za en korak (90 stopinj). Štirje impulzi opravijo eno polno rotacijo. Višja frekvenca impulza povzroči hitrejše vrtenje motorja.
Izhodni navor koračnega motorja je sorazmeren z efektivno prostornino motorja, obrati tuljave, magnetnim tokom in tokom. Zato večji efektivni volumen, več obratov tuljave in manjša zračna reža med statorjem in rotorjem povzročijo večji navor in obratno.

Slika. 1 Shematski diagram dvo{1}}faznega koračnega motorja

Slika. 2 Diagram strukture mehanizma koračnega motorja

Zgradbo koračnega motorja sestavljajo rotor (jedro rotorja, trajni magnet, gred, kroglični ležaji), stator (navitja, jedro statorja) ter sprednji in zadnji končni pokrov. Najbolj značilen dvo{1}}fazni hibridni koračni motor ima stator z 8 velikimi zobmi in 40 majhnimi zobmi, medtem ko ima rotor 50 majhnih zob. Stator tri{6}}faznega motorja ima 9 velikih zob in 45 majhnih zob, rotor pa ima tudi 50 majhnih zob.

Število faz koračnega motorja se nanaša na število skupin tuljav v motorju. Običajno uporabljeni tipi vključujejo dvo-fazne, tri-fazne, štiri-fazne in pet-fazne koračne motorje. Različno število faz povzroči različne kote korakov: običajno imajo dvo{6}}fazni motorji kote korakov 0,9 stopinje /1,8 stopinje, tri-fazni motorji imajo 0,75 stopinje /1,5 stopinje, pet{12}}fazni motorji pa 0,36 stopinje /0,72 stopinje. Brez mikrokoračnega gonilnika uporabniki predvsem izberejo koračne motorje z različnim številom faz, da izpolnijo zahtevane specifikacije kota koraka. Pri uporabi mikrokoračnega gonilnika "štetje faz" postane nepomembno; uporabniki lahko preprosto prilagodijo mikrokoračno ločljivost na gonilniku, da spremenijo kot koraka.

Ne glede na to, ali gre za dvo-fazni štiri-žični, štiri-fazni pet-žični ali štiri-fazni šest-žični koračni motor, notranja konstrukcija ostaja dosledna. Razlika med štiri-žičnimi, pet-žičnimi ali šest-žičnimi konfiguracijami je odvisna od tega, ali imata para A in ~A ali para B in B~ skupno povezavo terminala (COM). Če imata skupini A in B svoje namenske priključke COM, je motor šest{11}}žilni. Če sta skupni sponki za A in B povezani skupaj, je pet{13}}žična.

Zato za določitev konfiguracije ožičenja koračnega motorja preprosto ločite skupini A in B ter ju preizkusite z multimetrom.

Štiri{0}}žice:Ker v štiri-žični konfiguraciji ni skupne žice (COM), sta skupini A in B popolnoma izolirani in neprevodni-druga do druge. Tako pri testiranju z multimetrom ena skupina ne bo pokazala kontinuitete.

Pet{0}}žični:V pet-žični konfiguraciji so skupne sponke skupin A in B povezane skupaj. Če pri testiranju z multimetrom ena žica kaže podobno vrednost upora kot druge žice, je ta žica skupni priključek. Za pogon pet{3}}žilnega koračnega motorja lahko skupni terminal pustite nepovezan in motor bo še vedno deloval.

Šest{0}}žica:Skupne sponke skupin A in B niso povezane. Podobno z uporabo multimetra za merjenje upora, če ena žica kaže enak upor kot drugi dve žici, je ta žica priključek com, drugi dve žici pa tvorita skupino. Za pogon štiri-faznega šest{3}}žičnega koračnega motorja lahko motor poganjate tudi brez povezave dveh skupnih priključkov com.

Koncepti, povezani s koračnim motorjem:

Število faz: Število parov vzbujevalnih tuljav, ki ustvarjajo različne pare N in S magnetnih polov. Običajno označena z m.

Število utripov:Število impulzov ali prevodnih stanj, potrebnih za dokončanje enega cikla magnetnega polja, označeno z n. Druga možnost je, da se nanaša na število impulzov, ki so potrebni, da se motor zavrti za en nagibni kot. Na primer v štiri-faznem motorju:

Kot koraka:Kotni premik rotorja motorja, ki ustreza enemu impulznemu signalu, označen z θ. θ=360 stopinj / (zobje rotorja J × število delovnih taktov). Za običajne dvo- ali štiri-fazne motorje s 50 rotorskimi zobmi: pri štiri-faznem delovanju je kot koraka θ=360 stopinj /(50*4)=1.8 stopinj (običajno imenovan polni korak). Pri osem-faznem delovanju je kot koraka θ=360 stopinj /(50*8)=0.9 stopinj (običajno imenovan polovični korak).

Zadrževalni moment:Inherentni zaklepni moment rotorja motorja, ko-je brez napajanja (povzročen zaradi harmonikov profila zoba magnetnega polja in mehanskih napak).

Statični navor:Zaklepni moment na gredi motorja, ko je motor pod nazivno statično električno silo, vendar se ne vrti. Ta navor služi kot standard za oceno velikosti motorja (geometrijske mere) in je neodvisen od pogonske napetosti ali napajanja.

Pogon koračnega motorja:Pogon koračnega motorja v bistvu vključuje izmenično dovajanje neprekinjenih impulzov v skupino A in B motorja, kar omogoča, da motor deluje.

Zamujen korak:Dejansko število korakov med delovanjem motorja se ne ujema s teoretičnim številom korakov.

primer:Razlike med dvo-faznimi in pet{1}}faznimi koračnimi motorji

Koračne motorje razvrščamo predvsem po številu faz, pri čemer so dvo-fazni in pet-fazni koračni motorji najbolj razširjeni na trenutnem trgu. Večino dvo-faznih koračnih motorjev je mogoče razdeliti na največ 400 enakih korakov na vrtljaj, medtem ko je mogoče pet{5}}fazne motorje razdeliti na 1000 enakih korakov. Pet-fazni koračni motorji zato izkazujejo vrhunske karakteristike delovanja, krajše čase pospeševanja/pojemka in nižjo dinamično vztrajnost.

Primerjava razlik med dvo{0}}faznimi in pet{1}}faznimi koračnimi motorji:

1. Razlike v natančnosti krmiljenja

Dvo{0}}fazni hibridni koračni motorji imajo običajno kot koraka 3,6 stopinje ali 1,8 stopinje, medtem ko imajo pet{3}}fazni hibridni koračni motorji običajno korak koraka 0,72 stopinje ali 0,36 stopinje. Nekateri visoko{7}}zmogljivi koračni motorji ponujajo še manjše kote korakov. Na primer, koračni motor podjetja Sitong Company za počasne-stroje za rezanje žice ima kot koraka 0,09 stopinje. Tri{12}}fazni hibridni koračni motorji, ki jih proizvaja nemški Berger Lahr, imajo lahko kote korakov nastavljene prek stikal DIP na 1,8 stopinje, 0,9 stopinje, 0,72 stopinje, 0,36 stopinje, 0,18 stopinje, 0,09 stopinje, 0,072 stopinje ali 0,036 stopinje, kar omogoča združljivost z obema dvo-fazni in pet{22}}fazni koti korakov hibridnega koračnega motorja.

Natančnost krmiljenja AC servo motorjev zagotavljajo rotacijski dajalniki. Če za primer vzamemo Panasonicove popolnoma digitalne AC servo motorje, je za motorje, opremljene s standardnimi 2500-vrstičnimi kodirniki, impulzni ekvivalent 360 stopinj/10000=0.036 stopinj zaradi tehnologije kvadraturne frekvenčne pretvorbe, ki je implementirana interno v gonilniku. Pri motorjih, opremljenih s 17-bitnim kodirnikom, pogon prejme 2¹⁷=131,072 impulzov na vrtljaj, kar ima za posledico ločljivost impulza 360 stopinj / 131,072 impulzov=0.002746 stopinj na impulz.

2. Različne nizko{1}}frekvenčne značilnosti

Koračni motorji so nagnjeni k-nizkofrekvenčnim vibracijam pri nizkih hitrostih. Frekvenca tresljajev je odvisna od pogojev obremenitve in zmogljivosti gonilnika, na splošno velja za polovico frekvence zagona motorja brez{2}}obremenitve. Ta nizko{4}}frekvenčna vibracija, ki je del principa delovanja koračnih motorjev, je zelo škodljiva za normalno delovanje stroja. Kadar koračni motorji delujejo pri nizkih vrtljajih, je treba uporabiti tehnike dušenja za ublažitev nizko-frekvenčnih vibracij, kot je dodajanje dušilcev motorju ali uporaba mikrokoračne tehnologije v gonilniku.

AC servo motorji delujejo izjemno gladko, brez tresljajev tudi pri nizkih vrtljajih. AC servo sistemi vključujejo zmožnosti dušenja resonance za kompenzacijo pomanjkljivosti mehanske togosti. Poleg tega sistemska funkcija notranje frekvenčne analize (FFT) zazna mehanske resonančne točke, kar olajša nastavitev sistema.

3. Različne navorne-frekvenčne karakteristike

Koračni motorji kažejo padajoči izhodni navor z naraščajočo hitrostjo, pri višjih hitrostih pa se močno zmanjšajo. Posledično je njihova največja delovna hitrost običajno omejena na 300–600 RPM. AC servo motorji zagotavljajo konstanten izhodni navor, pri čemer nazivni navor ohranjajo v območju nazivne hitrosti (običajno 2000 ali 3000 RPM). Nad nazivno hitrostjo preidejo na konstantno izhodno moč.

4. Različne zmožnosti preobremenitve

Koračni motorji na splošno nimajo zmožnosti preobremenitve. AC servo motorji imajo močno sposobnost preobremenitve. Če za primer vzamemo servo sistem Panasonic AC, ima tako zmožnost preobremenitve hitrosti kot preobremenitve navora. Njegov največji navor doseže trikratnik nazivnega navora, kar mu omogoča, da med zagonom premaga vztrajnostni navor inercijskih bremen. Koračni motorji nimajo te preobremenitvene sposobnosti. Za premagovanje vztrajnostnega navora med zagonom se med specifikacijo pogosto izberejo motorji z večjim navorom. Vendar pa je tako visok navor med normalnim delovanjem nepotreben, kar povzroči nepotreben navor.

5. Različne operativne zmogljivosti

Koračni motorji uporabljajo odprt{0}}krmiljenje. Previsoke zagonske frekvence ali čezmerne obremenitve lahko povzročijo izgubo koraka ali zastoj. Previsoke hitrosti med ustavljanjem lahko povzročijo prekoračitev. Zato je treba za zagotovitev točnosti krmiljenja pravilno upravljati pospeševanje in zaviranje. AC servo pogonski sistemi uporabljajo nadzor-z zaprto zanko. Gonilnik neposredno vzorči povratne signale iz dajalnika motorja in tvori notranje zanke položaja in hitrosti. Ta zasnova se na splošno izogne ​​težavam z izgubo koraka ali prekoračitvijo, ki so pogoste pri koračnih motorjih, in zagotavlja zanesljivejšo krmilno zmogljivost.

6. Različna hitrost odziva

Koračni motor potrebuje 200–400 milisekund, da pospeši iz mirovanja v delovno hitrost (običajno nekaj sto RPM). AC servo sistemi izkazujejo vrhunsko zmogljivost pospeševanja. Na primer, servo motor Panasonic MSMA 400 W AC pospeši iz stanja mirovanja do svoje nazivne hitrosti 3000 RPM v samo nekaj milisekundah, zaradi česar je primeren za aplikacije, ki zahtevajo hiter nadzor zagona-ustavitve.

Če povzamemo, AC servo sistemi prekašajo koračne motorje v številnih vidikih delovanja. Vendar se koračni motorji še vedno pogosto uporabljajo kot aktuatorji v manj zahtevnih aplikacijah. Zato je treba med načrtovanjem krmilnega sistema celovito oceniti dejavnike, kot so zahteve glede krmiljenja in stroški, da se izbere ustrezen motor.