Manual de cunoștințe privind motorul de automatizare industrială

Un motor electric constă dintr-un rotor plasat într-un câmp magnetic rotativ. Sub influența acestui câmp magnetic rotativ, rotorul capătă un cuplu de rotație, determinându-l să se rotească. Motoarele asincrone funcționează pe o gamă largă de puteri, de la câțiva wați la zeci de mii de kilowați, furnizând putere pentru diverse echipamente mecanice și aparate de uz casnic.
Un motor electric (numit în mod obișnuit „motor”) este un dispozitiv electromagnetic care convertește sau transmite energia electrică pe baza principiului inducției electromagnetice. Funcția sa principală este de a genera cuplu de antrenare, servind ca sursă de energie pentru aparate electrice sau diferite echipamente mecanice.
Funcția principală a unui generator este de a transforma energia electrică în energie mecanică.

 

 

Un motor electric constă în principal dintr-o înfășurare cu electromagnet sau înfășurări ale statorului distribuit pentru generarea unui câmp magnetic, o armătură sau rotor rotativ și alte accesorii. Sub influența câmpului magnetic rotativ produs de înfășurările statorului, curentul curge prin cadrul din aluminiu cușcă-veveriță a armăturii. Acest curent interacționează cu câmpul magnetic, determinând rotirea armăturii.

 

 

 

 

Stator (partea staționară) Miez de stator: O componentă a circuitului magnetic al motorului, pe care sunt montate înfășurările statorului; Înfășurări statorice: circuitele electrice ale motorului, prin care curge curent alternativ trifazat pentru a genera un câmp magnetic rotativ; Cadru: fixează miezul statorului și capacele din față/spate pentru a susține rotorul, oferind în același timp protecție, disipare a căldurii și alte funcții;

 

Rotor (partea rotativă)
Miezul rotorului: servește ca parte a circuitului magnetic al motorului și găzduiește înfășurările rotorului în fantele acestuia;
Înfășurările rotorului: tăiați câmpul magnetic rotativ al statorului pentru a genera forță electromotoare indusă și curent, producând un cuplu electromagnetic care conduce rotația motorului;

【Animție prin principiul motorului】
Motor cu magnet permanent ▼

Motor DC ▼

Motor magnetic cuantic ▼

Motor cu inducție monofazat ▼{0}

Principiul de funcționare al motoarelor pas cu pas ▼

Motor de echilibrare ▼

Principiul generării curentului electric ▼

Stator trifazat ▼

Motor electric mic ▼

Secțiune transversală-motor ▼

Motor electric ▼

Motoare de curent continuu▼

Diferențele dintre repararea motoarelor cu frecvență variabilă și a motoarelor convenționale

Metodele de reparare pentru motoarele cu frecvență variabilă sunt în principiu aceleași cu cele pentru motoarele convenționale. Cu toate acestea, datorită caracteristicilor unice ale surselor de alimentare cu frecvență variabilă, cerințele de izolație pentru înfășurările motorului cu frecvență variabilă sunt mai stricte decât pentru motoarele convenționale. Următoarele măsuri trebuie luate pentru a îmbunătăți condițiile de izolare:

1. Selectați un fir electromagnetic cu rezistență corona excelentă pentru a îndeplini cerințele motorului pentru a rezista la impulsuri de înaltă-frecvență și la descărcare parțială.

În mod obișnuit, se utilizează sârmă emailată din compozit poliesterimidă/poliamideimidă sau sârmă electromagnetică rezistentă la corona{0}.

2. Tehnici de construcție de înfășurare și inserare a fantelor.

Gestionarea strictă este esențială în timpul proceselor de înfășurare, inserare a slotului și legare pentru motoarele cu frecvență variabilă. O atenție deosebită trebuie acordată prevenirii deteriorării conductorului în timpul înfășurării și inserării fantei. Introducerea fantelor trebuie să asigure amplasarea corectă a izolației fantelor, a izolației de fază și a izolației strat-la-strat. Izolația de fază trebuie să utilizeze materiale ușor de pătruns de lacul de izolare. Capetele bobinei trebuie să fie întărite cu legare și asigurare pentru a se asigura că formează o unitate integrală.

Întărirea izolației la partea inferioară a fantei motorului, între faze, între straturi și la pornirea/sfârșitul bobinei îmbunătățește rezistența dielectrică a motorului.

3. Izolația principală trebuie să utilizeze izolație fără spații-.

Golurile de aer din structura de izolație a motoarelor cu frecvență variabilă sunt cauza principală a descărcării corona. Pentru a asigura absența golurilor de aer în structura globală de izolație, conform standardului național GB/TZ1707-2008 „Specificații de izolație pentru motoare asincrone trifazice pentru controlul vitezei cu frecvență variabilă”, lacul de impregnare utilizat nu trebuie să fie mai mic de clasa F{-, cu un conținut de lac fără solvenți de clasa F{-%, cu un conținut de lac fără solvenți VPI10 și sub nivelul VPI10. angajat. Acest proces îmbunătățește, de asemenea, rezistența mecanică generală a structurii de izolație.

4. Asigurați-vă potrivirea corespunzătoare între invertor, cabluri și motor și limitați lungimea cablurilor dintre motor și sursa de alimentare.

Datorită nepotrivirii impedanței în liniile de alimentare, amplitudinea supratensiunii la capătul motorului crește odată cu lungimea cablurilor dintre invertor și motor, ceea ce poate provoca cu ușurință descărcarea parțială. Prin urmare, pe baza caracteristicilor specifice ale sursei de alimentare cu frecvență variabilă și a cerințelor reale, lungimea cablului de conectare trebuie redusă cât mai mult posibil pentru a reduce amplitudinea supratensiunii la capătul motorului și cantitatea de descărcare parțială, prelungind astfel durata de viață a motorului. Cablurile de alimentare pentru motoarele cu frecvență variabilă folosesc în general cabluri specializate, cunoscute și sub denumirea de cabluri cu conductor simetric cu frecvență variabilă, care fac parte din seria 3P+3N/E. Aceasta înseamnă că configurația inițială 3+1 împarte un singur conductor neutru în trei conductoare separate.

Motor pas cu pas

 

Figura 1.1 ilustrează principiul de funcționare al unui motor pas cu două-faze, care are două înfășurări. Când o înfășurare este alimentată, polul său stator generează un câmp magnetic care atrage rotorul pentru a se alinia cu acest pol. Dacă înfășurările sunt alimentate în secvență sub impulsuri de control-ciclând prin stările A`A→B`B→`AA→`BB-motorul se rotește în sensul acelor de ceasornic. Când este alimentat în secvența A`A→`BB→`AA→B`B, motorul se rotește în sens invers acelor de ceasornic. Fiecare impuls de control schimbă direcția de alimentare, determinând mișcarea motorului cu un pas (90 de grade). Patru impulsuri completează o rotație completă. Frecvența pulsului mai mare are ca rezultat o rotație mai rapidă a motorului.
Cuplul de ieșire al unui motor pas cu pas este proporțional cu volumul efectiv al motorului, rotațiile bobinei, fluxul magnetic și curentul. Prin urmare, un volum efectiv mai mare, mai multe spire a bobinei și un spațiu de aer mai mic între stator și rotor au ca rezultat un cuplu mai mare și invers.

Fig. 1 Diagrama schematică a unui motor pas cu două-faze

Fig. 2 Diagrama structurii mecanismului motorului pas cu pas

Structura unui motor pas cu pas constă dintr-un rotor (miez de rotor, magnet permanent, arbore, rulmenți cu bile), un stator (înfășurare, miez de stator) și capace frontale și posterioare. Cel mai tipic motor pas cu pas hibrid în două-faze are un stator cu 8 dinți mari și 40 de dinți mici, în timp ce rotorul are 50 de dinți mici. Statorul unui motor trifazat are 9 dinți mari și 45 dinți mici, rotorul având și 50 de dinți mici.

Numărul de faze al unui motor pas cu pas se referă la numărul de grupuri de bobine din motor. Tipurile utilizate în mod obișnuit includ motoarele pas cu două-faze, tri-, patru- și cinci-fazate. Numărările diferite ale fazelor au ca rezultat unghiuri de pas diferite: de obicei, motoarele cu două-faze au unghiuri de pas de 0,9 grade/1,8 grade, motoarele cu trei-faze au 0,75 grade/1,5 grade și motoarele cu cinci-faze au 0,36 grade/0,72 grade Fără un driver micropas, utilizatorii selectează în primul rând motoarele pas cu pas cu diferite numărători de faze pentru a îndeplini specificațiile necesare pentru unghiul de pas. Când se folosește un driver micropas, „numărul de faze” devine irelevant; utilizatorii pot ajusta pur și simplu rezoluția micropasului pe driver pentru a modifica unghiul pasului.

Indiferent dacă este vorba de un motor pas cu pas cu două-faze patru-, patru-faze cinci-sau patru-faze de șase-fire, construcția internă rămâne consistentă. Distincția dintre configurațiile cu patru-fire, cinci-fire sau șase-fire depinde dacă perechile A și ~A sau perechile B și B~ au o conexiune terminală comună (COM). Dacă ambele grupuri A și B au propriile terminale COM dedicate, motorul este cu șase-fire. Dacă bornele comune pentru A și B sunt conectate împreună, este vorba de cinci fire-.

Prin urmare, pentru a determina configurația cablajului unui motor pas cu pas, pur și simplu separați grupurile A și B și testați-le cu un multimetru.

Patru-fire:Deoarece nu există un fir comun (COM) într-o configurație cu patru-fire, grupurile A și B sunt complet izolate și ne-conductoare între ele. Astfel, atunci când este testat cu un multimetru, un grup nu va prezenta continuitate.

Cinci-fire:Într-o configurație cu cinci-fire, bornele comune ale grupurilor A și B sunt conectate împreună. Când testați cu un multimetru, dacă un fir prezintă o valoare a rezistenței similară cu celelalte fire, acel fir este terminalul comun. Pentru a conduce un motor pas cu cinci-fire, terminalul comun poate fi lăsat neconectat și motorul va funcționa în continuare.

Şase-fire:Bornele comune ale grupelor A și B nu sunt conectate. În mod similar, folosind un multimetru pentru a măsura rezistența, dacă un fir prezintă rezistență identică cu celelalte două fire, acel fir este terminalul com, iar celelalte două fire formează un grup. Pentru a conduce un motor pas cu pas cu patru-faze și șase-fire, motorul poate fi, de asemenea, acționat fără a conecta cele două terminale comune comune.

Concepte legate de motorul pas cu pas:

Număr de faze: numărul de perechi de bobine de excitație care generează perechi diferite de poli magnetici N și S. Notat în mod obișnuit cu m.

Numărarea pulsului:Numărul de impulsuri sau stări conductoare necesare pentru a finaliza un ciclu de câmp magnetic, notat cu n. Alternativ, se referă la numărul de impulsuri necesare pentru ca motorul să se rotească cu un unghi de pas. De exemplu, într-un motor cu patru-faze:

Unghiul pasului:Deplasarea unghiulară a rotorului motorului corespunzătoare unui semnal de impuls, notat cu θ. θ=360 grade / (dinții rotorului J × numărul bătăii de funcționare). Pentru motoarele convenționale cu două- sau patru-faze cu 50 de dinți de rotor: în funcționarea în patru-faze, unghiul pasului este θ=360 grade /(50*4)=1.8 grade (denumit în mod obișnuit pas complet). În operațiunea cu opt-faze, unghiul pasului este θ=360 grade /(50*8)=0.9 grade (denumit în mod obișnuit o jumătate de treaptă).

Cuplu de menținere:Cuplul de blocare inerent al rotorului motorului atunci când este dez-energizat (cauzat de armonicile profilului dinților din câmpul magnetic și erorile mecanice).

Cuplu static:Cuplul de blocare pe arborele motorului atunci când motorul este sub forța electrică statică nominală, dar nu se rotește. Acest cuplu servește ca standard pentru evaluarea dimensiunii motorului (dimensiunile geometrice) și este independent de tensiunea de antrenare sau de alimentare.

Acționare cu motor pas cu pas:Conducerea unui motor pas cu pas implică în esență aplicarea alternativă a impulsurilor continue grupelor A și B ale motorului, permițând motorului să funcționeze.

Pas ratat:Numărul real de pași făcuți în timpul funcționării motorului nu se potrivește cu numărul de pași teoretic.

Exemplu:Diferențele dintre motoarele pas cu două-faze și cinci-faze

Motoarele pas cu pas sunt clasificate în principal după numărul de faze, motoarele pas cu două{0}}faze și cinci-faze fiind cele mai utilizate pe piața actuală. Majoritatea motoarelor pas cu două-faze pot fi subdivizate în maximum 400 de pași egali pe rotație, în timp ce motoarele cu cinci-faze pot fi subdivizate în 1000 de pași egali. În consecință, motoarele pas cu cinci-faze prezintă caracteristici de performanță superioare, timpi de accelerare/decelerare mai scurti și inerție dinamică mai mică.

Comparația diferențelor dintre motoarele pas cu două-faze și cinci-faze:

1. Diferențele de precizie a controlului

Motoarele pas cu pas hibride cu două-faze au de obicei unghiuri de pas de 3,6 grade sau 1,8 grade, în timp ce motoarele pas cu pas hibride cu cinci-faze au, în general, unghiuri de pas de 0,72 grade sau 0,36 grade. Unele-motoare pas cu pas de înaltă performanță oferă unghiuri de pas și mai mici. De exemplu, un motor pas cu pas produs de Sitong Company pentru mașini lente-de tăiat sârmă are un unghi de pas de 0,09 grade. Motoarele pas cu pas hibride cu trei-faze produse de Berger Lahr din Germania pot avea unghiurile de pas setate prin comutatoarele DIP la 1,8 grade , 0,9 grade , 0,72 grade , 0,36 grade , 0,18 grade , 0,09 grade , 0,09 grade , 0,072 grade, 0,03 grade sau compatibilitate cu ambele grade . motor pas cu pas hibrid bi-și cinci-fazat unghiuri de pas.

Precizia de control a servomotoarelor de curent alternativ este asigurată de encodere rotative. Luând ca exemplu servomotoarele de curent alternativ complet digitale Panasonic, pentru motoarele echipate cu encodere standard de 2500 de linii, echivalentul impulsului este de 360 ​​de grade/10000=0.036 grade datorită tehnologiei de conversie a frecvenței în cuadratura implementată intern în driver. Pentru motoarele echipate cu un encoder pe 17 biți, unitatea primește 2¹⁷=131,072 impulsuri pe rotație, rezultând o rezoluție a impulsurilor de 360 ​​de grade / 131,072 impulsuri=0.002746 grade pe impuls.

2. Caracteristici diferite de-frecvență joasă

Motoarele pas cu pas sunt predispuse la-vibrații de joasă frecvență la viteze mici. Frecvența vibrațiilor depinde de condițiile de sarcină și de performanța șoferului, în general considerată a fi jumătate din frecvența de pornire fără sarcină a motorului. Această-vibrație de joasă frecvență, inerentă principiului de funcționare al motoarelor pas cu pas, este foarte dăunătoare pentru funcționarea normală a mașinii. Atunci când motoarele pas cu pas funcționează la viteze mici, trebuie folosite tehnici de amortizare pentru a atenua vibrațiile de joasă-frecvență, cum ar fi adăugarea de amortizoare la motor sau utilizarea tehnologiei microstepping în driver.

Servomotoarele AC funcționează excepțional de fără probleme, fără vibrații chiar și la viteze mici. Servosistemele AC încorporează capabilități de suprimare a rezonanței pentru a compensa deficiențele de rigiditate mecanică. În plus, funcția internă de analiză a frecvenței (FFT) a sistemului detectează punctele de rezonanță mecanică, facilitând reglarea sistemului.

3. Caracteristici de frecvență-diferite ale cuplului

Motoarele pas cu pas prezintă un cuplu de ieșire în scădere odată cu creșterea vitezei, experimentând o scădere bruscă la viteze mai mari. În consecință, viteza lor maximă de funcționare este de obicei limitată la 300-600 RPM. Servomotoarele AC furnizează un cuplu constant, menținând cuplul nominal în intervalul lor de viteză nominală (în general 2000 sau 3000 RPM). Peste viteza nominală, trec la putere constantă.

4. Diferite capacități de supraîncărcare

Motoarele pas cu pas, în general, nu au capacitatea de suprasarcină. Servomotoarele AC posedă o capacitate puternică de suprasarcină. Luând ca exemplu servosistemul Panasonic AC, acesta dispune atât de suprasarcină de viteză, cât și de suprasarcină de cuplu. Cuplul său maxim atinge de trei ori cuplul nominal, permițându-i să depășească cuplul de inerție al sarcinilor inerțiale în timpul pornirii. Motoarele pas cu pas nu au această capacitate de suprasarcină. Pentru a depăși cuplul inerțial în timpul pornirii, motoarele cu cuplu mai mari sunt adesea selectate în timpul specificației. Cu toate acestea, un astfel de cuplu mare nu este necesar în timpul funcționării normale, ceea ce duce la pierderea de cuplu.

5. Performanță operațională diferită

Motoarele pas cu pas folosesc-control în buclă deschisă. Frecvențele de pornire excesiv de ridicate sau sarcinile excesive pot cauza pierderea treptei sau blocarea. Vitezele excesiv de mari în timpul opririi pot duce la depășiri. Prin urmare, pentru a asigura acuratețea controlului, accelerația și decelerația trebuie gestionate corespunzător. Sistemele de servomotor AC utilizează control în buclă închisă-. Driverul prelevează direct semnalele de feedback de la encoderul motorului, formând bucle interne de poziție și viteză. Acest design evită, în general, problemele de pierdere a treptei sau depășiri comune la motoarele pas cu pas, oferind performanțe de control mai fiabile.

6. Performanță de răspuns la viteză diferită

Un motor pas cu pas necesită 200-400 de milisecunde pentru a accelera de la repaus la viteza de funcționare (de obicei, câteva sute de rpm). Servosistemele AC prezintă performanțe superioare de accelerare. De exemplu, servomotorul Panasonic MSMA 400W AC accelerează de la repaus la viteza nominală de 3000 RPM în doar câteva milisecunde, făcându-l potrivit pentru aplicațiile care necesită control rapid de pornire-oprire.

Pe scurt, servosistemele AC depășesc motoarele pas cu pas în numeroase aspecte de performanță. Cu toate acestea, motoarele pas cu pas sunt încă utilizate în mod obișnuit ca dispozitive de acționare în aplicații mai puțin solicitante. Prin urmare, în timpul proiectării sistemului de control, factori precum cerințele de control și costul trebuie evaluați cuprinzător pentru a selecta motorul potrivit.