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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 전기 마이크로 모터. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
일반적으로 전기 모터는 큰 힘, 중간 힘 및 작은 힘의 세 그룹으로 나뉩니다. 저전력 모터(마이크로 모터라고 함)의 경우 상한 전력 제한이 설정되지 않으며 일반적으로 수백 와트입니다. 마이크로 모터는 가전 제품 및 가전 제품 (현재 각 가족에는 냉장고, 진공 청소기, 테이프 레코더, 플레이어 등의 여러 마이크로 모터가 있음), 측정 기술, 자동 제어 시스템, 항공 및 우주 기술 및 기타 인간 활동 영역에 널리 사용됩니다. 최초의 DC 모터는 XIX 세기의 30년대에 등장했습니다. 1856년 독일 공학자 Siemens가 1866암 변환기를 발명하고 1883년에 그가 동력전기 원리를 발견한 결과 전기 모터 개발의 큰 진전이 이루어졌습니다. 1885년 테슬라와 1884년 페라리는 독립적으로 AC 유도 모터를 발명했습니다. 1887년에 Siemens는 직렬 여자 권선이 있는 교류 수집기 모터를 만들었습니다. 1890년에 Khazelwander와 Dolivo-Dobrovolsky는 엔진 설계를 크게 단순화한 농형형 농형 와인딩이 있는 로터 설계를 제안했습니다. XNUMX년에 Chitin과 Leblanc은 처음으로 위상 이동 축전기를 사용했습니다. 가전 제품에서 전기 모터는 1887 년부터 팬, 1889 년부터 재봉틀, 1895 년부터 드릴, 1901 년부터 진공 청소기에 사용되기 시작했습니다. 그러나 지금까지 마이크로 모터에 대한 수요가 너무 커서(최신 비디오 카메라에는 최대 XNUMX개의 마이크로 모터가 사용됨) 이를 개발하고 제조하기 위해 전문 회사와 기업이 생겨났습니다. 많은 유형의 마이크로 모터가 개발되었으며, 각각이 이 시리즈 기사의 주제입니다. 비동기 마이크로모터 단상 비동기식 마이크로 모터는 가장 일반적인 유형이며 저비용 및 소음 수준, 높은 신뢰성, 유지 보수가 필요없고 이동 접점을 포함하지 않는 대부분의 기기 및 장치의 전기 드라이브 요구 사항을 충족합니다. 전원 켜기. 비동기식 마이크로 모터는 1개, XNUMX개 또는 XNUMX개의 권선이 있을 수 있습니다. 단일 권선 모터에는 초기 시동 토크가 없으며 시동하려면 예를 들어 시동 모터를 사용해야 합니다. XNUMX권선 모터에서 주권선이라고 하는 권선 중 하나는 주전원에 직접 연결됩니다(그림 XNUMX).
다른 보조 권선에서 시작 토크를 생성하려면 주 권선의 전류에 대해 위상이 변이된 전류가 흘러야 합니다. 이를 위해 추가 저항이 보조 권선과 직렬로 연결되며 이는 활성, 유도 또는 용량성일 수 있습니다. 대부분의 경우 커패시터는 보조 권선의 전원 공급 장치 회로에 포함되며 권선 전류의 최적 위상 편이 각도는 90 °와 같습니다 (그림 1, b). 보조 권선의 전원 회로에 지속적으로 연결되는 커패시터를 작동 커패시터라고합니다. 엔진을 시동할 때 증가된 시동 토크를 제공해야 하는 경우 작동 커패시터 Sv와 병렬로 시동 커패시터 Ca가 시동 시간 동안 켜집니다(그림 1, c). 엔진이 속도로 가속된 후 릴레이 또는 원심 스위치를 사용하여 시동 커패시터가 꺼집니다. 실제로는 그림 1b의 변형이 더 자주 사용됩니다. 위상 편이 효과는 보조 권선의 능동 저항을 인위적으로 증가시켜 얻을 수 있습니다. 이는 추가 저항을 포함하거나 고저항 와이어로 보조 권선을 만들어 달성됩니다. 보조 권선의 가열 증가로 인해 후자는 엔진 시동 후 꺼집니다. 이러한 모터는 90 °의 권선 전류의 위상 편이를 허용하지 않지만 커패시터 모터보다 저렴하고 안정적입니다. 모터 샤프트의 회전 방향을 바꾸려면 인덕터 또는 초크를 보조 권선의 전원 공급 회로에 연결해야 합니다. 그 결과 주 권선의 전류가 보조 권선의 전류를 위상으로 이끌게 됩니다. 실제로 이 방법은 보조 권선 저항의 유도 특성으로 인해 위상 편이가 무시할 수 있기 때문에 거의 사용되지 않습니다. 가장 일반적으로 사용되는 방법은 보조 권선을 닫는 것으로 구성된 주 권선과 보조 권선 사이의 위상 변이입니다. 주 권선은 보조 권선과 자기 연결을 가지므로 주 권선이 공급망에 연결되면 보조 권선에 EMF가 유도되고 주 권선의 전류와 위상이 뒤처지는 전류가 발생합니다 . 모터 로터는 메인 권선에서 보조 권선 방향으로 회전하기 시작합니다. 2권선 XNUMX상 비동기 모터는 단상 전원 공급 모드에서 사용할 수 있습니다. 그림 XNUMX는 단상 작동 모드(Steinmetz 체계)에서 "별" 및 "삼각형" 방식에 따라 XNUMX권선 모터를 포함하는 것을 보여줍니다. 세 권선 중 두 권선은 공급 네트워크에 직접 연결되고 세 번째 권선은 시동 커패시터를 통해 공급 전압에 연결됩니다. 필요한 시동 토크를 생성하려면 모터 권선의 매개 변수에 따라 저항이 달라지는 저항을 커패시터와 직렬로 연결해야 합니다.
권선. 대칭 공간 배열과 고정자 권선의 동일한 매개변수가 특징인 XNUMX권선 비동기 모터와 달리 단상 공급 모터에서는 주 권선과 보조 권선의 매개변수가 다릅니다. 대칭 권선의 경우 극 및 위상당 슬롯 수는 다음 식에서 결정할 수 있습니다. q = N / 오후 2시, 여기서 N은 고정자 슬롯의 수입니다. m - 권선 수(위상) p는 극의 수입니다. 준대칭 권선에서는 권선의 슬롯 수와 폭이 약간 다르며, 주 권선과 보조 권선의 능동 저항과 유도 저항은 서로 다른 값을 가집니다. 비대칭 권선에서 각 권선이 차지하는 슬롯의 수는 크게 다릅니다. 따라서 주 권선과 보조 권선의 권선 수가 다릅니다. 전형적인 예는 2/3-1/3 권선(그림 3)으로 고정자 슬롯의 2/3는 주 권선이 차지하고 1/3은 보조 권선이 차지합니다.
디자인. 그림 4는 고정자 극에 위치한 두 개의 집중 권선 또는 코일 권선이 있는 모터의 단면을 보여줍니다.
각 권선(메인 1 및 보조 2)은 반대 극에 위치한 두 개의 코일로 구성됩니다. 코일은 기둥에 놓고 기계의 요크에 삽입합니다. 이 경우에는 사각형 모양입니다. 작동 에어 갭의 측면에서 코일은 폴 슈 3 역할을 하는 특수 돌출부에 의해 고정됩니다. 덕분에 작동 에어 갭의 자기장 분포 곡선이 정현파에 접근합니다. 이러한 돌출부가 없으면 이 곡선의 모양은 직사각형에 가깝습니다. 이러한 엔진의 위상 이동 소자로는 커패시터와 저항을 모두 사용할 수 있습니다. 보조 권선을 단락시키는 것도 가능합니다. 이 경우 모터는 분할 극 비동기 기계로 변환됩니다. 음영 극 모터는 단순한 설계, 높은 신뢰성 및 저렴한 비용으로 인해 가장 일반적으로 사용됩니다. 이러한 모터는 또한 고정자에 두 개의 권선이 있습니다(그림 5).
메인 권선(3)은 코일 형태로 만들어지며 공급망에 직접 연결된다. 보조 권선 1은 극당 XNUMX~XNUMX회 회전하여 단락됩니다. 그것은 엔진의 이름을 설명하는 극의 일부를 덮습니다. 보조 권선은 단면이 수 제곱 밀리미터인 둥글거나 평평한 구리선으로 만들어지며 적절한 모양의 코일로 구부러집니다. 그런 다음 권선의 끝이 용접으로 연결됩니다. 모터 로터는 단락되고 고정자 권선에서 열 제거를 향상시키는 냉각 핀이 끝 부분에 부착됩니다. 음영 극 모터의 구조적 옵션은 그림 6과 7에 나와 있습니다.
원칙적으로 주 권선은 회전자에 대해 대칭 또는 비대칭으로 배열될 수 있습니다. 그림 6은 비대칭 메인 권선이 있는 모터의 설계를 보여줍니다. 이러한 엔진은 외부 자기회로에 누설자속이 크므로 효율이 5~1%를 넘지 않으며 2~3와트 이하의 전력으로 제작된다. 제조 가능성의 관점에서 주 권선이 대칭으로 배치된 모터는 더 복잡합니다. 10-50W의 출력을 가진 엔진에서는 복합 고정자가 사용됩니다 (그림 7, 여기서 : 1 - 요크 링, 2 - 단락 링, 3 - 극, 4 - "다람쥐 케이지"권선이있는 로터, 5 - 자기 분로). 모터 극이 요크로 덮여 있고 권선이 자기 시스템 내부에 있기 때문에 여기에서 누설 자속은 그림 6의 설계보다 훨씬 적습니다. 엔진 효율 15-25%. 음영 극 모터의 속도를 변경하기 위해 교차 극 회로가 사용됩니다(그림 8). 그것은 고정자 권선의 극 쌍 수의 전환을 구현하여 반대 방향으로 켜진 권선을 켜기에 충분하도록 변경합니다. 음영 극 모터는 또한 권선 코일을 직렬 연결에서 병렬로 전환하는 속도 제어 원리를 사용합니다.
동기식 마이크로모터 단상 동기 모터는 시계, 카운터, 타임 릴레이, 조정 및 제어 시스템, 측정 장비, 녹음 장비 등에 사용됩니다. 동기식 모터에서는 회전 자기장이 생성되며 회전 속도는 일정하고 부하 변화에 의존하지 않습니다. 단상 유도 모터와 마찬가지로 동기식 모터는 타원형 회전 자기장을 생성합니다. 과부하가 걸리면 동기식 마이크로 모터가 동기화되지 않습니다. 공급 전압을 적용한 후 엔진이 가속되고 동기화되는 조건을 만들어야합니다. 반응성 히스테리시스 동기식 모터와 영구 자석에서 여기되는 모터가 있습니다. 제트 엔진 최대 100W의 전력으로 동기 모터는 주 권선과 보조 권선의 두 권선으로 구성되며 위상 변이 커패시터는 후자와 직렬로 켜집니다. 동기식 릴럭턴스 모터의 고정자는 유도 전동기의 고정자와 구조적으로 다르지 않습니다. 동기식 모터의 회 전자에는 동기식 마이크로 모터의 안정적인 시작을 제공하는 단락 권선 ( "다람쥐")이 있습니다. 동기식에 가까운 속도까지 모터는 비동기식으로 가속한 다음 독립적으로 동기식으로 후퇴하고 로터는 동기식 속도로 계속 회전합니다. 동기 모터의 회 전자 설계는 그림 9에 나와 있습니다.
그루브는 균일 한 계단으로 원주를 따라 위치하며 (그림 9, a) 그루브의 깊이는 작동 에어 갭의 길이보다 10-20 배 더 큽니다. 이 슬롯에 알루미늄을 붓고 이렇게 형성된 회전자 권선 막대는 막대의 양쪽 끝에 용접된 알루미늄 링으로 단락됩니다. 네트워크에서 소비되는 동일한 무효 전력 값으로 동기 모터 샤프트의 유용한 모멘트는 비동기 모터 샤프트의 모멘트보다 XNUMX배 적습니다. 동기 모터의 효율과 cosf도 비동기 모터보다 나쁩니다. 이는 동기 모터의 작동 공극이 비동기 모터의 공극보다 크기 때문입니다. 모터 자기 회로의 개별 섹션의 전도율을 변경하여 자속을 원하는 방향으로 향하게 할 수 있습니다. 이는 알루미늄 합금으로 채워진 연자성 재료에 특수 캐비티를 사용하여 달성할 수 있습니다. 그림 9b는 유사한 방식으로 만들어진 XNUMX극 로터를 보여줍니다. 이 경우 비동기 모터의 경우와 같이 작동 에어 갭의 길이는 고정자의 전체 둘레에 걸쳐 변경되지 않습니다. 이러한 동기 모터의 전력은 단상 비동기 모터의 전력에 가깝습니다. 히스테리시스 모터 설계 측면에서 히스테리시스 모터의 고정자는 이전에 고려된 모터의 고정자와 다르지 않습니다(비동기식, 동기식 자기저항). 히스테리시스 모터의 낮은 회전 속도에서 고정자는 클로 모양의 폴로 만들어집니다(그림 10).
여기에는 권선이 있는 요크 1이 포함되어 있으며 코일은 고정자의 원주를 따라 번갈아 가며 극성이 번갈아 가며 일련의 전자석을 형성합니다(NSNS...). 2 - 발톱 모양의 기둥; 3 - 합성 소재로 만든 슬리브; 4 - 누설 자속, 5 - 유용한 자속; 6 - 로터; 7 - 환형 권선; 8 - 와인딩 프레임. 자속을 차단하기 위한 플레이트는 코일의 측면에 설치됩니다. 고정자 권선이 공급 네트워크에 연결되면 작동 공극에 다극 자기장이 생성됩니다. 그림 11은 차례로 배열된 1개의 극을 보여줍니다(2 - 주 북쪽, 3 - 보조 북쪽, 4 - 단락 링, 5 - 링 여자 권선, 6 - 주 남극, XNUMX - 보조 남극). 고정자 권선 코일에 대해 동심원에 위치한 단락 링(또는 권선)은 주 극과 보조 극과 서로 다른 결합 계수를 갖습니다. 따라서 표시된 극의 자속의 위상 편이가 제공되며 그 결과 타원형 회전 자기장이 나타납니다.
넓은 히스테리시스 루프가 있는 강자성 재료로 만든 링이 회전자에 장착됩니다. 이 재료의 보자력은 영구 자석을 만드는 데 사용되는 경자성 재료보다 작아야 합니다. 그렇지 않으면 링을 재자화하기 위해 강력한 자기장이 필요합니다. 회 전자 링에는 고정자 극 수에 해당하는 창이 있으며 반응 토크로 인해 회 전자의 동기 회전을 보장합니다. 영구자석 가진 모터 영구 자석 회전자를 포함하는 동기 모터는 클로 폴 모터와 구조적으로 유사합니다(그림 10 참조). 히스테리시스 모터에 비해 영구 자석 모터의 주요 장점은 동일한 치수로 발생하는 토크가 히스테리시스 모터 토크보다 20-30배 더 크다는 것입니다. 또한 영구 자석 모터가 더 안정적입니다. 엔진을 시동하려면 회전자를 움직이게 설정해야 하므로 단단한 연결을 사용하여 부하를 샤프트에 부착해서는 안 됩니다. 저전력 모터에는 페라이트 영구 자석 링이 있는 회전자가 포함되어 있으며 적은 수의 극으로 반지름 방향으로 자화됩니다. 극 수가 많을 때 로터는 축 방향으로 자화되고 발톱 모양의 극을 갖습니다(그림 12). 여기서 1개의 링은 영구 자석으로 만들어집니다. 2 - 부싱. 고전력 모터에 사용되는 고정자 설계는 분산 권선이 있는 유도 전동기의 고정자 설계와 실질적으로 동일합니다. 로터 디자인은 매우 다양합니다.
그림 13은 영구 자석 여자가 있는 13극 동기 모터의 세 가지 설계 옵션을 보여줍니다. 그림 13, a에서 바륨 페라이트는 엔진에 사용되며 그림 13에서 b는 희토류 원소와 코발트의 조합을 기반으로 한 합금입니다. , 1 - 영구 자석, 2 - 자기 션트).
비동기식 시작을 보장하기 위해 모든 로터에는 비동기식 모터에서와 같이 로드 권선이 단락되어 있습니다. 범용 모터 직렬 여기가 있는 컬렉터 모터는 DC 네트워크와 AC 네트워크 모두에서 작동할 수 있으므로 범용이라고 합니다. 그들은 마이크로머신의 가장 중요한 그룹을 형성합니다. 모터 속도는 공급 전압의 주파수에 의존하지 않으므로 비동기 모터와 달리 이러한 모터는 3000rpm 이상의 속도를 가질 수 있습니다. 범용 모터의 장점은 직렬 여자 권선의 탭을 전환하거나 트라이액을 사용한 위상 제어를 통해 속도를 쉽게 제어할 수 있다는 것입니다. 단점으로, 회전자에 권선이 있고 브러시 수집기 어셈블리(또한 추가 소음이 발생하고 빠르게 마모됨)로 인해 비동기식 모터에 비해 범용 모터의 비용이 더 높다는 점을 알 수 있습니다. 디자인. 범용 모터는 XNUMX극 설계입니다. 맴돌이 전류로 인한 손실을 줄이기 위해 고정자와 회전자 자기 회로가 적층됩니다.
그림 14는 모터 고정자 설계를 위한 몇 가지 옵션을 보여줍니다. 그림 14, a - 기계 제작 권선이 있는 고정자; 그림 14,b - 여자 권선이 있는 고정자, 손으로 만들고 눕힘; 14, c - 두 개의 외부 여자 권선이 있는 고정자; 그림 14,d - 하나의 원격 여자 권선이 있는 고정자. 범용 모터의 고정자(여자) 권선은 일반적으로 여자 권선과 직렬로 연결된 전기자가 있는 두 부분 또는 코일로 구성됩니다. 이중선으로 전기자 권선을 감을 수 있습니다. 로터 홈의 직사각형 모양으로 코일이 서로 평행하게 배치됩니다. 전기자 권선은 브러시를 통과하는 모터 전류를 분배하는 두 개의 병렬 분기로 구성됩니다. 범용 모터에서 브러시-컬렉터 어셈블리에 특별한 주의를 기울여야 합니다.
가장 일반적으로 사용되는 브러시 홀더 디자인은 Fig. 15, a, b, Fig. 15, c, d의 디자인은 저렴하고 덜 강력한 엔진에 사용됩니다. Fig. 15, e는 퓨즈가있는 브러시를 보여줍니다 ( 1 - 덮개, 2 출력, 3 - 홀더, 4 - 브러시, 5 컬렉터, 6 - 필터 스로틀, 7 회전축, 8 - 링, 9 - 후크, 10 - 구리 라멜라, 11 - 홈, 12 - 절연체, 13 - 출력, 14 - 스프링, 15 유전체 니플). 브러시 본체에는 원통형 공동이 있습니다. 브러시의 설계(그림 15, e)는 브러시가 캐비티의 끝에서 작동될 때 니플이 수집기의 표면에 맞닿도록 설계되었습니다. 니플이 절연재로 되어 있기 때문에 브러시와 정류자의 접촉이 끊어져 더 이상의 엔진 작동이 불가능해진다. 직류 작업의 특징. 모터가 DC 네트워크에서 실행될 때 전기자 및 여자 권선의 전압 강하는 활성 저항에만 의존하므로 다른 모든 것이 동일하면 전기자 권선의 전압, 전류, 자속, EMF가 더 중요합니다. AC로 전원을 공급받을 때보다 이로 인해 엔진 속도가 변경됩니다. 직류 및 교류로 전원을 공급받을 때 모터가 동일한 속도로 작동해야 하는 경우 직류 모드용 모터에서 계자 권선에 더 많은 권선이 있어야 합니다. 속도 제어. 여자 권선에서 추가 결론이 내려지면 전환하여 회전 주파수를 변경할 수 있습니다 (그림 16, a). 회전 수가 감소하면 회전 속도가 증가합니다. 두 번째 방법은 모터 권선과 직렬로 가변 저항을 설치하는 것입니다(그림 16, b). 저항의 저항이 증가하면 엔진 속도가 감소합니다. 세 번째 방법은 조정 변압기를 사용하는 것입니다(그림 16, c). 공급 전압이 증가하면 엔진 속도가 증가합니다. 네 번째 방법은 가변 저항으로 전기자 권선을 분로하는 것입니다 (그림 16, d). 저항의 저항이 감소하면 회전수도 감소합니다. 부하가 떨어졌을 때 엔진이 폭주하지 않기 때문에 이 방법이 좋습니다.
정확한 속도 제어는 전자 트라이액 회로에서 얻을 수 있습니다(그림 17). 트라이 액은 교류 전압의 반주기의 일부를 "차단"합니다. 모터를 반전시키려면 전기자 권선 또는 여자 권선 연결의 극성을 변경해야 합니다.
속도 안정화. 범용 모터는 기계적 특성이 매우 부드럽습니다. 부하 토크에 대한 회전 속도의 강한 의존성. 가변 부하에서 회전 속도를 안정화하기 위해 특히 기계식 조절기가 사용됩니다. 예를 들어 접점이 추가 저항과 병렬로 연결된 원심 스위치를 사용할 수 있습니다. 이 방법은 1% 이내의 속도 안정성을 제공하지만 원심 스위치가 설계된 속도 값에만 해당됩니다. 따라서 전자 조절기가 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 예를 들어 전자 컨트롤러(그림 17)에서 전기자 권선의 EMF는 회전 속도의 실제 값에 비례하는 피드백 신호로 사용됩니다. 지정된 값이 증가하면 트라이액 제어 각도가 증가하여 엔진 속도가 감소합니다. 이 방법의 안정화 정확도는 10%입니다. 더 복잡하지만 더 비싼 방법도 있습니다. 영구 자석 여자가 있는 DC 모터 현재 이러한 모터는 주로 12V의 공급 전압으로 생산되며 자동차 드라이브, 타자기, 의료 및 가정용 장비에 사용됩니다. 건축 영구 자석 모터는 매우 다양합니다. 이는 엔진의 성능 및 비용 요구 사항이 다르기 때문입니다.
그림 18a는 페라이트 화합물(1 - 자석 세그먼트, 2 - 회전자, 3 - 고정자 패키지, 4 - 극, 5 - 링 자석, 6 - 방사상 자화, 7 - 직경 자화 8 - 직사각형 자석). 이 자석은 방사형 또는 축 방향으로 자화됩니다. 엔진 하우징은 실린더 형태 또는 길쭉한 포트 형태로 라미네이팅된 연자성 재료로 만들어집니다. 하우징은 영구 자석의 자속을 차단하는 역할을 합니다. 로터 패키지는 실리콘 첨가제(두께 1mm)가 없는 전기 강판으로 조립됩니다. 로터는 셀프 센터링 베어링에 있으며 적은 수의 홈이 있어 전기자 권선 비용이 절감됩니다. 그림 18b는 영구 자석 모터의 더 비싼 설계 요소를 보여줍니다(여기서 9는 폴이고 10은 폴 슈입니다). 경자성 물질 알니코(Al, Ni, Co)와 희토류 금속으로 만든 자석을 사용합니다. 이 모터는 몸체가 크고 회전자는 고품질 전기강으로 만들어집니다. 이러한 엔진의 효율은 80%를 초과합니다. 엔진을 켭니다. DC 모터가 배터리로 구동되는 경우 속도를 조절해야 하는 경우 펄스 조절기가 사용됩니다(그림 19, a, 여기서 U는 공급 전압, Um은 펄스 전압, Ra, La 및 Ui는 , 각각 활성 저항, 인덕턴스 및 EMF 전기자 권선, Fr - 극의 자속). 그림 19b는 모터의 전압 Um과 전류 i(t)의 형태를 보여줍니다. 엔진 회전 수는 사이리스터 또는 강력한 트랜지스터를 사용하여 켜진 전압 펄스의 듀티 사이클에 정비례합니다.
DC 모터는 단상 브리지 회로에 연결된 정류기를 통해 AC 주 전원에서 전원을 공급받습니다(그림 20). 이 경우, 전술한 바와 같이 회전 속도를 제어할 수 있다.
속도 제어를 위한 또 다른 옵션은 전기자에 대해 위치를 조정할 수 있는 브러시를 사용하는 것입니다. 공급 전압은 기하학적 중립(a-a)에 위치한 브러시 또는 이러한 브러시 중 하나와 두 번째 브러시에 대해 각도 β에 위치한 추가 브러시 a'(그림 21)에 적용될 수 있습니다. 이 두 경우에서 엔진 속도의 비율은 다음과 같은 형식을 갖습니다. n0/n = 2/(1 + cosβ). 비자성 로터가 있는 DC 모터. 서보 모터 및 자동화 모터는 종종 가능한 한 작아야 하는 전자기 또는 전기 기계 시상수 값에 대한 높은 요구 사항을 제시합니다. 이 문제를 해결하기 위해 두 가지 유형의 엔진 설계가 개발되었습니다. 1) 중공 또는 종 모양; 2) 디스크 로터 포함. 첫 번째는 1 - 20W의 전력으로 생산되고 두 번째는 20W 이상의 전력으로 생산됩니다.
중공 회 전자가있는 모터에서 후자는 표면에 권선이 고정 된 합성 전기 절연 재료의 유리 형태로 만들어집니다 (그림 22, 여기서 1은 수집기, 2는 브러시, 3은 하우징, 4는 상부 권선층, 5는 하부 권선층) . 회전자는 고정자에 장착된 영구 자석의 자기장에서 회전하고 XNUMX극 또는 XNUMX극 여기 시스템을 형성합니다.
디스크 로터가있는 모터에서 후자는 링 또는 세그먼트 자석이있는 디스크 모양을 가지며 축 방향으로 자속을 생성합니다 (그림 23, 여기서 1은 브러시, 2는 원통형 및 링 자석, 3은 디스크 로터).
자석은 로터 디스크의 양쪽에 위치할 수 있습니다. 저전력 모터에서 회전자 디스크는 권선이 인쇄되거나 스탬핑된 전기 절연 재료로 만들어집니다. 권선이 로터 둘레에 고르게 배치되어 있기 때문에 모터 샤프트의 토크는 거의 변하지 않습니다. 따라서 이러한 모터는 안정적인 속도를 유지해야 하는 전기 드라이브에 가장 적합합니다. 이 모터는 브러시가 인쇄된 권선 도체의 끝 부분 위로 미끄러지기 때문에 기존 DC 모터에 사용되는 정류자가 필요하지 않습니다. 더 높은 출력의 엔진에서는 로터에 부착하기 위해 특수한 구성으로 채워진 권선이있는 로터가 사용됩니다. 그러한 모터는 종래의 매니폴드 설계를 갖는다. BLDC 모터 최신 마이크로드라이브에서 모터는 점점 더 엄격한 요구 사항을 따라야 합니다. 한편으로는 높은 신뢰성과 비동기식 모터 설계의 단순성을 갖추어야 하고, 다른 한편으로는 단순해야 하며 DC 모터에 대한 속도 제어 범위가 넓어야 합니다. 전자 제어 회로가 있는 모터 또는 브러시리스 모터는 이러한 요구 사항을 완전히 준수합니다. 동시에 비동기식(무효 전력 소비, 회전자 손실) 및 동기식 모터(속도 리플, 동기 손실)의 단점이 없습니다. BLDC 모터는 단일 또는 다중 권선 고정자가 있는 영구 자석 여자가 있는 비접촉 DC 기계입니다. 고정자 권선의 전환은 회 전자의 위치에 따라 수행됩니다. 전자 제어 회로에는 특수 로터 위치 센서가 포함되어 있습니다. 밸브 모터는 예를 들어 테이프 레코더 및 비디오 레코더의 전기 드라이브, 측정 기술 및 로터의 고정밀 포지셔닝을 제공해야 하는 전기 드라이브와 같은 고품질 기기 및 장치에 사용됩니다. 및 관련 작업 기관. 이 용량에서 스테퍼 모터와 성공적으로 경쟁합니다. 컬렉터 DC 모터에서 여기 자속은 같은 방향을 가지며 공간에 고정되어 있습니다. 전기자 권선 Θ2의 자화력은 여자 자속 Ф에 대해 90 °의 각도에 있습니다.1 (그림 24). 컬렉터 덕분에 로터가 회전해도 90°각도는 그 값을 유지합니다.
밸브 모터에서 영구 자석은 회전자에 위치하여 자기 여기 자속을 생성하고 전기자 권선은 고정자에 위치합니다 (그림 25, a-초기 위치, b-각도 α로 회전 할 때). 고정자 권선은 자화력 Θ1과 여기 자속 Ф2 90° 각도가 유지됩니다. 회전하는 회전자를 사용하면 고정자 권선을 전환할 때 이 위치를 유지할 수 있습니다. 이 경우 고정자 권선은 특정 순간에 지정된 순서로 전환되어야 합니다.
로터의 위치는 예를 들어 홀 센서를 사용하여 결정됩니다. 위치 센서는 전자 키(트랜지스터)의 작동을 제어합니다. 따라서 전자 회로가 없으면 브러시리스 모터의 작동이 불가능합니다. 고정자 권선 수가 증가함에 따라 전자 제어 회로의 복잡성이 증가합니다. 따라서 이러한 모터에서는 일반적으로 XNUMX개 이하의 권선이 사용됩니다. 저렴한 모터 설계에는 단일 권선이 포함되어 있습니다. 단일 권선 모터의 다이어그램이 Fig. 26, a. 고정자에는 트랜지스터 VT1을 사용하여 공급 전압에 연결된 하나의 권선 1이 있습니다 (그림 26, b). 모터 회전자는 영구 자석으로 만들어지며 한 쌍의 극이 있습니다. 트랜지스터 베이스에 대한 제어 신호는 홀 센서 HG에 의해 공급됩니다. 이 센서가 예를 들어 추가 자석과 같은 자기장에 들어가면 출력에 전압 Un이 나타나 트랜지스터를 켭니다. 트랜지스터는 열리거나 닫힐 수만 있습니다.
그림 27a는 홀 센서와 추가 자석(축을 따른 단면)의 위치를 보여주고 그림 27b는 축을 가로질러 보여줍니다. 홀 센서는 추가 자석(N)의 북극에 반응합니다.
그림 28, a는 XNUMX권선 모터의 구조도를 보여줍니다.
고정자에는 두 개의 권선 1과 2가 있으며 반대 부호의 전류가 흐르거나 권선의 권선 방향이 반대입니다. 권선은 트랜지스터 VT1 및 VT2 (그림 28, b)를 차례로 사용하여 전환됩니다. 이를 위해 홀 센서에는 두 개의 출력이 있어야합니다. 하나는 추가 자석의 북극을 통과 할 때 펄스가 나타나고 다른 하나는 남극을 통과 할 때 나타납니다. 지정된 모드는 단권 모터에서도 구현할 수 있지만 이를 위해서는 두 개의 전원 공급 장치와 두 개의 트랜지스터가 필요합니다. 이 경우 바이폴라 전원 공급 장치가 있는 단일 권선 모터에 대해 이야기합니다. 그림 29, a는 1권선 모터의 다이어그램을 보여줍니다. 고정자에는 서로에 대해 2° 각도로 원주를 따라 위치한 세 개의 권선(3, 120, 29)이 있습니다. 각 권선은 별도의 트랜지스터 스위치를 통해 전원에 연결됩니다. 세 개의 홀 센서가 트랜지스터를 제어하는 데 사용됩니다. 전류는 기간의 XNUMX/XNUMX 동안 각 권선을 통해 흐릅니다. 이 펄스 전류는 토크를 생성하지 않는 일정한 구성 요소를 갖지만 권선의 열 손실을 증가시킵니다. XNUMX 개의 트랜지스터를 포함하는 전파 회로에 따라 XNUMX 권선 모터를 켤 수 있습니다 (그림 XNUMX, b).
고정자에 1개의 권선이 있는 모터는 상대적으로 저렴합니다. 4개의 트랜지스터로 30개의 홀 센서만 사용하므로 제어 회로가 단순화되기 때문입니다. 권선 90-90(그림 180, a, b)는 고정자에 90° 각도로 위치합니다. 홀 센서는 모터 회전자의 영구 자석에 의해 여기됩니다. 모터를 제어하는 방법에는 XNUMX도 및 XNUMX도 정류의 두 가지가 있습니다. XNUMX도 정류에서 주어진 시간에 전류는 XNUMX개의 권선 중 하나만 통과합니다.
모터 제어 회로는 그림 31에 나와 있으며 제어 자석과 홀 센서의 위치는 그림 32에 나와 있습니다. 이 배열에서 트랜지스터는 VT1, VT3, VT2, VT4 순서로 켜집니다.
180도 정류의 경우 모터 설계는 동일하지만 전류가 1개의 권선 각각에 반 주기 동안 흐르므로 권선의 전류가 중첩됩니다. 홀 센서는 영구 자석에서 작동하지 않고 자화된 회전자에서 작동합니다. 따라서 홀 센서의 출력 전압 형식은 코사인이고 트랜지스터 VT4-VT180는 펄스 모드가 아니라 선형 모드에서 작동합니다. XNUMX도 스위칭 모드는 XNUMX개의 전원 공급 장치가 있는 XNUMX개의 트랜지스터가 각 권선의 회로에 포함되는 경우 XNUMX권선 모터에서도 구현될 수 있습니다. 브러시리스 모터의 회전 주파수 설정 값을 유지하기 위해 그림 33의 방식을 사용할 수 있습니다.
고정자 권선의 EMF는 회 전자 속도에 비례하는 피드백 신호로 사용됩니다. 최대 전압 선택 회로는 다이오드에 조립됩니다. 6개의 다이오드 중 현재 전압이 가장 높은 다이오드는 하나만 열려 있습니다. 결과는 6상 정류기이며 출력 전압의 일정한 구성 요소는 회전 속도에 비례합니다. 트랜지스터 VT6의 입력에는 정류기의 리플을 부드럽게하는 커패시터 C5이 포함됩니다. 회전 속도가 증가하면 트랜지스터 VT1의 전류가 증가하여 트랜지스터 VT4의 전류가 감소하여 홀 센서 출력에서 트랜지스터 VTXNUMX-VTXNUMX로의 전류가 감소합니다. 이로 인해 엔진 속도가 감소합니다. 스테퍼 모터 특정 장치 또는 작업 본체의 빠르고 정확한 포지셔닝 작업이 전기 드라이브에 할당되는 많은 장치 및 장치가 있습니다. 이 경우 로터가 이산(스테핑) 이동하는 전기 모터가 사용됩니다. 전기 임펄스를 기계적 임펄스로 변환하는 모터를 스테퍼 모터라고 합니다.
스테퍼 모터 외에도 스테퍼 전기 드라이브의 구조에는 전자 제어 장치(그림 34)가 포함되며, 여기서 1은 마스터입니다. 2 - 제어 체계; 3 - 전자 장치 또는 마이크로프로세서; 4 - 스위치; 5 - 전원 차단; 6 - 공급망; 7 - 엔진). 스테퍼 모터는 주로 동기식 모터의 원리에 따라 작동하므로 비슷한 단점이 있습니다. 즉, 동기식에서 떨어질 가능성과 단계를 수행할 때 회 전자가 진동하는 경향이 있습니다. 디자인. 스테퍼 모터는 권선이 정방향 및 역방향 권선 방향을 갖는 여러 모터로 구성됩니다. 권선이 고정자 둘레에 고르게 분포되어 있기 때문에 회 전자는 연속적으로 전환된 권선을 따릅니다(그림 35). 로터는 자기적으로 단단하거나 부드러운 재료와 이들의 조합으로 만들어집니다. 마지막 두 경우에는 로터에 톱니가 있습니다. 그림 35,b에서 회전자의 각 부분에는 2개의 톱니가 있습니다. m개의 패키지와 2p의 폴을 사용하여 로터는 2회전에서 z 단계 z = 35pm을 만듭니다. 단계 수는 각도 αt의 측면에서 단계 크기를 결정합니다. = 3p/z. 그림 2b의 구조는 m = 4 및 12p = 30이며, 이는 z = XNUMX 및 α = XNUMX°에 해당합니다.
단일 권선을 전환하는 작동 모드를 풀 스텝 모드라고 합니다. 그러나 Fig. 35, a의 설계에서 두 개의 인접한 권선을 동시에 켤 수 있습니다. 로터는 반 걸음 회전합니다. 이 모드를 분수 단계 모드라고 합니다. 이 경우 계수 k는 엔진 작동 모드를 고려하여 z에 대한 표현식에 도입되어야 합니다. 풀 스텝 모드의 경우 k = 1, 분수 스텝 모드의 경우 k = 2입니다. 스텝 분할을 사용하면 권선 수를 줄이고 제어 회로를 단순화하며 드라이브 비용을 줄일 수 있습니다. 권선 수를 늘리는 것 외에도 폴 또는 로터 톱니 수를 늘려 피치를 줄일 수 있습니다. 이 경우 로터 제조 정확도에 대한 요구 사항이 높아집니다. 또한 다극 로터는 자화하기가 훨씬 더 어렵습니다. 따라서 회전자뿐만 아니라 고정자도 기어로 만들어집니다(그림 36).
고정자와 회 전자는 톱니 수에 약간의 차이가 있습니다. 회전자의 "여분의" 톱니는 고정자 극 사이에 있습니다. 이 설계에서는 전체 및 분수 단계 모드를 구현하는 것도 가능합니다. 특정 값의 전류가 고정자 권선을 통과하면 원칙적으로 모든 단계를 얻을 수 있지만 제어 장치가 크게 복잡해집니다. 감속기를 사용하여 피치를 줄일 수도 있습니다. 이 경우 구동 메커니즘의 샤프트에 대한 모멘트가 증가하고 관성 모멘트가 감소하며 기어박스의 마찰이 스테퍼 모터 로터의 진동 감쇠에 기여합니다. 그러나 기어 박스를 사용하면 단계를 수행하는 오류가 증가합니다. 영구 자석 회전자가 있는 모터를 활성 회전자 모터(PM 모터)라고 합니다. 회전자가 연자성 재료로 만들어진 모터를 릴럭턴스 모터(VR 모터)라고 합니다. 이 모터에는 적어도 XNUMX개의 권선이 있어야 하지만 PM 모터에는 XNUMX개의 권선이 있으면 충분합니다. 또한 엔진의 기능을 능동 및 반응 로터와 결합한 설계가 있습니다. 이러한 하이브리드 설계에서 영구 자석 회전자에도 톱니가 있습니다. 세 가지 유형의 스테퍼 모터 비교는 표 1에 나와 있습니다. 표 1
스테퍼 모터는 전기 구동 메커니즘의 회전 운동뿐만 아니라 병진 운동도 제공할 수 있습니다. 이러한 스테퍼 모터를 선형이라고 합니다. 예를 들어 XY 평면에 다양한 장치를 배치하는 데 사용되며 각 좌표를 따라 이동하는 동안 별도의 권선을 사용하여 수행됩니다. 전자기 선형 스테퍼 모터 외에도 압전 모터가 있습니다. 그림 37a는 그러한 엔진의 다이어그램을 보여줍니다. 그 설계에는 강철 빔 1와 압전 케이블 2에서 미끄러질 수 있는 두 개의 전자석 M1 및 M4(3)가 포함됩니다.
압전 케이블의 설계는 그림 37b에 설명되어 있습니다. 전극 2에 전압이 가해지면 극성에 따라 케이블 5의 요소가 압축되거나 늘어납니다. 전자석 권선에 전압이 가해지면 강철 빔에 고정됩니다. 그림 37c는 전자석 권선과 압전 케이블의 전극에 인가되는 일련의 전압 펄스와 전자석이 움직이는 과정을 보여줍니다. 제어 체계. 그림 38은 단극 및 양극의 두 가지 주요 제어 방법이 구현된 스테퍼 모터 제어 회로를 보여줍니다. 단극 제어(그림 38, a)에서는 두 권선 A1, A2 및 B1, B2가 있는 고정자 A 및 B의 각 패키지에 두 패키지 스테퍼 모터가 사용됩니다. 각 패키지의 권선은 한 쌍의 극을 형성하고 다른 부호의 자화력을 생성합니다.
그림 39는 하이브리드 로터가 있는 엔진을 포함하는 다이어그램을 보여줍니다. 각 클로 폴 고정자 팩의 환형 권선에는 XNUMX개의 반권선이 포함되어 있습니다.
그림 38a의 제어회로는 단순하지만 38개의 고정자권선 중 XNUMX개만 동작하기 때문에 전동기의 사용이 열악하다. 바이폴라 제어(그림 XNUMXb)를 사용하면 모터 사용이 증가하지만 제어 체계도 더욱 복잡해집니다. 따라서 이 제어 방법은 중량 및 크기 표시기에 대한 요구 사항이 증가한 전기 모터에 사용됩니다. 모터 제어 각 위상에 대한 모터를 설명하는 방정식은 다음과 같습니다. Vm = Rm Im + Em; Em=K1w; 엠=케이2나는, 여기서 Vm은인가 전압입니다. Im - 소비 전류; Em - 자기 유도 전압; Rm - 권선 저항; M 샤프트에 가해지는 힘의 순간; w - 회 전자의 회전 각속도; 에게1 그리고 K2 - 비례 계수. 따라서 입력 전압의 각 위상에 대해 모터는 직렬로 연결된 저항과 전압 소스로 구성된 등가 회로로 표시됩니다. 저항은 권선의 저항이고 전압원은 권선의 자기 유도 전압입니다 (그림 40).
엔진은 두 가지 모드 중 하나로 작동합니다. 첫 번째 모드에서 엔진 속도는 공급되는 전압의 주파수로 설정됩니다. 두 번째 모드에서 모터 자체는 브러시로 권선을 전환하거나 위치 센서의 신호에 따라 권선을 전환하여 적용된 전압과 샤프트의 부하에 따라 속도를 설정합니다. DC 모터의 제어는 전압 값이 속도를 설정하고 극성이 회전 방향을 설정하기 때문에 주어진 극성의 필요한 전압을 공급하는 것으로 축소됩니다. 일반적인 출력단 회로와 제어 명령의 작동은 그림 41에 나와 있습니다.
제어 회로 신호에서 F(정방향) - 정방향 및 R(역방향) - 역방향. 이 신호는 모터에 적용되는 전압의 극성을 변경합니다. 이러한 명령이 동시에 적용되거나(F = R = 1) 제거되면(F = R = 0) 모터는 제동 모드 또는 정지 모드에서 실행됩니다. 이 둘의 차이점은 감속 중에 모터가 실제로 단락된다는 것입니다. 정지 모드에서 엔진은 공회전에 가까운 조건에서 작동합니다. 관성에 의해 회전합니다. 회전자에 저장된 운동 에너지가 권선 저항에 의해 소멸되기 때문에 제동 시 모터가 가장 빨리 정지합니다. 그림 41에서 볼 수 있듯이 모터에 인가되는 전압은 Vc(전압 제어) 핀의 전압보다 클 수 없습니다. 이 핀의 전압은 선형이 아니라 모터의 전압과 단조롭게 관련되어 있으므로 속도 제어에 사용됩니다. 그림 42는 VCR 드라이브 샤프트의 DC 모터를 제어하기 위해 ROHM BA6219B 칩을 사용하는 것을 보여줍니다. 여기서 위와 같이 F, R 명령어는 회전 방향을 설정합니다. 이들은 테이프 드라이브를 제어하는 마이크로 컴퓨터에서 공급되며 제어 전압 Vc는 서보 프로세서에서 생성됩니다.
스테퍼 모터 제어 스테퍼 모터의 경우 공급 전압의 위상이 변경되면 최소 각도(스텝)로 회전합니다. p 쌍의 극이 있는 모터의 경우 피치는 π/(np)입니다. 이진 코드에서 단계 수 설정의 편의를 위해 권선 수는 2의 거듭제곱(일반적으로 4)과 같도록 선택됩니다. 회전 자기장을 생성하는 진행파 전압은 제어 회로의 입력에서 디지털 형식으로 수신된 신호에서 형성됩니다. 스테퍼 모터 작동의 특징은 주어진 각도를 통해 회전한 후 로터가 점유 위치를 유지해야 한다는 것입니다. 전류는 권선을 통해 흘러야 합니다. 따라서 권선은 전압이 아닌 전류에 의해 전원이 공급됩니다. 스테퍼 모터 제어 회로의 출력 단계의 시각적 버전이 Fig. 43.
진행파 전압이 형성되는 디지털 신호 D0 및 D1은 가역 카운터 CT2에 의해 생성된다. 단계 수 NS는 쓰기 명령 WR에 의해 카운터에 로드됩니다. 카운터는 내용이 XNUMX이 될 때까지 카운트합니다. 이 순간 전송 출력 P에 XNUMX이 나타나고 신호 P가 스테핑 주파수 FS의 펄스를 카운터의 카운팅 입력에 공급하는 밸브를 닫기 때문에 카운팅이 중지됩니다. 케이던스는 일반적으로 카운터 또는 타이머에 의해 클록 주파수에서 생성됩니다. FR 신호는 카운팅 방향과 모터의 회전 방향을 설정합니다. STOP 신호는 엔진을 정지시키는 데 사용됩니다. 실용적인 제어 회로에는 보다 분기된 제어 로직, 브리지된 출력 스테이지가 있으며 일반적으로 펄스 폭 전류 제한기가 포함되어 있습니다. 제어 논리는 일반적으로 금지 및 위상 회전 신호로 보완됩니다. 브리지 출력단은 단극 전원에서 전원을 공급받을 때 모터 권선의 전류 방향을 변경하기 위해 설치됩니다. 위상 회전 명령은 전류의 방향을 변경합니다. 값에 따라 출력 스테이지의 대각선 중 하나의 트랜지스터만 작동합니다. 펄스 폭 전류 제한기는 출력 단계에서 소비되는 전력을 줄이는 역할을 합니다. 일반적인 스테퍼 모터 제어 회로의 장치는 그림 44에 나와 있습니다(하나의 출력 스테이지만).
극성 제어 입력 P는 게이트 G1 또는 G2를 열므로 입력 IN1(위상 1 입력)의 디지털 신호는 브리지 대각선 중 하나만의 트랜지스터를 엽니다. P = 1에서 T4, T1 및 P =에서 T2, T3 0. 이에 따라 전압 극성이 변경되어 모터 권선에 적용됩니다. 펄스 폭 제한기는 전류 감지 저항, 비교기 및 타이머로 구성됩니다. 타이머는 다이오드, RC 회로 및 슈미트 트리거로 구성됩니다. 리미터는 다음과 같이 레벨 Imax =Vref/Rs에 따라 권선의 전류를 안정화합니다. 주어진 시간 P = 1, IN1 = 1, Q = 1(타이머 RC 회로의 커패시터가 방전됨)에서 전류 측정 저항 Rs 양단의 전압이 Vref보다 낮다고 가정합니다. IL Rs < Vref(IL은 권선 인덕턴스를 통한 전류). 이 경우, 트랜지스터(T1, T4)는 개방되고 전류(IL)는 점차 Imax까지 증가한다. 비교기가 트리거된 후 타이머 RC 회로의 커패시터는 다이오드 D를 통해 충전됩니다. 시간 Tm(커패시터 방전 기간) 동안 트랜지스터 T1 및 T4가 닫힙니다. 이 시간 동안 권선에 역극성의 전압이 인가되고 전류는 dI = VL(Tm/L)만큼 감소합니다. VL \u1d Vm - 권선의 전압, L - 모터 권선의 인덕턴스. 타이머 펄스가 끝나면 트랜지스터 T4과 T2가 열리고 권선의 전압 극성이 다시 변경됩니다. 권선의 전류는 다시 증가하기 시작하고 거의 동일한 시간 Tm에서 dI 값만큼 증가합니다. 왜냐하면 전류가 감소하는 동안 권선의 전압은 증가하는 동안과 거의 동일하기 때문입니다. 따라서 권선의 평균 전류 Iw는 Iw = Imax - dI/XNUMX입니다. 스테퍼 모터는 프리휠 모드에서 작동하도록 할 수 있으며, 그 속도는 적용된 전압과 샤프트의 부하에 의해 결정됩니다. 이를 위해서는 진행파의 전압이 형성되는 펄스가 회전자의 회전 각도의 함수, 즉 그의 위치. 프리휠 모드에서 스테퍼 모터 제어 회로의 설계 및 작동은 그림 45에 나와 있습니다.
명확성을 위해 고려된 모터에는 한 쌍의 회전자 극과 두 개의 고정자 권선이 있습니다. 권선은 전류 제한 저항을 통해 연결되고 센서의 전압은 슈미트 트리거의 입력에 공급됩니다. 그림 45, c는 권선의 전류 기호와 해당 회전자 위치의 네 가지 가능한 조합을 모두 보여줍니다. 엔코더의 정반대편에 수직으로 45° 각도로 있습니다. 회 전자가 센서 근처에 있으면 해당 트리거가 활성화되어 결과적으로 권선에 전류가 공급되어 회 전자를 회전 방향의 다음 센서로 끌어 당깁니다. 음의 방향(시계 방향)으로 회전하면 스위치 접점이 상승하고(FR \u1d 1) 전압 V1은 권선 1의 전류 I0, V0 - 권선 0의 전류 I0을 전환합니다. 초기 위치에서 전류가 없을 때 권선을 통해 흐르면 회 전자는 코일 중 하나의 코어에 극을 끌어 당깁니다. 수직에 대해 90 또는 XNUMX °의 각도로 위치를 차지합니다. 전원이 공급되면 트리거가 일부 상태로 설정되고 로터가 적절한 위치를 취하는 경향이 있습니다. 동시에 센서에 도달하거나 통과하여 해당 트리거가 발생하고 로터가 균일하게 회전하기 시작합니다. 설명된 작동 및 특히 시동 절차는 센서가 회전자 속도의 영향 없이 위치에 의해서만 전압을 생성하는 경우 신뢰할 수 있습니다. 이러한 특성을 가진 가장 단순하고 신뢰할 수 있는 센서는 홀 센서이므로 엔진에 사용되는 다른 모든 유형의 센서를 실질적으로 대체했습니다. 카세트 레코더에는 일반적으로 방향을 바꾸지 않는 단일 DC 모터가 있습니다. 대부분의 테이프 레코더에는 45 극 로터 모터가 설치되어 있으며 그 작동 및 설계는 그림 XNUMX에 나와 있습니다.
속도 안정성에 대한 요구 사항은 모터의 자체 인덕턴스 전압을 측정하여 작동하는 조정기 회로에 의해 충족됩니다. 이 전압은 회전 속도에 정비례하므로 속도 센서 역할을 할 수 있습니다. 안정화 회로는 자기 유도 전압을 지정된 전압과 동일하게 유지해야 합니다. 그림 46은 이 아이디어를 구현하는 가장 예시적인 체계 중 하나를 보여줍니다. 이 방식에서 속도 안정화는 모터의 전압과 해당 모델을 비교하여 수행됩니다. 모터는 저항기 Rm과 전압원 Em으로 표시됩니다. 이 모델은 저항 R2와 제어 전압 소스 Vc로 구성됩니다. 저항 R2는 모터의 저항을 나타냅니다. Vc - 자기 유도 전압을 설정합니다. 저항 R1, Rm, R2, R3은 전압 차이 Vc 및 Em을 측정하기 위한 브리지를 형성합니다. 게인이 충분히 크면 V1 = V2라고 가정할 수 있으며 모터는 샤프트의 부하에 관계없이 주어진 속도 w0로 회전합니다.
그림 47은 모터 전압에서 기준 전압을 직접 뺀 Toshiba TA7768F 집적 회로의 블록 다이어그램을 보여줍니다. 이 칩을 사용하려면 저항 R1 / R2의 저항 비율을 알아야 합니다.
고정 속도의 경우 48핀 회로가 가장 많이 사용됩니다(그림 1). 그 안에서 모터를 통해 흐르는 전류 Im에 비례하는 전류 미러를 통해 저항 R2에 전류 kIm이 공급됩니다. 저항기 R1의 전류와 제어 회로에서 끌어온 전류도 저항기 RXNUMX을 통해 흐르므로 모터 전류는 무시할 수 있을 만큼 충분히 커야 합니다.
역방향 테이프 움직임이 있는 테이프 레코더에서는 모터의 회전 속도를 양방향으로 안정화해야 합니다. 이를 위해 기존 스태빌라이저에는 엔진을 특정 극성으로 연결하기 위한 스위치가 추가되었습니다. 설명된 회로를 설정할 때 먼저 모터 속도에 대한 부하의 최소 영향 조건에서 모터 권선의 저항을 시뮬레이트하는 저항을 선택합니다. 그런 다음 회전 속도를 설정하는 저항이 선택됩니다. VCR 구동축 모터는 회전의 불균일성을 줄이기 위해 다상이며 권선에 정현파 전압이 적용됩니다. 대부분의 경우 홀 센서가 있는 49상 모터가 사용됩니다. 엔진 장치는 Fig. XNUMX, a. 동작은 스테퍼 모터와 동일합니다.
49a의 회로는 49개의 동일한 블록(채널)으로 구성되며 각 블록에는 위상 권선에 대해 전압 V가 형성됩니다. 블록은 센서, 슈미트 트리거, 셰이퍼 및 출력 스테이지로 구성됩니다. 엔진은 49극 로터로 표시되며 권선은 센서 반대편에 있습니다. 그림 XNUMX, a에 표시된 순간에 회 전자의 북극은 위상 A 센서에 있습니다. 이 시점까지 위상 A의 권선을 통해 전류가 흐르고 회전자 극을 끌어당깁니다. 회전자가 위상 A 센서에 접근하면 유도된 전압이 위상 A 트리거를 뒤집습니다. 트리거를 뒤집으면 회전 방향에 따라 권선의 다른 위상에 전류가 적용됩니다. 시계 반대 방향으로 회전하려면 위상 C 권선에 전류를 공급해야하며 시계 방향으로 회전하려면 위상 B 권선으로 전류를 공급해야합니다. 작동 타이밍 다이어그램은 Fig. XNUMX, b. 구동축의 회전 속도 안정화는 위상 정확도로 헤드의 스위칭 임펄스에 의해 수행됩니다. 헤드 스위칭 펄스는 프레임 필드에 고유하게 할당된 대칭 프레임 주파수 펄스입니다. 기록할 때 제어 헤드에 적용되는 펄스가 사용되며 재생 중에 읽습니다. 드라이브 샤프트 모터 컨트롤의 블록 다이어그램은 그림 50에 나와 있습니다.
속도 센서는 모터 회전자에 장착된 기어 디스크와 고정자에 위치한 홀 센서입니다. 홀 센서 출력의 전압 펄스 주파수는 로터의 회전 속도에 정비례합니다. 속도 센서의 신호는 증폭되고 제한되며 주파수(FR) 및 위상(PD) 감지기로 공급됩니다. 검출기의 출력 신호는 합산되어 출력 단계로 공급됩니다. 제동 명령과 회전 방향도 가져옵니다. 출력단 전압이 모터에 인가됩니다. 엔진 제어를 위한 집적 회로의 구성은 그림 50의 구조 다이어그램의 개별 노드만 포함합니다. 대부분 엔진에 직접 연결되기 때문에 출력단과 속도 센서 증폭기가 포함됩니다. 그림 51, a는 KA8329 칩(Samsung)의 블록 다이어그램을 보여주고, Fig. 51, b - HA13406W(Hitachi).
전기 모터의 계산 엔진의 공칭 데이터를 전력, 속도 및 전압이라고 합니다. 모터 전력은 와트로 표시됩니다. 이것은 소스에서 소비되는 전력이 아니라 샤프트의 기계적 동력입니다. 동력의 선택은 엔진의 목적에 따라 다릅니다. 따라서 전기 장난감 및 모델의 경우 작은 팬의 경우 최대 3W의 전력(10-15W, 원형 톱의 경우 수백 와트)이면 충분합니다. 엔진 출력은 회전 속도와 밀접한 관련이 있습니다. 주어진 출력에 대해 엔진 속도가 높을수록 크기가 작아지고 재료가 적게 필요합니다. DC 및 AC 정류자 모터는 모든 회전 속도(최대 10000rpm까지)에 맞게 설계할 수 있습니다. 그러나 컬렉터에서 브러시가 안정적으로 작동하는 조건에 따라 회전 속도가 5000rpm 이상인 모터를 만드는 것은 권장되지 않습니다. 모든 유형의 비동기식 모터에서 회 전자 속도는 변경되지 않은 교류 주파수에 따라 달라집니다. 가장 일반적으로 사용되는 50극 모터의 경우 3000Hz에서의 동기 속도는 2900rpm(슬립 포함, XNUMXrpm)입니다. 이러한 회전 속도는 거의 직접 사용되지 않으며 일반적으로 엔진과 구동 메커니즘 사이에 기어박스가 배치됩니다. 모터 전압은 전원 공급 장치에 의해 결정됩니다. 예를 들어 자동차 전기 모터는 배터리 전압에 의존합니다. DC 모터의 계산은 전기자의 직경과 길이라는 두 가지 주요 치수를 결정하는 것으로 시작됩니다. 이러한 치수는 수식에 포함됩니다. D2엘 = Pa 109/1,1 ASBn(cm3), (1 년) 여기서 D는 앵커의 직경, cm입니다. 내가 - 앵커 길이, cm; Pa - 설계력, W; AS - 앵커의 선형 하중, A/cm; B - 에어 갭에서의 자기 유도, Gs; n - 정격 회전 속도, rpm. 공식 (1)의 왼쪽은 전기자 부피에 비례합니다. (1)의 오른쪽에서 알 수 있듯이 전기자 체적은 엔진 출력 Pa에 비례하고 회전 속도 n에 반비례합니다. 이것으로부터 우리는 엔진 전기자의 회전 속도가 클수록 크기가 작아지고 엔진의 다른 부분의 크기는 전기자의 크기에 따라 달라진다는 결론을 내릴 수 있습니다. 예상 엔진 출력 Pa = EI = P(1 + 2y)/3y (W), (2) 여기서 E는 전기자 권선이 자기장에서 회전할 때 유도된 EMF입니다. I - 소스 A에서 엔진이 소비하는 전류; P - 정격 모터 출력, W; y - 값은 Fig. 52 (곡선에서 알 수 있듯이 엔진 출력이 감소함에 따라 효율 값이 급격히 감소합니다). 모터의 정격 전력은 항상 정격 전력보다 큽니다.
모터가 소비하는 전류 I \u3d P / U y (A), (XNUMX) 여기서 U는 정격 전압입니다. EMF E를 정의해 봅시다: E \u4d Pa / I (B). (XNUMX) 선형 전기자 부하 AS = NI/2πD(A/cm). (5) 공식 (5)에서 N은 전기자 권선 도체의 수를 나타내고, 분모의 두 개는 총 전기자 전류 I 두 권선 도체 사이에서 분기되며 곱 πD는 전기자 원주입니다. 선형 하중 AS와 공극 B에서의 자기 유도를 전자기 하중이라고 합니다. 모터가 전기적 및 자기적으로 얼마나 많은 부하를 받는지 보여줍니다. 이 값은 특정 한도를 초과해서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 작동 중에 엔진이 과열됩니다. 모터 가열은 전자기 부하뿐만 아니라 작동 시간에 따라 달라집니다. 일부 모터는 멈추지 않고 장시간 작동합니다(팬 모터). 다른 모터는 간헐적으로 작동하며 그 동안 냉각 시간이 있습니다 (진공 청소기 모터, 냉장고). 중단이 있는 엔진 작동을 간헐적 작동이라고 합니다. 그림 53 및 54에 따라 선형 부하 및 자기 유도를 결정할 수 있습니다(정격 회전 속도로 나눈 정격 전력은 예를 들어 15W의 전력 및 3000rpm의 속도에서 수평 축을 따라 표시됩니다. 가로축을 따라 숫자 5를 가져와야 합니다).
공식 (1)로 돌아가 보자. 그 안에 앵커의 직경과 길이는 일정한 비율로 연결됩니다. 비율 l/D = k를 나타냅니다. 소형 모터의 k 값은 0,7에서 1,2 사이입니다. 길이는 더 짧고 직경은 더 큰 모터가 필요한 경우 k = 0,7을 선택합니다. 반대로 엔진을 직경이 작은 파이프에 배치해야 하는 경우 k = 1,2를 선택합니다. (1)에서 l/D = k 관계를 도입함으로써 하나의 알려지지 않은 l을 제거하고 공식 (1)은 다음과 같은 형식을 취합니다. D = (파 109/1,1k AS B n)1/3 (센티미터). (6) D의 값을 계산하면 계수 k를 통해 l을 찾습니다. 따라서 엔진의 주요 치수가 결정됩니다. 이제 전기자 권선을 계산해 봅시다. 이렇게 하려면 모터의 자속을 결정해야 합니다. 에어 갭의 자기 유도에 힘선이 전기자에 들어가는 영역을 곱하면 모터 플럭스를 얻습니다. Ф = B atl, (7) 여기서 t는 극 분할, 즉 극당 전기자 둘레의 일부. 2극 모터에서 t = πD/0,65입니다. 계수 a는 일반적으로 54와 같습니다. B의 값은 도 XNUMX의 그래프에 따라 구해진다. 전기자 도체의 수는 공식에 의해 결정됩니다. N = 전자 60 108/F n. (8) 컨덕터 수는 정수일 수 없습니다. 전기자 권선 컨덕터는 전기자 슬롯에 균등하게 분배되어야 합니다. 그루브 Z의 수는 Z = 3D 관계에서 결정됩니다. 가장 가까운 홀수를 사용하는 것이 좋습니다. 권선을 두 층으로 감으려면 슬롯 Nz = =N/Z의 도체 수가 짝수여야 합니다. 이 선택은 예를 들어 설명합니다. 전기자 권선 S의 전선 단면은 도체 I의 전류를 전류 밀도 g로 나누어 결정할 수 있습니다. S = I / 2g. 그림 1의 곡선 55은 전류 밀도를 선택하는 데 사용할 수 있습니다.
이 섹션은 예비입니다. 참고서(예: "라디오 구성 요소 및 재료", p. 8)에 따르면 계산된 것과 가장 가까운 표준 와이어의 단면을 찾아야 합니다. 같은 표에서 와이어의 직경 d를 찾습니다. 이제 그루브의 크기를 결정합시다. 권선을 수용하는 데 필요한 단면 W, W=d2 Nz/Kz(mm2). (삼) 계수 Kz는 그루브의 충전 계수라고 합니다. 도체가 홈을 얼마나 꽉 채우고 있는지 보여줍니다. 계산할 때 가져갈 수 있습니다. Kz = 0,6-0,7. 앵커 제조에서 홈 섹션은 공식 (9)에 따른 것보다 훨씬 커야합니다. 두께가 2mm 인 절연 슬리브 0,2와 3mm 두께의 판지로 만든 쐐기 0,3이 여전히 들어 있어야하기 때문입니다 (그림 56). .
소매가 차지하는 면적, Sg = ptg(mm2), (10) 여기서 p - 그루브 둘레, mm; tg - 슬리브 두께, mm. 쐐기 영역 Sc = hk bk (mm2), (11) 여기서 hk - 쐐기 두께, mm; bk - 쐐기 너비, mm. 따라서 홈의 총 단면적은 Sp \u2d W + Sg + Sk입니다. 원형 홈의 경우 전체 단면적 dp = XNUMX Sp / p(mm)에서 직경을 결정할 수 있습니다. 그림 56에 따라 홈의 크기를 결정하면 톱니의 두께를 계산할 수 있습니다. 먼저 홈의 중심이 놓일 원 Dn의 지름을 찾습니다. 이렇게하려면 앵커 직경에서 홈 직경 + 1mm를 뺍니다. Dn = 디 - (디n +1). 인접한 슬롯 사이의 거리 t = PDn/Z(mm), 이 두께 bz = 티 - 디n (mm). (4) 좁은 부분의 톱니 두께는 2mm 이상이어야 합니다. 이것이 작동하지 않으면 복잡한 모양의 홈을 절단해야하며 이것이 어렵 기 때문에 최소 2mm 두께의 치아를 얻는 방식으로 앵커의 직경을 늘릴 수 있습니다. 홈 "a"의 슬롯은 와이어 직경 d보다 1mm 커야 합니다.으로. 탄소 또는 흑연 브러시의 단면 Sщ = 나/일щ(5) 여기서 디щ - 브러시 아래의 전류 밀도. 우리는 자기 시스템의 계산으로 넘어갑니다. 수제 엔진의 경우 개방형 자기 시스템을 사용하는 것이 가장 쉽습니다 (그림 57, 여기서 1은 함침지, 2는 플랜지, 3은 코일).
우선 전기자와 극 사이의 에어 갭 q를 결정합니다. DC 기계에서는 간격이 증가하여 전기자 자기장의 감자 효과가 감소합니다. 에어 갭 q = 0,45t AS/B(cm). (6) 자기 시스템의 치수는 자기 유도로부터 계산됩니다. 극과 프레임의 자기 시스템을 계산할 때 힘선의 일부가 앵커를 우회하여 프레임 측면 사이에서 닫히기 때문에 자속 값을 10% 증가시켜야 합니다. 따라서 극과 베드의 자속 Fst \u1,1d XNUMXF. 프레임 Vst = 5000Gs(0,5T)에서 유도를 허용합니다. 그림 58의 스케치에 따라 침대 Lst의 길이를 결정합니다.
프레임의 모양이 그림 59(1은 코일, 2는 폴, 3은 리벳)에 해당하는 경우 프레임 Fst의 흐름은 두 개의 평행 경로를 따라 분기되기 때문에 반으로 나누어야 합니다.
도 58에서 파선은 자속의 경로를 나타낸다. 두 개의 에어 갭, 두 개의 톱니, 앵커 및 베드 섹션으로 구성됩니다. 계자 코일이 가져야 하는 자화력 Iw를 알아내려면 이러한 각 섹션에 대해 Iw를 계산한 다음 모두 더해야 합니다. 에어 갭부터 시작합시다. 에어 갭 자화력 Iw = 1,6qkB, (7) 여기서 q는 앵커 측면의 공극(cm)입니다. k - 취할 수 있는 계수 k = 1,1; B - 에어 갭의 유도(Gs). 전기자 치아의 자화력(n.s.)을 결정하려면 치아의 유도를 알아야 합니다. 치아의 두께는 공식 (4)에 의해 결정됩니다. 자속은 치아당 전기자 원주 부분을 통해 치아로 들어갑니다. 이를 치아 분할이라고 하며 공식에 의해 결정됩니다. t1 = PD/Z. (8) 치아의 유도는 에어 갭의 유도보다 몇 배 더 크며 치아의 두께가 치아 분할보다 몇 배 더 적습니다. 또한 전기자 길이의 일부는 10%를 구성하는 시트 사이의 절연 층이 차지한다는 점을 고려해야 합니다. 따라서 치아에 유도 Bz = Bt/bz 0,9. (9 년 XNUMX 월 XNUMX 일) 표 2에 따르면 이 유도는 전계 강도 Hz에 해당합니다. 표 2
n.s.를 계산하려면 XNUMX개의 톱니 높이만큼 Hz에 톱니 높이 I의 XNUMX배를 곱해야 합니다.wz = Hz 2hz. 표의 수직 열에는 자기 유도가 표시되어 수천 가우스로, 수평선에는 수백 가우스로 표시됩니다. 예를 들어 유도가 10500가우스인 경우 원하는 전계 강도 값은 행 10000과 열 500(이 경우 6,3)의 교차점에서 발견됩니다. 자화력은 강도에 필드 라인의 길이를 곱하여 결정할 수 있습니다. 전기자 코어의 유도를 계산할 때 자속이 분기되어 플럭스의 절반만이 한 섹션에 떨어지는 것을 고려해야 합니다. 전기자 코어의 단면적(그림 58에 따름)은 거리 h와 같습니다.a 그루브 바닥에서 샤프트까지 전기자의 길이 h를 곱한 값a = D/2 - 시간z -db/2. 시트 사이의 단열층도 고려해야 합니다. 따라서 전기자 코어의 유도 Ba = Ф/(2시간a엘 0,9). 위 표의 이 유도는 Ha에 해당합니다. 전기자 코어 I의 자화력w = HLa, 여기서 패a - 그림 58에 따른 코어의 전력선 길이: La = n(D - 2시간z - 시간a)/2(센티미터). 그림 58에서 볼 수 있듯이 이 모터에는 프레임과 합쳐진 돌출된 극이 없습니다. 따라서 자기 회로의 고정 부분 계산은 프레임 계산으로 축소됩니다. 프레임의 너비는 주어진 유도 B = 5000Gs에 의해 결정됩니다. 여기에서 bcm = 에프cm/5000 x l x 0,9(cm). 5000G의 유도에 대한 전계 강도 Hcm은 표 2에 나와 있습니다. 프레임에서 필드 라인의 길이를 결정할 때 어려움이 있습니다. 결국 베드 측면의 길이는 코일의 두께에 따라 달라지는데 알 수 없습니다. 따라서 공극의 30 값과 동일한 코일 두께를 취합니다. 스케치에서 프레임 Lst의 필드 라인 길이를 결정한 후 프레임의 자화력(n.s.)을 계산합니다. Iw성 = 엘성 Н성. 이제 n.s를 추가합니다. 모든 사이트 Iw0 = 이우d + 이우z + 이우a + 이우성 . 그런 n.s. 엔진이 공회전할 때 코일을 생성해야 하지만 부하가 걸리면 전기자의 자기장의 감자 효과가 나타납니다. 따라서 공식으로 계산하는 마진이 필요합니다. Iwp = 0,15 t AS(A 턴). (10) 코일의 회전 수는 총 Iw에서 계산할 수 있습니다. w = Iw/I. 와이어의 단면을 결정하려면 전류를 전류 밀도로 나누어야 합니다(그림 2의 곡선 55에서 결정합니다. "Radio Components and Materials" 참고서의 표에 따르면 가장 가까운 단열재의 표준 단면적 및 와이어 직경 d으로. 코일의 회전이 차지하는 면적, F = wd으로2 / Kз (kз - 채우기 비율). 영역 F를 코일 길이로 나눕니다(스케치 l에서к) 너비 b를 얻습니다.к = F/lк. DC 모터 계산 예 정격 모터 데이터: P = 5W, U = 12V, n = 4000rpm. 그림 52의 곡선에 따라 공식 (30)에 따라 2%의 엔진 효율을 결정합니다. Pa \u5d 1 (2 + 0,3x3) / 0,3x8,9 \uXNUMXd XNUMXW 그림 53과 54의 곡선에 따라 AS와 B의 값을 찾기 위해 회전 속도 5000/4000 = 1,25에 대한 밀리 와트로 표시된 엔진 출력의 비율을 계산합니다. 그림 53에서 AS = 50 A/cm임을 알 수 있습니다. 유사하게 그림 54에 따르면 에어 갭 B = 2200 Gs에서 유도를 찾습니다. 우리는 비율 l/D = 1을 취합니다. 계산된 값의 수치를 식 (6)에 대입하고 전기자 직경 D=(8,9x109/1,1x50x2200x4000)1/2 = 2,6cm. k = 1인 경우 앵커 길이는 l = 2,61 = 2,6cm입니다. 공식 (3)에 따른 전기자 전류 I \u5d 0,3 / 12x1,4 \uXNUMXd XNUMXA 공식 (4)에 따른 전기자 권선의 EMF E \u3,14d 2,6 1,4 / 6,3 \uXNUMXd XNUMXV 앵커의 극 분할 t \u3,14d 2,6x2 / 4,1 \uXNUMXd XNUMXcm. 공식 (7)에 따른 자속 F \u0,65d 4,1x2,6x2200x15200 \uXNUMXd XNUMX. 공식 (8)에 따른 전기자 권선의 도체 수 N = = 6,3x60x108/ 15200x4000 \u620d 3. 전기자 홈의 수 z \u2,6d 7,8x7 \u620d 7. 가장 가까운 홀수 z = 88로 반올림합니다. 슬롯의 컨덕터 수는 Nz = =2/10= 2입니다. 이 숫자는 1,4로 나눌 수 있으므로 반올림할 필요가 없습니다. d = 2A / mm10 s = 0,07 / 2xXNUMX = XNUMX mmXNUMX에서 전기자 권선 도체의 단면. 단면이 1mm인 곡선 55 Fig.0,07에 따름2 8 A/mm2의 전류 밀도를 취하는 것이 필요합니다. 와이어 단면 조정 0,07x10/8 = 0,085mm2 및 와이어 직경 0,33mm. 절연체의 두께를 고려하여 절연전선의 지름은 0,37mm2. 공식 (9)에 따른 홈 단면 S = diz2 88/0,7 = 17,2 mm2. 권선의 도체가 차지하는 원의 직경 d0 = (4x17,2 / 3,14) 1/2 = 4,7mm. 절연 슬리브의 둘레 p \u3,14d \u4,7d 14,7x10 \u14,7d 0,2mm. 공식 (2,9)에 따라 슬리브가 차지하는 홈의 면적 Sg = XNUMX XNUMX = XNUMX mm2. 공식 (11) Sc = 0,3 3 = 0,9mm에 따라 쐐기가 차지하는 홈의 면적2. 그루브의 전체 섹션 Sp \u17,2d 2,9 + 0,9 + 21 \uXNUMXd XNUMXmm2. 그루브 직경 dp \u4d (21x3,14 / 1) 2/5,2 \u26d 5,2mm. 홈의 중심이 위치한 원의 직경, Dp = 1 - (19,8 + 3,14) = 19,8 mm. 인접한 홈 사이의 거리는 7 8,9/8,9 = 5,2mm입니다. 좁은 지점의 치아 두께 bz = 3,7 - 0,37 = 1mm. 슬롯 슬롯 a \u1,37d 7 + 1,4 \u6d 0,23mm. 수집 판의 수 K \uXNUMXd XNUMX. 브러시 단면 Ssh \uXNUMXd XNUMX / XNUMX \uXNUMXd XNUMXcm2. 측면이 5 x 5 mm인 정사각형 브러시를 사용할 수 있습니다. 공식(6, RE 10/2000)에 따른 전기자와 극 사이의 공극은 0,45x4,1x50/2200 = 0,4mm입니다. n.s.를 결정하려면 코일, 그림에 따라 자기 회로를 계산합니다. 58. N.s. 공식 (7, RE 10/2000)에 따른 에어 갭 Iwd = 1,6x0,04x1,1x2200 = 155 A-턴. 공식 (8, RE 10/2000)에 따른 치아 분할 t1 = 3,14x2,6/7 = 1,2 cm 공식 (9, RE 10/2000)에 따른 치아 유도 Bz = 2200x1,2 / 0,37x0,9 , 8000 = 10가우스. 표(RE 2000/10, p. 4,05)에 따른 치아 필드의 강도 hz = 4,05. N.s. 치아 Iwz \u2d 0,57x4,6x15200 \u2d 0,5 Avitkov. 전기자 코어의 유도 Ba = 2,6 / 0,9x6500x3,2x3,2 = 1,5Gs. 이 유도에 대한 동일한 표에 따르면 Na = 4,8입니다. N.s. 전기자 코어의 경우 Iw = 1,1x15200 = 16700 A 회전. 우리는 ns를 결정합니다. 자기 회로의 고정 부분용. 베드의 자속 Fst = XNUMXxXNUMX = XNUMX. 5000가우스 침대에서 인덕션을 해보자. 그런 다음 침대 너비 bst = 16700/5000x2,6x0,9 = 1,4cm 표에 따르면 5000Gs의 유도는 Hst = 2,5 값에 해당합니다. 프레임에서 필드 라인의 길이를 결정하기 위해 코일의 두께 bk \u30d 30d \u0,04d 1,2x58 \u4,5d 2,5cm를 취하고 그림 4,5에 따르면 필드 라인의 평균 길이 Lst \를 결정합니다. u11d 0cm. 침대 Iwct \u155d 4,6x4,8 \u11d 175 A 턴. 이제 n.s를 추가합니다. 모든 섹션 IwXNUMX = XNUMX + XNUMX + XNUMX + XNUMX = XNUMX A 턴. 공식 (10)에 따른 탈자력 Iwp = 0,15x4,1x50 = 31 A-턴. 그런 다음 n.s. 엔진 부하에서 Iw = 175 + 31 = 206 A 턴. 코일 회전 수 w = 206 / 1,4 = 147 회전. 코일의 전류 밀도는 5A / mm입니다.2, 와이어 단면적 s = 1,4/5 = 0,28 mm2. 표준 와이어의 가장 가까운 단면 s = 0,273mm2 및 와이어 직경 0,59mm. 절연 전선의 직경은 0,64mm입니다. 코일의 회전이 차지하는 면적 F = 147x0,642 / 0,7 = 86mm2. 그림 58에 따른 코일의 길이는 lk = 12mm와 같습니다. 따라서 코일의 두께 bk=86/12=7,2mm입니다. 단상 비동기 모터 계산 엔진 출력 P(W), 전압 U(V) 및 회전 속도 n(rpm)을 설정합니다. 예상 엔진 출력 Pa =P/ηcos Φ. ( 1 ) 값 η cos φ는 그림 60의 곡선에서 가져옵니다.
고정자 외경 다 = (14Pa)1/3 (센티미터). ( 2 ) 고정자 내경 D = 0,55Da(cm). ( 삼 ) 고정자 길이 l = D(cm). 극 분할 t = 3,14 D/2(cm). 그림 54의 곡선에 따라 공극 B에서 자기 유도를 선택합니다. 위와 같이 자속은 공식 Ф = a B t l에 의해 결정됩니다. 단상 모터의 경우 "a" 값을 0,72로 선택할 수 있습니다. 전환 가능한 시작 권선이 있는 모터의 고정자 슬롯 수는 6의 배수로 선택됩니다. 최대 10W의 전력을 가진 모터의 경우 12개의 고정자 슬롯을 사용할 수 있습니다. 이 중 8은 작동 권선이 차지하고 4는 시작 권선이 차지합니다. 더 큰 출력의 모터에는 18개의 고정자 슬롯이 필요합니다(슬롯 12개 - 권선 작동, 6개 - 시작). 작동 권선의 회전 수 wp = 유 106/2,5F. ( 4 ) 작동 권선의 홈에 있는 도체의 수 Nz = 2주p/zp, ( 5 ) 여기서 zp - 작업 권선이 차지하는 슬롯 수. 작동 권선의 전류 나는=피a/유(A). ( 6 ) 작동 권선의 도체 단면 S = I / d. 위와 같이 절연체에서 와이어의 직경을 찾습니다. 슬롯의 치수는 DC 모터의 계산과 유사하게 결정됩니다. 시작 권선은 고정자 슬롯의 1/3을 차지합니다. 시작 권선의 회전 수는 시작 권선과 직렬로 시작하는 동안 어떤 요소가 켜져 있는지에 따라 다릅니다. 활성 저항이 요소로 사용되면 시작 권선의 권수는 작동 권선의 권수보다 3-4 배 적습니다. 그러나 그것은 2 배 적은 슬롯을 차지하므로 각 슬롯에서 작동 권선의 슬롯보다 1,5-2 배 적은 회전이 있습니다. 작동하는 것과 동일한 와이어로 시작 권선을 감습니다. 커패시터가 시동 요소로 사용되는 경우 시동 권선의 권수는 작동 권선의 권수와 같습니다. 시작 권선을 홈에 맞추려면 와이어 단면적을 절반으로 줄여야 합니다. 권선 방식과 홈에 배치하는 순서는 Fig. 61.
회전자 슬롯의 수는 고정자 슬롯의 수에 따라 선택됩니다. 12개의 고정자 슬롯을 사용하면 9개의 회전자 슬롯을, 18개의 고정자 슬롯을 사용하면 15개의 회전자 슬롯을 사용할 수 있습니다. 회전자 홈의 직경은 회전자 막대의 총 단면적이 작동 고정자 권선의 도체의 총 단면적보다 1,5-2배 더 크도록 선택됩니다. 구리 막대는 회전자 끝의 폐쇄 링에 납땜된 회전자의 홈에 삽입되어야 합니다. 폐쇄 링의 단면은 로드 단면의 약 0,25배여야 합니다. 모터의 시동 토크는 로터 권선의 저항에 따라 달라지므로 시동 토크가 큰 모터의 경우 로터 로드를 황동 또는 청동으로 만들어야 합니다. 비동기 모터에서 고정자와 회전자 사이의 공극은 가능한 한 작아야 합니다. 공장에서 만든 엔진에서 간격은 일반적으로 0,3mm입니다. 수제 엔진 0,4-XNUMXmm. 저전력 모터의 시동 커패시터는 일반적으로 3-10uF입니다. 주전원 전압보다 훨씬 높은 커패시터 단자에서 전압이 생성되므로 커패시터는 주전원 전압의 12배에 해당하는 전압으로 설정해야 합니다. 전압이 감소하면 커패시터의 커패시턴스가 1000차 법칙에 따라 증가하므로 XNUMXV의 작동 전압에 대해 대용량(최대 XNUMXμF) 커패시터를 사용해야 합니다. 단상 비동기 모터 계산의 예 정격 데이터: 전력 3W, 전압 220V, 회전 속도 3000rpm, 간헐적 엔진 작동. 그림의 곡선에 따라. 60 우리는 제품을 찾습니다 η cos φ = 0,25. 공식 (1) Р에 따른 예상 엔진 출력а = 3 / 0,25 = 12 V.A. 식 (2)에 따른 고정자의 외경 Da =(14x12)1/3 = 5,5cm. 단순화하기 위해 외경 근처에 설명된 사각형 형태로 고정자의 모양을 취합시다(그림 62).
식 (3)에 따른 고정자의 내경 D = 0,55x0,55 = 3cm 고정자의 길이 l = 3cm 극 분할 t = 3,14x3/2 = 4,7cm 공기 중 자기 유도 위쪽 곡선을 따른 간격( 그림 54 참조)은 2800가우스와 같지만 정사각형 고정자를 사용하면 4000가우스로 증가해야 합니다. 자속 Ф \u0,72d 4000x4,7x3x40600 \u12d 8. 고정자 슬롯의 수는 4이며, 그 중 작동 권선의 경우 4개, 시작 권선의 경우 XNUMX개입니다. (XNUMX)에 따른 작동 권선의 회전 수 wp = 220x106/ 2,5x40600 = 2170턴. 작동 권선의 홈에 있는 도체의 수 Nz \u2d 2170x8 / 542 \u6d 12. 공식 (220)에 따른 작동 권선의 전류 강도 I \u0,055d 5/XNUMX \uXNUMXd XNUMXA. 전류 밀도 d \uXNUMXd XNUMXA / mm에서2 와이어 단면적 s = 0,055/5 = 0,011mm2. 이 섹션은 절연체 0,145mm의 PEL 와이어 직경에 해당합니다. 도체가 0,5인 그루브의 채우기 비율을 사용하면 도체가 차지하는 그루브의 면적은 s = 0,1452x542 / 0,5 = 27mm입니다.2. 권선의 도체가 차지하는 원의 지름, d0 \u4d (27x3,14 / 1) 2/5,9 \u3,14d 5,9mm. 절연 슬리브의 둘레 p \u18,3d XNUMXxXNUMX \uXNUMXd XNUMXmm. 슬리브가 차지하는 홈 면적, Sz = 18,3x0,2 = 3,7mm2. 쐐기가 차지하는 홈 영역 Sk = 0,3x3 = 0,9mm2. 홈의 총 단면적 S = 27 + 3,7 + 0,9 = 31,6 mm2. 그루브 직경 dn \u4d (31,6x3,14 / 1) 2/6,3 \u6,5d XNUMXmm, XNUMXmm로 반올림. 홈의 중심이 위치한 원의 지름, Dn = 30 + (6,5 + 1) = 37,5mm. 인접한 홈 사이의 거리 t \u3,14d 37,5x12 / 9,6 \u9,6d 6,5mm. 좁은 지점의 치아 두께 bz = 3,1 - 0,145 = 1mm. 그루브 컷 a = 1,145 + 1,2 = XNUMXmm, XNUMXmm로 반올림. 에어 갭은 0,3mm로 가정합니다. 로터 직경 Dp = 30 - 2x0,3 = 29,4mm. 로터 슬롯의 수는 9입니다. 작동 고정자 권선 슬롯의 총 구리 섹션은 0,011x542x8 = 47mm입니다.2. 로터 슬롯의 총 구리 섹션은 47x1,5 = 70,5mm2입니다. 로터 로드 70,5의 단면: 9 = 7,8mm2. 로터 로드 직경(4x7,8/3,14)1/2 = 3,1mm. 가장 가까운 표준 와이어 직경은 3,05mm입니다. 로드 3,05 + 0,25 = 3,3mm를 구동할 수 있는 로터 슬롯 직경. 로터 슬롯의 중심이 위치한 원의 직경은 29,4 - (3,3 + 1) = 25,1mm입니다. 인접한 홈 사이의 거리는 3,14x25,1/9 = 8,7mm입니다. 좁은 지점에서 로터 톱니의 두께는 8,7 - 3,3 = 5,4mm입니다. 저자: A.D. 프리야드코
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