Σύγχρονοι κινητήρες χαμηλής ισχύος

Σύγχρονοι ηλεκτροκινητήρες χαμηλής ισχύος (μικροκινητήρες) που χρησιμοποιούνται σε συστήματα αυτοματισμού, διάφορες οικιακές συσκευές, ρολόγια, κάμερες κ.λπ.

Οι περισσότεροι σύγχρονοι ηλεκτρικοί κινητήρες χαμηλής ισχύος διαφέρουν από τις μηχανές κανονικής απόδοσης μόνο στο σχεδιασμό του ρότορα, ο οποίος, κατά κανόνα, δεν έχει περιέλιξη πεδίου, δακτυλίους ολίσθησης και βούρτσες που πιέζονται επάνω τους.

Για τη δημιουργία ροπής, ο ρότορας είναι κατασκευασμένος από ένα σκληρό μαγνητικό κράμα, ακολουθούμενο από μονή μαγνήτιση σε ένα ισχυρό παλμικό μαγνητικό πεδίο, ως αποτέλεσμα του οποίου οι πόλοι διατηρούν στη συνέχεια την υπολειπόμενη μαγνήτιση.

Όταν χρησιμοποιείται ένα μαλακό μαγνητικό υλικό, ο ρότορας λαμβάνει ένα ειδικό σχήμα που παρέχει διαφορετική μαγνητική αντίσταση στον μαγνητικό του πυρήνα σε ακτινικές κατευθύνσεις.

Οι σύγχρονοι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη έχουν έναν κυλινδρικό κυρτό πόλο ρότορα κατασκευασμένο από σκληρό μαγνητικό κράμα και μια περιέλιξη εκκίνησης με κλωβό σκίουρου.

Κατά την εκκίνηση, ο σύγχρονος κινητήρας λειτουργεί ως επαγωγικός κινητήρας και η αρχική του ροπή δημιουργείται λόγω της αλληλεπίδρασης του περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου του στάτορα με τα ρεύματα που προκαλούνται από αυτό στην περιέλιξη του βραχυκυκλωμένου ρότορα. Καθώς ο κινητήρας ξεκινά σε διεγερμένη κατάσταση, το μαγνητικό πεδίο των μόνιμων μαγνητών του περιστρεφόμενου ρότορα προκαλεί e στην περιέλιξη του στάτορα. και τα λοιπά. v. μεταβλητή συχνότητα και αυτό προκαλεί ρεύματα λόγω των οποίων εμφανίζεται η ροπή πέδησης.

Η προκύπτουσα ροπή στον άξονα του κινητήρα καθορίζεται από το άθροισμα των ροπών που οφείλονται στο βραχυκύκλωμα της περιέλιξης και στο αποτέλεσμα πέδησης, δηλαδή που εξαρτάται από την ολίσθηση. Κατά την επιτάχυνση του ρότορα, αυτή η ροπή φθάνει μια ελάχιστη τιμή, η οποία, με τη σωστή επιλογή της περιέλιξης εκκίνησης, θα πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την ονομαστική ροπή.

Όταν η ταχύτητα προσεγγίζει τη σύγχρονη, ο ρότορας, ως αποτέλεσμα της αλληλεπίδρασης του πεδίου των μόνιμων μαγνητών με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα, έλκεται σε συγχρονισμό και στη συνέχεια περιστρέφεται με σύγχρονη ταχύτητα.

Η λειτουργία ενός σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη διαφέρει ελάχιστα από αυτή ενός τυλιγμένου σύγχρονου κινητήρα.

Οι κινητήρες σύγχρονης αντίστασης έχουν έναν εξέχοντα πόλο ρότορα κατασκευασμένο από μαλακό μαγνητικό υλικό με κοιλότητες ή σχισμές, επομένως η μαγνητική του αντίσταση στις ακτινικές κατευθύνσεις είναι διαφορετική. Ο κοίλος ρότορας αποτελείται από σφραγισμένα φύλλα ηλεκτρικού χάλυβα και έχει ένα βραχυκυκλωμένο πηνίο εκκίνησης. Υπάρχουν ρότορες από συμπαγές σιδηρομαγνητικό υλικό με παρόμοιες κοιλότητες.Ο ρότορας τομής αποτελείται από φύλλα ηλεκτρικού χάλυβα χυτευμένα με αλουμίνιο ή άλλο διαμαγνητικό υλικό, το οποίο λειτουργεί ως περιέλιξη βραχυκυκλώματος.

Όταν η περιέλιξη του στάτορα είναι ενεργοποιημένη, ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο περιστρέφεται και ο κινητήρας ξεκινά ασύγχρονα. Μετά την ολοκλήρωση της επιτάχυνσης του ρότορα στη σύγχρονη ταχύτητα, υπό την επίδραση της αντιδραστικής ροπής λόγω της διαφοράς της μαγνητικής αντίστασης στις ακτινικές κατευθύνσεις, εισέρχεται σε συγχρονισμό και βρίσκεται σε σχέση με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα, έτσι ώστε Η μαγνητική του αντίσταση σε αυτό το πεδίο είναι η πιο - η μικρή.

Συνήθως, οι κινητήρες σύγχρονης αντίστασης παράγονται με ονομαστική ισχύ έως 100 W, και μερικές φορές ακόμη υψηλότερες, εάν δίνουν ιδιαίτερη σημασία στην απλότητα του σχεδιασμού και την αυξημένη αξιοπιστία. Με τις ίδιες διαστάσεις, η ονομαστική ισχύς των κινητήρων σύγχρονης αντίστασης είναι 2 — 3 φορές μικρότερη από την ονομαστική ισχύ των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη, αλλά είναι πιο απλοί στη σχεδίαση, διαφέρουν σε χαμηλότερο κόστος, ο ονομαστικός συντελεστής ισχύος τους δεν υπερβαίνει το 0,5 και ο Η ονομαστική απόδοση είναι μέχρι 0,35 — 0,40.

Οι σύγχρονοι κινητήρες Hysteresis έχουν ρότορα από σκληρό μαγνητικό κράμα με πλάτος κύκλωμα υστέρησης… Για να εξοικονομηθεί αυτό το ακριβό υλικό, ο ρότορας είναι κατασκευασμένος από μια αρθρωτή κατασκευή, στην οποία ο άξονας είναι στερεωμένος σε ένα χιτώνιο από σιδηρο- ή διαμαγνητικό υλικό και είναι ένας ενισχυμένος συμπαγής ή κοίλος κύλινδρος συναρμολογημένος από πλάκες σφιγμένες με δακτύλιο ασφάλισης το .Η χρήση ενός σκληρού μαγνητικού κράματος για την κατασκευή του ρότορα οδηγεί στο γεγονός ότι όταν ο κινητήρας λειτουργεί, τα κύματα κατανομής μαγνητικής επαγωγής στις επιφάνειες του στάτορα και του ρότορα μετατοπίζονται μεταξύ τους σε μια ορισμένη γωνία, που ονομάζεται η γωνία υστέρησης, η οποία προκαλεί την εμφάνιση μιας ροπής υστέρησης, που κατευθύνεται στην περιστροφή του ρότορα.

Η διαφορά μεταξύ των σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη και των σύγχρονων κινητήρων υστέρησης είναι ότι στους πρώτους ο ρότορας προμαγνητίζεται σε ισχυρό παλμικό μαγνητικό πεδίο κατά την κατασκευή του μηχανήματος και στον δεύτερο μαγνητίζεται από το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτορα.

Κατά την εκκίνηση ενός σύγχρονου κινητήρα με υστέρηση, εκτός από την κύρια ροπή υστέρησης σε μηχανές με συμπαγή ρότορα, εμφανίζεται μια ασύγχρονη ροπή λόγω των δινορευμάτων στο μαγνητικό κύκλωμα του ρότορα, η οποία συμβάλλει στην επιτάχυνση του ρότορα, την είσοδό του σε συγχρονισμό και περαιτέρω λειτουργία σε σύγχρονη ταχύτητα με σταθερή μετατόπιση του ρότορα σε σχέση με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο του στάτη κατά γωνία που καθορίζεται από το φορτίο στον άξονα του μηχανήματος.

Οι σύγχρονοι κινητήρες Hysteresis λειτουργούν τόσο σε σύγχρονο όσο και σε ασύγχρονο τρόπο λειτουργίας, αλλά στη δεύτερη περίπτωση με χαμηλή ολίσθηση. Οι σύγχρονοι κινητήρες με υστέρηση διακρίνονται από μεγάλη ροπή εκκίνησης, ομαλή είσοδο στον συγχρονισμό, ελαφρά αλλαγή του ρεύματος εντός 20-30% κατά τη μετάβαση από τη λειτουργία ρελαντί στη λειτουργία βραχυκυκλώματος.

Αυτοί οι κινητήρες έχουν καλύτερη απόδοση από τους σύγχρονους κινητήρες απροθυμίας, διακρίνονται από την απλότητα του σχεδιασμού, την αξιοπιστία και την αθόρυβη λειτουργία, το μικρό μέγεθος και το χαμηλό βάρος.

Η απουσία μικρής περιέλιξης προκαλεί ταλάντωση του ρότορα υπό μεταβλητό φορτίο, γεγονός που οδηγεί σε κάποια ανομοιομορφία της περιστροφής του, η οποία περιορίζει το εύρος των εφαρμογών των μηχανών που κατασκευάζονται με ονομαστική ισχύ έως 400 W για βιομηχανικές και αυξημένες συχνότητες , τόσο μονή όσο και διπλή ταχύτητα.

Ο ονομαστικός συντελεστής ισχύος των σύγχρονων κινητήρων υστέρησης δεν υπερβαίνει το 0,5 και η ονομαστική απόδοση φτάνει το 0,65.

Οι σύγχρονοι κινητήρες υστέρησης απροθυμίας έχουν έναν στάτορα προεξέχοντος πόλου με ένα πηνίο που βρίσκεται σε έναν μαγνητικό πυρήνα συναρμολογημένο από δύο συμμετρικές δέσμες ηλεκτρικών φύλλων χάλυβα με άρθρωση μέσα στο πλαίσιο του πηνίου. Το μαγνητικό κύκλωμα έχει δύο πόλους κομμένους σε ίσα μέρη από μια διαμήκη αυλάκωση και σε έναν από αυτούς υπάρχουν βραχυκυκλωμένες στροφές σε κάθε πόλο. Μεταξύ αυτών των σπασμένων πόλων υπάρχει ένας ρότορας που αποτελείται από αρκετούς λεπτούς γεφυρωμένους δακτυλίους από σκληρυμένο μαγνητικό σκληρό χάλυβα, τοποθετημένοι σε τροχαλία συνδεδεμένη με κιβώτιο ταχυτήτων που μειώνει την ταχύτητα του άξονα εξόδου σε μερικές εκατοντάδες ή μερικές δεκάδες στροφές ανά λεπτό.

Κατά την ενεργοποίηση της περιέλιξης του στάτη, λόγω των βραχυκυκλωμένων στροφών, δημιουργείται χρονική μετατόπιση φάσης μεταξύ των μαγνητικών ροών των μη θωρακισμένων και θωρακισμένων τμημάτων των πόλων, η οποία οδηγεί στη διέγερση του προκύπτοντος περιστρεφόμενου μαγνητικού πεδίου. Αυτό το πεδίο που αλληλεπιδρά με τον ρότορα συμβάλλει στην εμφάνιση ασύγχρονων και υστέρησης ροπών, προκαλώντας την επιτάχυνση του ρότορα, ο οποίος, όταν φτάσει στη σύγχρονη ταχύτητα, υπό την επίδραση αντιδραστικών και υστέρησης ροπών, εισέρχεται σε συγχρονισμό και περιστρέφεται προς την κατεύθυνση από την μη θωρακισμένο τμήμα του στύλου στο θωρακισμένο τμήμα του όπου στρίβει το βραχυκύκλωμα.

Έχω αναστρέψιμους κινητήρες, αντί για βραχυκύκλωμα, χρησιμοποιούνται τέσσερα τυλίγματα, τα οποία βρίσκονται στα δύο μέρη κάθε διαιρεμένου πόλου και για την αποδεκτή φορά περιστροφής του ρότορα βραχυκυκλώνεται το αντίστοιχο ζεύγος περιελίξεων.

Οι σύγχρονοι κινητήρες αντιδραστικής υστέρησης έχουν σχετικά μεγάλες διαστάσεις και βάρος, η ονομαστική τους ισχύς δεν υπερβαίνει τα 12 μW, λειτουργούν με πολύ χαμηλό συντελεστή ισχύος και η ονομαστική τους απόδοση δεν υπερβαίνει το 0,01.

Οι σύγχρονοι βηματικοί κινητήρες ελέγχουν τους ηλεκτρικούς παλμούς μετατρέπονται σε μια καθορισμένη γωνία περιστροφής, που υλοποιείται με διακριτό τρόπο. Έχουν έναν στάτορα, στο μαγνητικό κύκλωμα του οποίου υπάρχουν δύο ή τρία πανομοιότυπα χωρικά μετατοπισμένα πηνία συνδεδεμένα σε σειρά με μια πηγή ηλεκτρικής ενέργειας με τη μορφή ορθογώνιων παλμών ρυθμιζόμενη συχνότητα. Υπό την επίδραση των παλμών ρεύματος, οι πόλοι του στάτορα μαγνητίζονται αντίστοιχα με μεταβλητή πολικότητα. Η αλλαγή της φοράς των ρευμάτων στις περιελίξεις του στάτορα οδηγεί σε αντίστοιχη αντιστροφή της μαγνήτισης των πόλων και στη δημιουργία μιας νέας αντίθετης πολικότητας.

Ο εξέχων πολικός ρότορας των βηματικών κινητήρων μπορεί να είναι ενεργός και αντιδραστικός. Ένας ενεργός ρότορας έχει ένα πηνίο πεδίου συνεχούς ρεύματος, δακτυλίους ολίσθησης και βούρτσες ή ένα σύστημα μόνιμων μαγνητών με εναλλασσόμενη πολικότητα και ένας αντιδραστικός ρότορας εφαρμόζεται χωρίς πηνίο πεδίου.

Ο αριθμός των πόλων στον ρότορα ενός βηματικού κινητήρα είναι ο μισός από τον αριθμό των πόλων του στάτορα. Κάθε αλλαγή των περιελίξεων του στάτορα περιστρέφει το προκύπτον μαγνητικό πεδίο της μηχανής και κάνει τον ρότορα να κινείται συγχρονισμένα κατά ένα βήμα.Η φορά περιστροφής του ρότορα εξαρτάται από την πολικότητα του παλμού που εφαρμόζεται στην αντίστοιχη περιέλιξη του στάτορα.

Διαβάστε επίσης: Selsyns: σκοπός, συσκευή, αρχή δράσης