Популярное понимание принципа двигателя начального уровня (с анализом динамических диаграмм различных типов двигателей)
Для многих Xiaobai двигатель кажется сложным устройством, полным « чувства технологии», и всегда чувствует, что его принципы неясны и часто включают сложные физические формулы и профессиональные термины. На самом деле, основные принципы всех двигателей могут быть раскрыты в одном предложении, в сочетании с общей структурой двигателя и динамическими процессами, даже нулевая основа может быть легко понята. Сегодня мы используем самый популярный язык, чтобы объяснить основные принципы двигателя за один раз, общий тип, рабочий процесс, а также восстановить динамическую логику всех видов двигателей, чтобы помочь вам полностью понять « почему двигатель будет вращаться».
Самый фундаментальный принцип двигателя: одно слово для чтения основной логики
Будь то маленький двигатель в игрушке или большой двигатель на заводе или даже двигатель, приводящий новый энергетический автомобиль, есть только один основной принцип:Электрический магнит → магнит и магнит « гомосексуальное отталкивание, гетероксуальная адсорбция » → генерация тяги / тяги → ось двигателя вращается。
На самом деле, за этим нужно использовать только две базовые точки знаний средней школы, не нужно запоминать, хорошо понимать:
1. Электрический провод будет работать под напряжением в магнитном поле (т. е. амперная сила): его можно просто понять, что магнит будет активно « толкать» или « тянуть» провод, включенный в электричество;
Электрический ток может генерировать магнитное поле (правило спирали правой руки): одна катушка, включенная электричеством, эквивалентна небольшому магниту с собственными N - и S - полюсами.
Дальнейшая разборка, суть двигателя - « катушка + магнит + непрерывное изменение направления (переключение) », путем постоянного переключения направления магнитного поля, так что тяга и тяга всегда в одном направлении, приводя ось двигателя к непрерывному вращению. И все двигатели, независимо от размера и типа, не могут быть отделены от двух основных компонентов:
- статор: неподвижная часть, отвечающая за обеспечение основного магнитного поля, либо постоянного магнита, либо токонепроницаемой катушки;
- Ротор: часть, способная вращаться, либо катушка, либо постоянный магнит, и основная роль заключается в вращении магнитным полем статора "толкает" или "тянет".
Осваивая эту основную логику и глядя на любой двигатель, вы можете быстро понять суть его работы. Ниже мы рассмотрим 6 самых распространенных типов двигателей, которые мы используем каждый день, в сочетании с динамическими процессами, шаг за шагом, чтобы понять их различия и применение.
2, 6 Классы общих двигателей: популярный принцип + динамическое восстановление + сценарий применения
(1) Электрические машины постоянного тока с щеткой: игрушки, маленькие вентиляторы « основной силы»
Электрический двигатель с щеткой постоянного тока является самым базовым, наиболее распространенным двигателем, мы играли в дистанционно управляемый автомобиль в детстве, маленький вентилятор дома, электрическая зубная щетка, в основном с ним, структура достаточно проста, чтобы понять с первого взгляда.
1. Основная структура: статор представляет собой два постоянных магнита (N и S полюса соответственно), симметрично установленных по обе стороны; Ротор состоит из катушек, коллекторов и щеток, которые вращаются вокруг сердечника, а коллекторы и щетки являются его « основными характеристиками».
2. Принцип работы (динамическое восстановление): После включения питания ток передается через щетку в катушку, которая мгновенно превращается в электромагнит с собственными N - и S - полюсами; В это время постоянный магнит статора и электромагнит ротора генерируют силу « гомосексуального отталкивания, гетерофазного всасывания», заставляя катушку вращать половину кольца; Когда катушка поворачивается пополам, переключатель вращается вместе с ротором, автоматически переключая направление тока катушки и позволяя магнитному полюсу катушки поворачиваться; Инвертированная катушка, в свою очередь, будет притягиваться и отталкиваться магнитным полем статора, продолжая вращать половину круга, так что цикл, двигатель будет продолжать вращаться.
3.Запоминание одной фразы: щетка прикасается к коллектору, каждые полоборота « изменяет полярность», гарантируя, что ротор всегда вращается в одном направлении.
4.Характеристики и применение: Преимущества - дешево, простой контроль, большая сила при запуске; Недостатком является то, что щетки изнашиваются, при работе возникают небольшие искры, а срок службы относительно короткий. В дополнение к игрушкам, электрическим зубным щеткам, маленьким вентиляторам, старые электромобили также часто используют этот двигатель.
(2) Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC): БПЛА, электромобили "основной выбор"
Безщеточный двигатель постоянного тока является « обновленной версией» щеточного двигателя постоянного тока, который решает проблему износа щетки и теперь стал основным двигателем беспилотных летательных аппаратов, новых энергетических электромобилей, вентиляторов кондиционирования воздуха и другого оборудования, а также одним из самых популярных типов двигателей в настоящее время.
Основная конструкция: прямо противоположная электродвигателю с щеткой постоянного тока - статор представляет собой 3 группы катушек, равномерно распределенных по корпусу; Ротор представляет собой постоянный магнит, прикрепленный к оси двигателя без щетки и переключателя.
Принцип работы (динамическое восстановление): когда двигатель работает, контроллер заряжает три группы катушек статоров в фиксированном порядке, а после включения катушка создает вращающееся магнитное поле (как невидимый магнит в равномерном вращении); Постоянный магнитный опыт ротора « всасывается» этим вращающимся магнитным полем и вращается вместе с вращающимся магнитным полем; В то же время датчик на двигателе будет в режиме реального времени определять положение ротора, возвращать сигнал контроллеру, контроллер затем точно переключает порядок включения катушки (то есть фазовый сдвиг), так что вращающееся магнитное поле всегда немного опережает ротор, продолжает тянуть ротор вращения, не будет ситуации « снятия силы».
3.Одно предложение запоминание: катушка снаружи, магнит в том числе, электронный контроллер « точно держит магнит вращения», без щетки, более долговечный.
4. Характеристики и применение: Преимуществами являются высокая эффективность, длительный срок службы, отсутствие искры во время работы, высокая скорость вращения и небольшой шум; Недостатком является то, что требуется комплектующий электронный контроллер, который стоит немного больше, чем электродвигатель с щеткой постоянного тока. В основном используется в беспилотных летательных аппаратах, новых энергетических электромобилях, вентиляторах кондиционеров воздуха в помещении, компьютерных жестких дисковых двигателях и другом оборудовании.
(3) Асинхронные двигатели переменного тока (индукционные двигатели): « гегемония» промышленной и бытовой техники
Асинхронный двигатель переменного тока в настоящее время является наиболее широко используемым двигателем в мире, на который приходится более 80% от общего количества всех двигателей, водяных насосов на заводе, вентиляторов, наружных кондиционеров воздуха дома, стиральных машин, холодильников, а также конвейера торгового центра, почти все из которых используются им. Его особенностью является "простота, долговечность, дешево", что называется "королем соотношения цены и качества" в мире двигателей.
1. Основная структура: статор представляет собой 3 группы катушек, проходящих через трехфазный переменный ток; Роторы представляют собой алюминиевые или медные полосы « крысиной клетки», которые коротко замыкаются друг с другом, образуя замкнутый контур с минимальной структурой и почти без уязвимых элементов.
Принцип работы (динамическое восстановление): когда три группы катушек статора включены в трехфазный переменный ток, так как разность фаз трехфазного переменного тока составляет 120 °, внутри статора создается вращающееся магнитное поле с равномерной скоростью вращения (как большой невидимый магнит в быстром вращении); Это вращающееся магнитное поле режет алюминиевую полосу на роторе, в соответствии с принципом электромагнитной индукции, алюминиевая полоса индуцирует ток; Электрические алюминиевые полосы в вращающемся магнитном поле подвергаются ампер - силе, заставляя ротор вращаться с вращающимся магнитным полем; Но ротор всегда будет вращаться немного медленнее, чем вращающееся магнитное поле (не может идти в ногу со скоростью магнитного поля), поэтому его называют « асинхронным мотором».
3.Одно предложение запоминания: статорное магнитное поле вращается быстро, ротор « тащится», всегда медленный на полудара, без постоянного магнита, все зависит от индукции выработки электроэнергии.
4. Характеристики и применение: Преимущество заключается в том, что структура минимальна, супердолговечна, цена дешева, без обслуживания, и может выдерживать большую нагрузку; Недостатком является то, что для регулирования скорости требуется поддерживающий преобразователь частоты, крутящий момент на низкой скорости обычно не подходит для сцены, требующей точной настройки скорости. В дополнение к промышленному оборудованию и бытовой технике, он также широко используется в больших устройствах, таких как суда и железные дороги.
(4) Синхронный двигатель с постоянным магнитом (PMSM): « основная энергия» новых энергетических транспортных средств, оборудования высокого класса
Синхронный двигатель с постоянным магнитом в настоящее время является одним из самых эффективных и наиболее производительных двигателей, основным преимуществом является большой крутящий момент, высокая эффективность, в основном для оборудования с высокими требованиями к производительности, таких как новые энергетические автомобили, промышленные роботы, высококачественные кондиционеры воздуха и так далее.
1. Основная структура: статор, как и асинхронный двигатель переменного тока, представляет собой 3 группы катушек; Ротор представляет собой мощный постоянный магнит (обычно изготовленный из редкоземельных материалов с очень сильным магнитом).
2. Принцип работы (динамическое восстановление): Контроллер подсоединяет катушку статора к переменному току, создавая вращающееся магнитное поле; Сильный постоянный магнит ротора будет прочно « всасывать» этим вращающимся магнитным полем и вращаться строго синхронно с вращающимся магнитным полем - скорость ротора точно такая же, как и скорость вращающегося магнитного поля, без какой - либо « дифференциальной скорости», которая также является источником « синхронизации»; Контроллер будет точно контролировать размер и фазу тока в режиме реального времени, тем самым контролируя крутящий момент и скорость двигателя, чтобы двигатель мог эффективно работать в разных условиях.
3.Память одной фразы: ротор является сильным магнитом, магнитное поле статора « тянет магнит в синхронном беге», самая высокая эффективность, самый сильный крутящий момент.
4. Характеристики и применение: Преимущество заключается в максимальной эффективности, высокой плотности мощности, очень сильном крутящем моменте при низких скоростях, а также небольшом шуме, точной настройке скорости; Недостатком является высокая стоимость (дороговизна редкоземельных материалов), требующая сложных контроллеров. В основном используется в новых энергетических автомобильных двигателях, промышленных роботах, сервоприводах, высококачественных центральных кондиционерах воздуха и других устройствах.
(5) Шаговый двигатель: « Хорошая рука» для точного позиционирования
Самым большим отличием шагового двигателя от других двигателей является « точное позиционирование» - это не непрерывное вращение, а « шаг за шагом» вращением, где угол каждого шага фиксирован и подходит для сцены, требующей точного контроля положения и угла.
1. Основная структура: статор представляет собой несколько групп катушек (обычно 8 полюсов), равномерно распределенных; Ротор представляет собой сердечник с зубьями, а некоторые из них также соответствуют положению постоянного магнита, зуба ротора и катушки статора один за другим.
2. Принцип работы (динамическое восстановление): контроллер в фиксированном порядке, один за другим для включения катушек статора; Каждый раз, когда катушка подключается к электричеству, катушка создает магнитное поле, и зубы ротора всасываются этим магнитным полем в выравнивающее положение, вращаясь под фиксированным углом (обычно 1,8 ° / шаг); Каждый раз, когда включается электричество, ротор делает шаг вперед, контролируя количество и частоту включения, вы можете точно контролировать угол и скорость вращения ротора; Если электричества нет, ротор будет "заперт" магнитным полем и не будет легко вращаться (это функция "самоблокировки").
3.Запоминание одного предложения: один раз при включении электричества пройдите сетку, не поворачиваясь, самоблокируйтесь, точное позиционирование без датчика.
4. Характеристики и применение: Преимущество заключается в том, что позиционирование является чрезвычайно точным, может точно контролировать угол и положение, большой крутящий момент при низких скоростях и простая структура, удобное управление; Недостатком является слабая производительность, низкая эффективность при работе на высокой скорости и небольшая вибрация при работе. В основном используется в 3D - принтерах, облачных камерах наблюдения, печатных механизмах, небольших устройствах автоматизации и других сценах, требующих точного позиционирования.
(6) Сервомотор: "потолок" с высокоточным управлением
Сервомотор не является « независимым типом» двигателя, по сути, комбинация « высокопроизводительного синхронного двигателя с постоянным магнитом + кодер + привод», основным преимуществом является « высокоточное управление», может обеспечить точную регулировку крутящего момента, скорости и положения, является промышленная автоматизация, высококачественное оборудование « основные компоненты».
Основная структура: в основе лежит синхронный двигатель с постоянным магнитом, а также два ключевых компонента - кодер и привод. Кодер отвечает за определение угла и скорости ротора в реальном времени и обратную связь обнаруженного сигнала с приводом; Драйвер регулирует ток катушки статора на высокой скорости в соответствии с сигналом обратной связи, чтобы точно управлять работой двигателя.
2.Принцип работы: Аналогично синхронному двигателю с постоянным магнитом, но с большим количеством звеньев « обратной связи в реальном времени» - кодер передает информацию о положении ротора и скорости вращения приводу в режиме реального времени, привод сравнивает « целевое положение / скорость » и « фактическое положение / скорость», постоянно корректирует ток, так что работа двигателя всегда соответствует установленным требованиям, точность может достигать уровня « шелк» (1 нить = 0,01 мм).
3.Память предложения: точность шагового двигателя + эффективность бесщеточного двигателя постоянного тока + обратная связь в реальном времени, точность до уровня « шелка».
4. Характеристики и применение: Преимущество заключается в высокой точности, способности точно управлять крутящим моментом и скоростью, быстрой реакции и высокой эффективности и долговечности; Недостатки - высокая стоимость и сложная структура. В основном используется в промышленных роботах, станках CNC, автоматизированных производственных линиях, высококачественном лазерном оборудовании и других сценах с очень высокими требованиями к точности.
В - третьих, одна таблица, чтобы отличить все двигатели: Руководство по быстрому контрасту Xiaobai
После прочтения вышеприведенного демонтажа, возможно, есть много людей, которые не могут отличить различные типы двигателей, следующая таблица, на самом популярном языке обобщает основные характеристики, ключевые параметры и типичные приложения шести типов двигателей, с первого взгляда, чтобы понять, чтобы облегчить быстрое сравнение и память:
|
Тип двигателя
|
Основные характеристики
|
Есть щетка?
|
Есть ли постоянный магнит?
|
Скорость / крутящий момент
|
Типичное применение
|
|
Очистка постоянного тока.
|
Дешево, просто, хорошо управляется, щетка легко изнашивается
|
有
|
Да (статор - постоянный магнит)
|
Средний и средний крутящий момент
|
Игрушки, маленькие вентиляторы, электрические зубные щетки
|
|
Без щетки постоянного тока
|
Высокоэффективное долголетие, отсутствие искр, требуется контроллер
|
无
|
Да (ротор - постоянный магнит)
|
Высокоскоростной крутящий момент
|
Беспилотники, электромобили, вентиляторы для кондиционирования воздуха
|
|
Асинхронность переменного тока
|
Очень простой и долговечный, сверхдешевый, без обслуживания
|
无
|
Нет (все благодаря индукции)
|
Средний, общий крутящий момент
|
Насосы, вентиляторы, стиральные машины, холодильники
|
|
Синхронизация с постоянным магнитом
|
Самая высокая эффективность, сильный крутящий момент, высокая стоимость
|
无
|
Да (ротор - постоянный магнит редкоземельных элементов)
|
Широкий, сильный крутящий момент
|
Новые энергетические автомобили, промышленные роботы
|
|
Шаг вперед
|
Точное позиционирование, самоблокировка, более низкая скорость
|
无
|
Дополнительный (ротор с постоянным магнитом / сердечником)
|
Низкая скорость, большой крутящий момент
|
3D принтер, контрольная облачная платформа
|
|
сервопривод
|
Высокая точность, обратная связь в реальном времени, сложная структура
|
无
|
Да (ротор - постоянный магнит)
|
Широкая скорость, точный крутящий момент
|
Промышленные роботы, станки CNC
|
В - четвертых, Бай должен вернуться к резюме: 3 предложения, чтобы съесть принцип двигателя
Увидев здесь, я считаю, что у всех нас есть четкое понимание различных типов двигателей, и, наконец, подытожить в трех предложениях, чтобы помочь всем консолидировать основные точки знаний, после прочтения вы можете запомнить:
Основная логика всех двигателей одинакова:Электромагнит → магнит и магнитная фазаНет сложных тайн;
Разница между различными типами двигателей заключается только в четырех аспектах:Как генерируется магнитное поле, магнит помещается в статор или ротор, нужно ли щетку, есть ли обратная связь в реальном времени；
3 самых распространенных мотора в повседневной жизни:Асинхронные двигатели переменного тока (бытовая техника, промышленность), бесщеточные двигатели постоянного тока (цифровые, электромобили), щеточные двигатели постоянного тока (игрушки, малое оборудование)Запомните эти три, которые в основном охватывают большинство сцен в жизни и на работе.
На самом деле, двигатель не так сложен, как кажется, до тех пор, пока захватывает ядро « электрического магнита, магнитного отталкивания», в сочетании со структурными характеристиками различных типов двигателей, вы можете легко понять принцип его работы. Если вы хотите более интуитивно почувствовать процесс вращения двигателя, вы также можете смотреть с динамической диаграммой, чтобы быстрее понять разницу между различными типами двигателей.
