El principio de funcionamiento y clasificación de los motores.
Un motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Los motores se utilizan ampliamente en maquinaria, metalurgia, petróleo, carbón, química, aviación, transporte, agricultura y otras industrias. Con la mejora continua de la automatización industrial, es necesario utilizar varios motores de control como componentes del sistema de automatización. En el sistema de control automático de satélites artificiales, los motores también son indispensables. Además, los motores se utilizan cada vez más en la defensa nacional, la cultura, la educación, la atención médica y la vida cotidiana (industria moderna de electrodomésticos).
Un motor general se compone principalmente de dos partes: la parte fija se llama estator, y la parte giratoria se llama rotor. Además, hay tapas finales, ventiladores, carcasas, soportes, cajas de conexiones, etc.
El principio de funcionamiento del motor se basa en la ley de la inducción electromagnética, la ley de Ohm de todo el circuito y la ley de la fuerza electromagnética. Cuando el polo magnético gira en el sentido de las agujas del reloj, la fuerza magnética del polo magnético corta la barra del rotor y se induce una fuerza electromotriz en la barra. La dirección de la fuerza electromotriz está determinada por la regla de la mano derecha. Debido a que el movimiento es relativo, si el polo magnético no se mueve y la barra del rotor gira en sentido antihorario, también se puede inducir fuerza electromotriz en la barra de alambre. Bajo la acción de una fuerza electromotriz, se genera una corriente en un conductor cerrado. La corriente interactúa con el campo magnético del polo magnético giratorio, lo que hace que la barra del rotor quede sometida a una fuerza electromagnética (fuerza en amperios. La dirección de la fuerza electromagnética se puede determinar mediante la regla de la mano izquierda). La fuerza electromagnética produce un par electromagnético y el rotor gira. Servomotor El servomotor se usa ampliamente en varios sistemas de control. Puede convertir la señal de voltaje de entrada en una salida mecánica en el eje del motor y arrastrar el componente controlado para lograr el propósito de control. Los servomotores se pueden dividir en CC y CA; el primer servomotor es un motor de CC de uso general, que se utiliza como servomotor cuando la precisión del control no es alta. En la actualidad, los servomotores de CC son motores de CC estructuralmente de baja potencia. Su excitación adopta principalmente control de armadura y control de campo magnético, pero generalmente se usa control de armadura. Según la clasificación de los motores giratorios, los servomotores de CC pueden cumplir con los requisitos del sistema de control en términos de características mecánicas, pero tienen muchas desventajas debido a la existencia del conmutador: se generan fácilmente chispas entre el conmutador y las escobillas, que interfiere con el trabajo del conductor y no se puede utilizar en lugares con gas inflamable, hay fricción entre la escobilla y el conmutador, lo que producirá una gran zona muerta, la estructura es compleja y el mantenimiento es difícil; El servomotor de CA es esencialmente un motor asíncrono de dos fases. Hay tres métodos de control principales: control de amplitud, control de fase y control de amplitud-fase. En términos generales, los servomotores requieren que la velocidad del motor sea controlada por la señal de voltaje aplicada; la velocidad de rotación puede cambiar continuamente con el cambio de la señal de voltaje aplicada; el motor debe tener una respuesta rápida, tamaño pequeño y baja potencia de control; Los servomotores se utilizan principalmente en diversos sistemas de control de movimiento, especialmente en servosistemas. 2.2 Motor paso a paso El llamado motor paso a paso es un actuador que convierte pulsos eléctricos en desplazamiento angular; en términos más generales, cuando el controlador paso a paso recibe una señal de pulso, hace que el motor paso a paso gire una posición fija en el ángulo establecido. Podemos controlar el desplazamiento angular del motor controlando el número de pulsos para lograr un posicionamiento preciso; al mismo tiempo, podemos controlar la velocidad y aceleración de la rotación del motor controlando la frecuencia del pulso para lograr el propósito de regular la velocidad. Los motores paso a paso de uso común actualmente incluyen motores paso a paso reactivos (VR), motores paso a paso de imanes permanentes (PM), motores paso a paso híbridos (HB) y motores paso a paso monofásicos. La principal diferencia entre un motor paso a paso y un motor normal es su forma de accionamiento por impulsos. Es esta característica la que permite combinar motores paso a paso con tecnología de control digital moderna. Sin embargo, los motores paso a paso son inferiores a los servomotores CC de circuito cerrado tradicionales en términos de precisión de control, rango de cambio de velocidad y rendimiento a baja velocidad. Por lo tanto, se utiliza principalmente en situaciones donde los requisitos de precisión no son particularmente altos. Los motores paso a paso se utilizan ampliamente en diversos campos de la práctica de producción debido a su estructura simple, alta confiabilidad y bajo costo. Especialmente en el campo de la fabricación de máquinas herramienta CNC, los motores paso a paso siempre se han considerado el actuador más ideal para máquinas herramienta CNC porque pueden convertir directamente señales de pulso digitales en desplazamiento angular sin conversión A/D.
Además de sus aplicaciones en máquinas herramienta CNC, los motores paso a paso también se pueden utilizar en otras máquinas, como motores en alimentadores automáticos, motores en disqueteras universales, impresoras y trazadores, etc. Además, los motores paso a paso también tienen muchos defectos; porque el motor paso a paso tiene una frecuencia de arranque sin carga, puede funcionar normalmente a bajas velocidades, pero no puede arrancar cuando es superior a cierta velocidad, acompañado de un silbido agudo; precisión del accionamiento de diferentes fabricantes La diferencia puede ser grande Cuanto mayor sea el número de subdivisión, más difícil será controlar la precisión y el motor paso a paso vibrará fuerte y hará mucho ruido al girar a baja velocidad. 2.3 Motor torque El llamado motor torque es un motor de CC plano, multipolar y de imán permanente. Su armadura tiene más ranuras, conmutadores y conductores en serie para reducir las fluctuaciones de par y de velocidad. Hay dos tipos de motores torque: motores torque DC y motores torque AC. Entre ellos, la reactancia de autoinductancia del motor de torsión de CC es muy pequeña, por lo que la respuesta es muy buena. Su par de salida es proporcional a la corriente de entrada y no tiene nada que ver con la velocidad y posición del rotor; Puede conectarse directamente a la carga y operar a baja velocidad en un estado cercano a la rotación bloqueada sin necesidad de reducción de engranajes. Por lo tanto, puede generar una alta relación momento-inercia en el eje de la carga, eliminando la sistemática. Error causado por el uso de engranajes reductores. Los motores de torsión de CA se pueden dividir en dos tipos: síncronos y asíncronos. Actualmente, se usa comúnmente el motor de torsión asíncrono de jaula de ardilla, que tiene las características de baja velocidad y gran torque. En términos generales, los motores de torsión de CA se utilizan comúnmente en la industria textil. Sus principios de funcionamiento y estructuras son los mismos que los de los motores asíncronos monofásicos, pero debido a la mayor resistencia del rotor de jaula de ardilla, las características mecánicas son más suaves. 2.4 Motor de reluctancia conmutada El motor de reluctancia conmutada es un nuevo tipo de motor de regulación de velocidad con una estructura extremadamente simple y sólida, de bajo costo y excelente rendimiento de regulación de velocidad. Es un fuerte competidor de los motores de control tradicionales y tiene un gran potencial de mercado. 2.5 Motor CC sin escobillas El motor CC sin escobillas (BLDCM) se desarrolla sobre la base del motor CC sin escobillas, pero su corriente de conducción es exactamente CA; el motor CC sin escobillas se puede dividir en motor de velocidad sin escobillas y motor de torsión CC sin escobillas. En términos generales, existen dos tipos de corrientes de accionamiento para motores sin escobillas, una es una onda trapezoidal (generalmente una "onda cuadrada") y la otra es una onda sinusoidal. A veces, el primero se denomina motor sin escobillas de CC y el segundo se denomina servomotor de CA, que es un tipo de servomotor de CA. Para reducir el momento de inercia, los motores CC sin escobillas suelen adoptar una estructura "esbelta". Los motores de CC sin escobillas son mucho más pequeños en peso y volumen que los motores de CC sin escobillas, y el momento de inercia correspondiente se puede reducir en aproximadamente un 40-50%. Debido a los problemas de procesamiento de los materiales magnéticos permanentes, los motores CC sin escobillas generalmente tienen una capacidad inferior a 100 kW. Este tipo de motor tiene las ventajas de una buena linealidad de las características mecánicas y de ajuste, amplio rango de velocidad, larga vida útil, fácil mantenimiento, bajo nivel de ruido, etc., y no tiene una serie de problemas causados por las escobillas, por lo que este tipo de El motor se utiliza ampliamente en sistemas de control. Tiene un gran potencial de aplicación. 3 Motor de potencia 3.1 Motor de CC El motor de CC es el motor más antiguo. Al final de 19, se puede dividir aproximadamente en dos categorías: conmutador y no conmutador. Los motores de CC tienen mejores características de control. Los motores de CC son inferiores a los motores de CA en términos de estructura, precio, mantenimiento, etc. Sin embargo, el problema de la regulación de velocidad de los motores de CA no se ha resuelto bien. Los motores de CC tienen las ventajas de un buen rendimiento de regulación de velocidad, un arranque fácil y un arranque con carga, por lo que todavía se utilizan ampliamente, especialmente después de la aparición de la alimentación de CC controlada por silicio. suministros. 3.2 Motor asíncrono Un motor asíncrono es un motor de CA que genera un par electromagnético y logra una conversión de energía basada en la interacción del campo magnético giratorio del entrehierro y la corriente inducida del devanado del rotor. Los motores asíncronos son generalmente productos en serie de diversas especificaciones. Son los más utilizados y demandados entre todos los motores. Actualmente, alrededor del 90% de las máquinas de transmisión eléctrica utilizan motores asíncronos de CA, por lo que su consumo de electricidad representa más de la mitad del total. carga eléctrica. Los motores asíncronos tienen las ventajas de una estructura simple, fabricación, uso y mantenimiento convenientes, operación confiable, masa pequeña y bajo costo. Además, los motores asíncronos tienen una alta eficiencia operativa y buenas características de trabajo. Pueden funcionar a una velocidad constante desde sin carga hasta con carga completa y pueden cumplir con los requisitos de transmisión de la mayoría de la maquinaria de producción industrial y agrícola. Los motores asíncronos se utilizan ampliamente para accionar máquinas herramienta, bombas, sopladores, compresores, equipos de elevación, maquinaria de minería, maquinaria industrial ligera, maquinaria agrícola y de procesamiento de productos secundarios, la mayoría de la maquinaria de producción industrial y agrícola, así como electrodomésticos y equipos médicos. Entre los motores asíncronos, los más comunes son los motores asíncronos monofásicos y los motores asíncronos trifásicos, de los cuales el motor asíncrono trifásico es el cuerpo principal del motor asíncrono.
Los motores asíncronos monofásicos se utilizan generalmente en lugares donde el suministro de energía trifásico es inconveniente. En su mayoría son micromotores de pequeña capacidad y se usan ampliamente en electrodomésticos, como ventiladores, refrigeradores, aires acondicionados, aspiradoras, etc. 3.3 Motor síncrono El llamado motor síncrono es un motor accionado por corriente alterna. Los campos magnéticos giratorios del rotor y el estator funcionan de forma sincrónica. El estator de un motor síncrono es exactamente igual que el estator de un motor asíncrono, sin embargo, existen dos tipos de rotores: de polo saliente y de polo oculto; El motor síncrono de rotor de polos salientes tiene una estructura simple y es fácil de fabricar, pero tiene baja resistencia mecánica y es adecuado para operación a baja velocidad. El proceso de fabricación del motor síncrono de polos ocultos es complejo, pero tiene una alta resistencia mecánica y es adecuado para funcionamiento a alta velocidad. Las características de funcionamiento de los motores síncronos son las mismas que las de todos los motores. Los motores síncronos también son "retrógrados", es decir, pueden funcionar en modo generador o en modo motor. Los motores síncronos se utilizan principalmente en maquinaria grande, como sopladores, bombas, molinos de bolas, compresores, laminadores, instrumentos y equipos pequeños y micro o como componentes de control, entre ellos, los motores síncronos trifásicos son el cuerpo principal. Además, se puede utilizar como modulador para transmitir potencia reactiva inductiva o capacitiva a la red. 4 Motor de Señal 4.1 Motor de Señal de Posición Los motores de señal de posición más representativos actualmente incluyen transformadores rotativos, sincronizadores de inducción y máquinas autoalineantes. Un resolutor es esencialmente un transformador que puede cambiar arbitrariamente el acoplamiento entre el devanado primario y el devanado secundario. Su estructura es la misma que la de un motor asíncrono bobinado. El estator y el rotor tienen dos juegos de devanados distribuidos perpendicularmente entre sí. Los devanados del rotor están conectados al circuito externo a través de anillos colectores y escobillas. Cuando se excita el devanado primario, el voltaje de salida del devanado secundario tiene una relación seno, coseno, lineal u otra relación funcional con el ángulo de rotación del rotor. Puede usarse para transformación de coordenadas y operaciones trigonométricas en dispositivos informáticos, y también puede usarse para transformación de coordenadas y operaciones trigonométricas. Se puede utilizar para la transmisión de datos angulares en sistemas de control y fáser. El sincronizador inductivo es un componente de detección de ángulo o posición de alta precisión, disponible en dos tipos: tipo de disco y tipo lineal. El sincronizador de inducción tipo disco se usa para medir la posición angular; el sincronizador de inducción lineal se usa para medir el desplazamiento lineal. La máquina autoalineante es un componente electromecánico inductivo que se usa ampliamente en servosistemas como dispositivo para transmisión, transformación e indicación de ángulos. En los sistemas de control, a menudo se usan dos o más ejes juntos, de modo que dos o más ejes que no están conectados mecánicamente pueden mantener automáticamente el mismo cambio de ángulo de rotación o girar sincrónicamente. 4.2 Motor de señal de velocidad El motor de señal de velocidad más representativo es el generador de tacómetro, que es esencialmente un componente electromecánico que convierte la velocidad de rotación en una señal eléctrica, y su voltaje de salida es proporcional a la velocidad de rotación. Según su principio de funcionamiento, pertenece a la categoría de "generador". El generador de tacómetro se utiliza principalmente como elemento amortiguador, elemento diferencial, elemento integral y elemento tacómetro en el sistema de control. Los tacogeneradores se pueden dividir en CC y CA. Los tacogeneradores de CC se pueden dividir en generadores excitados por separado y generadores de imanes permanentes. Su estructura y principio de funcionamiento son los mismos que los de un generador de CC de pequeña potencia y su potencia de salida suele ser menor. Como elemento informático, se requiere que el error lineal y el error de temperatura de su voltaje de salida sean inferiores al límite superior. Los tacogeneradores de CA se pueden dividir en síncronos y asíncronos. Los generadores de tacómetro síncronos incluyen: tipo de imán permanente, tipo de inducción y tipo de pulso; el generador de tacómetro asíncrono con rotor en forma de copa es el más utilizado. Para mejorar la precisión y confiabilidad del tacómetro, ha aparecido un generador de tacómetro de CC de efecto Hall con una estructura sin escobillas. Debido a que este tacómetro CC sin escobillas de efecto Hall es un motor sin engranajes ni devanados, no producirá "potencial armónico de engranajes" debido al engranaje. Este tipo de motor tiene una estructura sencilla y es fácil de miniaturizar.