Bezkomutátorový stejnosměrný motor: princip činnosti, zařízení, typy

Definice

Stejnosměrný motor se nazývá bezkomutátorový motor, jehož proud ve vinutí spíná speciál spínací zařízení - nazývá se "driver" nebo "invertor" a tato vinutí jsou vždy umístěna na stator. Spínač se skládá ze 6 tranzistorů, které dodávají proud do jednoho nebo druhého vinutí v závislosti na poloze rotoru.

V domácí literatuře se takové motory nazývají "ventil" (protože polovodičové spínače se nazývají "ventily") a existuje rozdělení takových elektrických strojů na dva typy podle formy proti-EMF. V zahraniční literatuře takový rozdíl zůstává, jeden z nich se nazývá podobně jako ruský „BLDC“ (střídavý stejnosměrný pohon nebo motor), který v jejich vinutí zní doslova jako "bezkartáčový stejnosměrný motor", lichoběžník EMF. Elektromotory ventilů se sinusovým EMF se nazývají PMSM (Permanent magnet synchronous machine), což v překladu znamená „synchronní elektromotor s buzením permanentním magnetem“.

Zařízení a princip fungování

Kolektor v KDPT slouží jako uzel pro spínání proudu ve vinutí kotvy. V bezkomutátorovém stejnosměrném motoru (BDCT) tuto roli neplní kartáče s lamelami, ale spínač, jde o polovodičový spínač - tranzistory. Tranzistory spínají vinutí statoru a vytvářejí rotující magnetické pole, které interaguje s polem magnetů rotoru. A když proud protéká vodičem, který je v magnetickém poli, působí dál ampérová síla, působením této síly vzniká na hřídeli elektrických strojů točivý moment. Na tom je založeno princip fungování jakýkoli elektromotor.

Teď na to přijdeme jak to funguje bezkartáčový motor. Na statoru BDPT jsou obvykle 3 vinutí, analogicky se střídavým motorem se často nazývají třífázové. To je částečně pravda: bezkomutátorové motory fungují ze zdroje stejnosměrného proudu (často z baterií), ale regulátor zapíná proud ve vinutí jeden po druhém. Není však úplně pravda, že vinutím protéká střídavý proud. Konečnou podobu vinutí napájecího napětí tvoří pravoúhlé tranzistorové řídicí impulsy.

Třífázový bezkomutátorový motor může být třívodičový nebo čtyřvodičový, kde čtvrtý vodič je odbočka ze středu (pokud jsou vinutí připojena podél hvězdný vzor).

Navíjení nebo, mluvení jednoduchými slovyCívky měděného drátu zapadají do zubů jádra statoru. V závislosti na konstrukci a účelu pohonu může být na statoru různý počet zubů. Existují různé varianty rozložení fázových vinutí podél zubů rotoru, což je znázorněno na následujícím obrázku.

Vinutí každého ze zubů v rámci jedné fáze může být zapojeno sériově nebo paralelně, v závislosti na dodávce konstruktéra úloh pro výkon a krouticí moment projektovaného pohonu a vlastní fázová vinutí jsou propojena podle hvězdy, popř. jako trojúhelník asynchronní nebo synchronní třífázové střídavé motory.

Do statoru lze instalovat snímače polohy rotoru. Často se používají Hallovy snímače, které dávají signál do regulátoru, když na ně působí magnetické pole magnetů rotoru. To je nutné k tomu, aby regulátor „věděl“, v jaké poloze se rotor nachází, a napájel příslušná vinutí. To je nezbytné pro zvýšení efektivity a stability práce, a pokud Krátce, - vymáčknout z motoru veškerý možný výkon. Obvykle jsou instalovány 3 senzory. Přítomnost senzorů ale komplikuje konstrukci bezkomutátorového elektromotoru, je třeba k nim připojit další vodiče pro napájení a datové linky.

V BDPT se k buzení používají permanentní magnety namontované na rotoru a stator je kotva. Připomeňme, že u kolektorových strojů je tomu naopak (rotor je kotva) a pro buzení v CD se používají jak permanentní magnety, tak elektromagnety (vinutí).

Magnety jsou instalovány se střídavými póly a podle toho jejich počet určuje počet pólových párů. To ale neznamená, že tolik magnetů, tolik párů pólů. Několik magnetů může tvořit jeden pól. Počet pólů, stejně jako u asynchronního motoru (a dalších), závisí na počtu otáček za minutu. To znamená, že bezkomutátorové motory s různým počtem pólových párů se budou otáčet různými rychlostmi ze stejného ovladače při stejném nastavení.

Typy BDPT

Teď na to přijdeme jaké jsou bezkomutátorové motory permanentní magnety. Jsou klasifikovány podle formy zpětného EMF, designu a také podle přítomnosti snímačů polohy rotoru. Takže dva hlavní typ charakterizované formou zpětného EMF, které se indukuje ve vinutí, když se rotor otáčí:

• BLDC - lichoběžníkový counter-EMF v nich;
• PMSM - sinusové zpětné EMF.

V ideálním případě vyžadují různé napájecí zdroje (ovladače), ale v praxi jsou vzájemně zaměnitelné. Pokud ale použijete regulátor se čtvercovým nebo lichoběžníkovým výstupním napětím s motorem PMSM, uslyšíte při otáčení charakteristické zvuky podobné klepání.

A podle návrhu jsou bezkomutátorové stejnosměrné motory:

• S vnitřním rotorem. Toto je známější znázornění elektromotoru, kdy stator je pouzdro a hřídel umístěný v něm se otáčí. Často se jim říká anglické slovo „Inrunner“. Tato možnost se obvykle používá u vysokootáčkových elektromotorů.
• S vnějším rotorem. Zde se otáčí vnější část motoru s na ní upevněným hřídelem, v anglicky mluvících zdrojích se nazývá „outrunner“. Toto schéma zařízení se používá, když je potřeba vysoký točivý moment.

Vybrat konstrukce cokoliv k čemu je to potřeba bezkomutátorový motor v konkrétní aplikaci.

Moderní průmysl vyrábí bezkomutátorové motory se snímači polohy rotoru nebo bez nich. Faktem je, že existuje mnoho způsobů, jak ovládat BDPT, pro některé z nich jsou zapotřebí snímače polohy, jiné určují polohy pomocí EMF v vinutí, třetí jednoduše napájí potřebné fáze a elektromotor se s takovým napájením samostatně synchronizuje a vstoupí do pracovního režimu.

Hlavní Specifikace bezkomutátorové stejnosměrné motory:

1. Provozní režim - dlouhodobý nebo krátkodobý.
2. Maximální provozní napětí.
3. Maximální provozní proud.
4. Maximální výkon.
5. Maximální otáčky často neoznačují otáčky, ale KV - otáčky / v, to znamená počet otáček na 1 volt aplikovaného napětí (bez zatížení hřídele). Chcete-li získat maximální rychlost, vynásobte toto číslo maximálním napětím.
6. Odpor vinutí (čím menší, tím vyšší účinnost) bývá setiny a tisíciny Ohmů.
7. Úhel fázového předstihu (časování) je doba, po které proud ve vinutí dosáhne svého maxima, je to kvůli jeho indukčnosti a zákonům komutace (proud v indukčnosti se nemůže okamžitě změnit.

Jak připojit střídavý motor

Jak již bylo zmíněno výše, pro provoz bezkomutátorového motoru je potřeba speciální regulátor. Na aliexpress najdete obě sady motoru a ovladače a samostatně. Ovladač se také nazývá ESC Motor nebo Electric Speed ​​​​Controller. Vybírají se podle síly proudu dodávaného do zátěže.

Obvykle je připojení elektromotoru k regulátoru jednoduché a dokonce i pochopitelné pro figuríny. Hlavní věc, kterou potřebujete vědět, je, že pro změnu směru otáčení je potřeba změnit zapojení libovolných dvou fází, vlastně stejně jako u třífázových asynchronních nebo synchronních motorů.

Síť má také řadu technických řešení a schémat, komplexních i pro čajové konvicekterou můžete vidět níže.

V tomto videu autor vypráví, jak se spřátelit mezi motorem BC a „Arduinou“.

A v tomto videu se dozvíte o různých způsobech připojení k různým regulátorům a jak to můžete udělat sami. Autor to demonstruje na příkladu motoru z HDD a několika výkonných kopií - inrunner a outrunner.

Mimochodem přikládáme i schéma z videa pro zopakování:

Kde se používají bezkomutátorové motory

Rozsah použití takových elektromotorů je daleko před plánem. Používají se jak k pohonu malých mechanizmů: v CD mechanikách, DVD mechanikách, pevných discích, tak ve výkonných zařízeních: baterie a síťového elektrického nářadí (s napájením zakázky 12V), rádiem řízené modely (například kvadrokoptéry), CNC stroje pro pohon pracovního těla (obvykle motory se jmenovitým napětím 24V nebo 48V).

BDPT jsou široce používány v elektrických vozidlech, téměř všechna moderní motorová kola elektrických skútrů, jízdních kol, motocyklů a automobilů jsou bezkomutátorové motory. Mimochodem, jmenovité napětí elektromotorů pro přepravu leží v širokém rozmezí, např. motorové kolo pro jízdní kolo často pracuje od 36V nebo od 48V, až na vzácné výjimky a další a v autech např. na Toyota Prius cca 120V a na Nissan Leaf - dosahuje 400, přičemž se nabíjí ze sítě 220V (toto je realizováno s vestavěným převodníkem).

Vlastně oblast použití bezkomutátorové elektromotory jsou velmi rozsáhlé, absence rozdělovače umožňuje použití v nebezpečných místech, stejně jako v místech s vysokou vlhkostí, bez obav ze zkratu, jisker nebo požáru v důsledku defektů kartáče uzel. Pro svou vysokou účinnost a dobrou hmotnost a rozměry našly uplatnění v kosmickém průmyslu.

Výhody a nevýhody

Bezkomutátorové stejnosměrné motory, stejně jako jiné typy elektrických strojů, mají jisté výhody a nevýhody.

Výhody BDPT jsou následující:

• Díky buzení silnými permanentními magnety (např. neodymem) překonávají točivý moment a výkon a mají menší rozměry než indukční motory. To, co používá většina výrobců elektrických vozidel, od skútrů po auta.
• Žádná třpytivá sestava sběrače kartáčů, která vyžaduje pravidelnou údržbu.
• Při použití kvalitního ovladače na rozdíl od stejného CD neruší napájecí síť, která zvláště důležité u rádiem řízených zařízení a vozidel s pokročilým elektronickým vybavením na palubě sítí.
• Účinnost více než 80, častěji 90 %.
• Vysoká rychlost otáčení, v některých případech až 100 000 ot./min.

Je tu ale i podstatná nevýhoda: střídavý motor bez regulátoru je jen kus železa s měděným vinutím. V žádném případě nebude moci pracovat. Ovladače nejsou levné a nejčastěji je musíte objednávat z internetových obchodů nebo z aliexpressu. Z tohoto důvodu není vždy možné použít BC motory v domácích modelech a zařízeních.

Nyní víte, co je bezkomutátorový stejnosměrný motor, jak funguje a kde se používá. Doufáme, že vám náš článek pomohl vyřešit všechny problémy!

Související materiály:

• Co je rotor a stator
• Jak sestavit nejjednodušší elektromotor doma
• Rozdíl mezi stejnosměrným a střídavým proudem

Jako(0)nemám rád(0)