Børsteløs jævnstrømsmotor: funktionsprincip, enhed, typer

Definition

En jævnstrømsmotor kaldes en børsteløs motor, hvis strøm i viklingerne skifter en speciel koblingsenhed - det kaldes "driver" eller "inverter", og disse viklinger er altid placeret på stator. Switchen består af 6 transistorer, og de leverer strøm til den ene eller anden vikling, afhængig af rotorens position.

I den indenlandske litteratur kaldes sådanne motorer "ventil" (fordi halvlederkontakter kaldes "ventiler"), og der er en opdeling af sådanne elektriske maskiner i to typer i henhold til formen af ​​mod-EMF. I udenlandsk litteratur forbliver en sådan forskel, en af ​​dem kaldes på samme måde som den russiske "BLDC" (børsteløst jævnstrømsdrev eller motor), som bogstaveligt talt lyder som en "børsteløs jævnstrømsmotor" i deres viklinger, en trapezformet EMF. Ventilelektriske motorer med sinusformet EMF kaldes PMSM (Permanent magnet synchronous machine), hvilket oversættes som "synkron elektrisk motor med permanent magnet excitation."

Enhed og driftsprincip

Kollektoren i KDPT fungerer som en knude til at skifte strømmen i armaturviklingerne. I en børsteløs DC-motor (BDCT) udføres denne rolle ikke af børster med lameller, men af ​​en kommutator med halvlederkontakter - transistorer. Transistorer skifter statorviklingerne og skaber et roterende magnetfelt, der interagerer med rotormagneternes felt. Og når strøm løber gennem en leder, der er i et magnetfelt, virker den på ampere kraft, på grund af virkningen af ​​denne kraft, genereres et drejningsmoment på akslen af ​​elektriske maskiner. Det er det, der er baseret på funktionsprincip enhver elektrisk motor.

Lad os nu finde ud af det hvordan det virker børsteløs motor. Der er normalt 3 viklinger på BDPT-statoren, analogt med AC-motorer kaldes de ofte trefasede. Dette er delvist sandt: børsteløse motorer fungerer fra en jævnstrømskilde (ofte fra batterier), men controlleren tænder for strømmen i viklingerne én efter én. Det er dog ikke helt rigtigt at sige, at der løber vekselstrøm gennem viklingerne. Den endelige form af forsyningsspændingsviklingen er dannet af rektangulære transistorstyreimpulser.

Den trefasede børsteløse motor kan være tre-leder eller fire-leder, hvor den fjerde ledning er et tap fra midtpunktet (hvis viklingerne er forbundet med stjernemønster).

Winding eller, taler med enkle ord, spolerne af kobbertråd passer ind i tænderne på statorkernen. Afhængigt af drevets design og formål kan der være et andet antal tænder på statoren. Der findes forskellige varianter af fordelingen af ​​faseviklingerne langs rotortænderne, hvilket er illustreret i den følgende figur.

Vindingerne på hver af tænderne inden for en fase kan forbindes i serie eller parallelt, afhængigt af den medfølgende designeren af ​​opgaver for kraften og drejningsmomentet for det projekterede drev, og selve faseviklingerne er forbundet i henhold til en stjerne eller trekant som asynkron eller synkron trefasede vekselstrømsmotorer.

Rotorpositionssensorer kan monteres i statoren. Hall-sensorer bruges ofte, de giver et signal til controlleren, når de påvirkes af rotormagneternes magnetfelt. Dette er nødvendigt for at styreenheden kan "ved", i hvilken position rotoren er, og for at levere strøm til de tilsvarende viklinger. Dette er nødvendigt for at øge effektiviteten og stabiliteten af ​​arbejdet, og hvis kort, - at presse al mulig kraft ud af motoren. Der er normalt 3 sensorer installeret. Men tilstedeværelsen af ​​sensorer komplicerer designet af en børsteløs elektrisk motor, yderligere ledninger til strøm og dataledninger skal forbindes til dem.

I en BDPT bruges permanente magneter monteret på rotoren til excitation, og statoren er et armatur. Husk på, at i kollektormaskiner er det modsatte sandt (rotoren er et armatur), og til excitation i CD'en bruges både permanente magneter og elektromagneter (viklinger).

Magneterne er installeret med vekslende poler, og deres antal bestemmer derfor antallet af polpar. Men det betyder ikke, at så mange magneter, der er lige så mange par poler. Flere magneter kan danne én pol. Antallet af poler, som i tilfældet med en asynkronmotor (og andre), afhænger af antallet af omdrejninger pr. minut. Det vil sige, at børsteløse motorer med et andet antal polpar vil rotere med forskellige hastigheder fra den samme controller ved de samme indstillinger.

Typer af BDPT

Lad os nu finde ud af det hvad er børsteløse motorer permanente magneter. De er klassificeret i form af back-EMF, design og også ved tilstedeværelsen af ​​rotorpositionssensorer. Altså de to vigtigste type kendetegnet ved formen af ​​back-EMF, som induceres i viklingerne, når rotoren roterer:

• BLDC - trapezformet mod-EMF i dem;
• PMSM - sinusformet tilbage EMF.

Ideelt set kræver de forskellige strømforsyninger (controllere), men i praksis er de udskiftelige. Men hvis du bruger en controller med en firkantet eller trapezformet udgangsspænding med en PMSM-motor, vil du høre karakteristiske lyde, der ligner banke under rotation.

Og ved design er børsteløse DC-motorer:

• Med indvendig rotor. Dette er en mere velkendt repræsentation af en elektrisk motor, når statoren er et hus, og akslen placeret i den roterer. De kaldes ofte det engelske ord "Inrunner". Denne mulighed bruges normalt til højhastighedselektriske motorer.
• Med udvendig rotor. Her roterer den ydre del af motoren med en aksel fastgjort på sig, i engelsktalende kilder kaldes det "outrunner". Dette enhedsskema bruges, når der er behov for et højt drejningsmoment.

Vælge konstruktion hvad som helst hvad skal det til en børsteløs motor i en specifik anvendelse.

Moderne industri producerer børsteløse motorer med eller uden rotorpositionssensorer. Faktum er, at der er mange måder at styre BDPT på, for nogle af dem er der behov for positionssensorer, andre bestemmer positionerne ved EMF i viklinger, de tredje leverer simpelthen strøm til de krævede faser, og elmotoren synkroniserer uafhængigt med en sådan strømforsyning og går ind i arbejdet mode.

Det vigtigste specifikationer børsteløse DC-motorer:

1. Driftstilstand - langsigtet eller kortsigtet.
2. Maksimal driftsspænding.
3. Maksimal driftsstrøm.
4. Maksimal effekt.
5. Maksimale omdrejninger angiver ofte ikke omdrejninger, men KV - omdrejninger / v, det vil sige antallet af omdrejninger pr. 1 volt påført spænding (ingen belastning på akslen). For at få den maksimale hastighed skal du gange dette tal med den maksimale spænding.
6. Modstanden af ​​viklingen (jo mindre den er, jo højere effektivitet) er normalt hundrededele og tusindedele ohm.
7. Fasefremføringsvinklen (timing) er den tid, hvorefter strømmen i viklingen når sit maksimum, dette skyldes dens induktans og kommuteringslovene (strømmen i induktansen kan ikke ændre sig øjeblikkeligt.

Sådan tilsluttes en børsteløs motor

Som nævnt ovenfor er en speciel controller nødvendig for at betjene en børsteløs motor. På aliexpress kan du finde begge sæt af motor og controller, og separat. Regulatoren kaldes også ESC Motor eller Electric Speed ​​​​Controller. De vælges i henhold til styrken af ​​den strøm, der leveres til belastningen.

Normalt er det ligetil og endda forståeligt at forbinde den elektriske motor til controlleren for Dummies. Det vigtigste, du skal vide, er, at for at ændre rotationsretningen, skal du ændre forbindelsen mellem to faser, faktisk ligesom i trefasede asynkrone eller synkrone elektriske motorer.

Netværket har også en række tekniske løsninger og ordninger, både komplekse og til tekandersom du kan se nedenfor.

I denne video fortæller forfatteren, hvordan man får venner mellem BC-motoren og "Arduinaen".

Og i denne video lærer du om de forskellige måder at forbinde til forskellige regulatorer, og hvordan du selv kan gøre det. Forfatteren demonstrerer dette med et eksempel på en motor fra en HDD og et par kraftige kopier - inrunner og outrunner.

Forresten vedhæfter vi også diagrammet fra videoen til gentagelse:

Hvor der anvendes børsteløse motorer

Anvendelsesområdet for sådanne elektriske motorer er langt forud for tidsplanen. De bruges både til at drive små mekanismer: i cd-drev, dvd-drev, harddiske og i kraftige enheder: et batteri og et elværktøj (med strømforsyning efter ordren 12V), radiostyrede modeller (for eksempel quadcoptere), CNC-maskiner til at drive arbejdslegemet (normalt motorer med en nominel spænding 24V eller 48V).

BDPT'er er meget udbredt i elektriske køretøjer, næsten alle moderne motorhjul på elektriske scootere, cykler, motorcykler og biler er børsteløse motorer. Forresten ligger den nominelle spænding af elektriske motorer til transport i et bredt område, for eksempel opererer et motorhjul til en cykel ofte fra 36V eller fra 48V, med sjældne undtagelser og mere, og i biler, for eksempel på Toyota Prius, omkring 120V, og på Nissan Leaf, når den 400, mens den oplades fra lysnettet 220V (dette er implementeret med en indbygget konverter).

Rent faktisk anvendelsesområde børsteløse elektriske motorer er meget omfattende, fraværet af en manifoldenhed gør det muligt at bruge det på farlige steder, samt på steder med høj luftfugtighed, uden frygt for kortslutninger, gnister eller brand på grund af defekter i børsten node. På grund af deres høje effektivitet og gode vægt og dimensioner har de fundet anvendelse i rumindustrien.

Fordele og ulemper

Børsteløse jævnstrømsmotorer har ligesom andre typer elektriske maskiner visse fordele og ulemper.

Fordele BDPT er som følger:

• På grund af excitation af kraftige permanente magneter (f.eks. neodym) overgår de i drejningsmoment og effekt og har mindre dimensioner end induktionsmotorer. Hvad de fleste elbilsproducenter bruger, fra scootere til biler.
• Ingen funklende børste/opsamlersamling, der kræver regelmæssig vedligeholdelse.
• Ved brug af en controller af høj kvalitet, i modsætning til den samme cd, udsender de ikke interferens til forsyningsnettet, hvilket især vigtigt i radiostyrede enheder og køretøjer med avanceret elektronisk udstyr ombord netværk.
• Effektivitet mere end 80, oftere 90%.
• Høj rotationshastighed, i nogle tilfælde op til 100.000 rpm.

Men der er også en væsentlig ulempe: en børsteløs motor uden en controller er bare et stykke jern med en kobbervikling. Han vil ikke være i stand til at arbejde på nogen måde. Controllere er ikke billige og oftest skal de bestilles fra netbutikker eller fra aliexpress. På grund af dette er det ikke altid muligt at bruge BC-motorer i hjemmelavede modeller og enheder.

Nu ved du, hvad en børsteløs jævnstrømsmotor er, hvordan den fungerer, og hvor den påføres. Vi håber, at vores artikel hjalp dig med at løse alle problemerne!

Relaterede materialer:

• Hvad er rotor og stator
• Sådan samler du den enkleste elmotor derhjemme
• Forskellen mellem jævnstrøm og vekselstrøm

Synes godt om(0)jeg kan ikke lide(0)