Moteur à courant continu sans balais: principe de fonctionnement, appareil, types

Définition

Un moteur à courant continu est appelé moteur sans balai, dont le courant dans les enroulements commute un appareil de commutation - il est appelé "driver" ou "onduleur" et ces enroulements sont toujours situés sur stator. L'interrupteur se compose de 6 transistors, et ils fournissent du courant à l'un ou l'autre enroulement, en fonction de la position du rotor.

Dans la littérature nationale, de tels moteurs sont appelés "valve" (parce que les commutateurs à semi-conducteurs sont appelés "valves"), et il existe une division de ces machines électriques en deux types selon la forme de contre-EMF. Dans la littérature étrangère, une telle différence persiste, l'un d'eux est appelé de la même manière que le "BLDC" russe (entraînement à courant continu sans balais ou moteur), qui sonne littéralement comme un "moteur à courant continu sans balais" dans leurs enroulements, un trapézoïdal CEM. Les moteurs électriques de vannes à CEM sinusoïdale sont appelés PMSM (Machine synchrone à aimant permanent), ce qui se traduit par "moteur électrique synchrone à excitation à aimant permanent".

Appareil et principe de fonctionnement

Le collecteur du KDPT sert de nœud pour la commutation du courant dans les enroulements d'induit. Dans un moteur à courant continu sans balais (BDCT), ce rôle n'est pas joué par des balais à lamelles, mais par un interrupteur, c'est un interrupteur à semi-conducteur - transistors. Les transistors commutent les enroulements du stator, créant un champ magnétique tournant qui interagit avec le champ des aimants du rotor. Et lorsque le courant traverse un conducteur qui est dans un champ magnétique, il agit sur force ampère, du fait de l'action de cette force, un couple est généré sur l'arbre des machines électriques. C'est ce qui est basé sur principe d'opération n'importe quel moteur électrique.

Maintenant découvrons Comment ça fonctionne moteur sans balais. Il y a généralement 3 enroulements sur le stator BDPT, par analogie avec les moteurs à courant alternatif, ils sont souvent appelés triphasés. C'est en partie vrai: les moteurs sans balais fonctionnent à partir d'une source de courant continu (souvent à partir de batteries), mais le contrôleur active le courant dans les enroulements un par un. Cependant, il n'est pas tout à fait vrai de dire qu'un courant alternatif circule dans les enroulements. La forme finale de l'enroulement de tension d'alimentation est formée par des impulsions de commande de transistor rectangulaire.

Le moteur brushless triphasé peut être à trois fils ou quatre fils, où le quatrième fil est une prise à partir du milieu (si les enroulements sont connectés le long motif étoile).

Enrouler ou, parler en mots simples, les bobines de fil de cuivre s'insèrent dans les dents du noyau du stator. Selon la conception et le but de l'entraînement, il peut y avoir un nombre différent de dents sur le stator. Il existe différentes variantes de la répartition des enroulements de phase le long des dents du rotor, ce qui est illustré sur la figure suivante.

Les enroulements de chacune des dents d'une même phase peuvent être connectés en série ou en parallèle, en fonction de la puissance fournie le concepteur des tâches pour la puissance et le couple de l'entraînement projeté, et les enroulements de phase eux-mêmes sont interconnectés selon une étoile ou triangle comme asynchrone ou synchrone moteurs à courant alternatif triphasés.

Des capteurs de position du rotor peuvent être installés dans le stator. Des capteurs à effet Hall sont souvent utilisés, ils envoient un signal au contrôleur lorsqu'ils sont affectés par le champ magnétique des aimants du rotor. Cela est nécessaire pour que le contrôleur "sache" dans quelle position se trouve le rotor et alimente les enroulements correspondants. Cela est nécessaire pour augmenter l'efficacité et la stabilité du travail, et si brièvement, - pour extraire toute la puissance possible du moteur. Il y a généralement 3 capteurs installés. Mais la présence de capteurs complique la conception d'un moteur électrique sans balais, des fils supplémentaires pour les lignes d'alimentation et de données doivent y être connectés.

Dans le BDPT, des aimants permanents montés sur le rotor sont utilisés pour l'excitation et le stator est un induit. Rappelons que dans les machines à collecteur, l'inverse est vrai (le rotor est une armature), et pour l'excitation dans le CD, des aimants permanents et des électro-aimants (enroulements) sont utilisés.

Les aimants sont installés avec des pôles alternés, et en conséquence leur nombre détermine le nombre de paires de pôles. Mais cela ne veut pas dire qu'autant d'aimants, il y a autant de paires de pôles. Plusieurs aimants peuvent former un pôle. Le nombre de pôles, comme dans le cas d'un moteur asynchrone (et autres), dépend du nombre de tours par minute. C'est-à-dire que les moteurs sans balais avec un nombre différent de paires de pôles tourneront à des vitesses différentes à partir du même contrôleur avec les mêmes paramètres.

Types de BDPT

Maintenant découvrons quels sont moteurs sans balais aimants permanents. Ils sont classés par la forme de back-EMF, la conception, et aussi par la présence de capteurs de position du rotor. Ainsi, les deux principaux taper caractérisé par la forme de contre-FEM, qui est induite dans les enroulements lorsque le rotor tourne :

• BLDC - contre-CEM trapézoïdale en eux;
• PMSM - CEM arrière sinusoïdale.

Idéalement, ils nécessitent des alimentations différentes (contrôleurs), mais en pratique ils sont interchangeables. Mais si vous utilisez un contrôleur avec une tension de sortie carrée ou trapézoïdale avec un moteur PMSM, vous entendrez des sons caractéristiques similaires au cognement pendant la rotation.

Et par conception, les moteurs à courant continu sans balais sont :

• Avec rotor interne. Il s'agit d'une représentation plus familière d'un moteur électrique, lorsque le stator est un boîtier et que l'arbre qui s'y trouve tourne. Ils sont souvent appelés le mot anglais "Inrunner". Cette option est généralement utilisée pour les moteurs électriques à grande vitesse.
• Avec rotor externe. Ici, la partie extérieure du moteur tourne avec un arbre fixé dessus, dans les sources anglophones, on l'appelle "outrunner". Ce schéma de dispositif est utilisé lorsqu'un couple élevé est nécessaire.

Choisir construction quel que soit qu'est-ce qu'il faut pour un moteur sans balais dans une application spécifique.

L'industrie moderne produit des moteurs sans balais avec ou sans capteurs de position du rotor. Le fait est qu'il existe de nombreuses façons de contrôler le BDPT, pour certains d'entre eux des capteurs de position sont nécessaires, d'autres déterminent les positions par EMF dans enroulements, les troisièmes alimentent simplement les phases requises et le moteur électrique se synchronise indépendamment avec une telle alimentation et entre dans le fonctionnement mode.

Le principal Caractéristiques moteurs à courant continu sans balais :

1. Mode de fonctionnement - à long terme ou à court terme.
2. Tension de fonctionnement maximale.
3. Courant de fonctionnement maximal.
4. Puissance maximum.
5. Les révolutions maximales n'indiquent souvent pas des révolutions, mais KV - rev / v, c'est-à-dire le nombre de révolutions pour 1 volt de tension appliquée (pas de charge sur l'arbre). Pour obtenir la vitesse maximale, multipliez ce nombre par la tension maximale.
6. La résistance de l'enroulement (moins elle est, plus le rendement est élevé) est généralement des centièmes et des millièmes d'Ohm.
7. L'angle d'avance de phase (timing) est le temps après lequel le courant dans l'enroulement atteint son maximum, cela est dû à son inductance et aux lois de commutation (le courant dans l'inductance ne peut pas changer instantanément.

Comment connecter un moteur brushless

Comme mentionné ci-dessus, un contrôleur spécial est nécessaire pour faire fonctionner un moteur sans balai. Sur aliexpress, vous pouvez trouver les deux ensembles du moteur et du contrôleur, et séparément. Le contrôleur est également appelé ESC Motor ou Electric Speed ​​​​Controller. Ils sont choisis en fonction de l'intensité du courant fourni à la charge.

Habituellement, la connexion du moteur électrique au contrôleur est simple et même compréhensible pour les nuls. La principale chose que vous devez savoir est que pour changer le sens de rotation, vous devez changer la connexion de deux phases, en fait, tout comme dans les moteurs asynchrones ou synchrones triphasés.

Le réseau dispose également d'un certain nombre de solutions et de schémas techniques, à la fois complexes et théièresque vous pouvez voir ci-dessous.

Dans cette vidéo, l'auteur raconte comment se lier d'amitié entre le moteur BC et l'"Arduina".

Et dans cette vidéo, vous découvrirez les différentes manières de vous connecter à différents régulateurs et comment vous pouvez le faire vous-même. L'auteur le démontre avec un exemple de moteur à partir d'un disque dur et quelques copies puissantes - inrunner et outrunner.

À propos, nous joignons également le schéma de la vidéo pour la répétition:

Où les moteurs sans balais sont utilisés

Le champ d'application de ces moteurs électriques est largement en avance sur le calendrier. Ils sont utilisés à la fois pour piloter de petits mécanismes: dans des lecteurs CD, DVD, disques durs, et dans des appareils puissants: une batterie et un outil secteur (avec alimentation de la commande 12V), modèles radiocommandés (par exemple, quadricoptères), machines CNC pour entraîner le corps de travail (généralement des moteurs avec une tension nominale 24V ou 48V).

Les BDPT sont largement utilisés dans les véhicules électriques, presque toutes les roues motrices modernes des scooters électriques, vélos, motos et voitures sont des moteurs sans balais. Soit dit en passant, la tension nominale des moteurs électriques pour le transport se situe dans une large plage, par exemple, une roue de moteur pour une bicyclette fonctionne souvent à partir de 36V ou de 48V, à de rares exceptions près, et plus encore, et dans les voitures, par exemple, sur la Toyota Prius, environ 120 V, et sur la Nissan Leaf - il atteint 400, alors qu'il est chargé sur le secteur 220V (ceci est implémenté avec un convertisseur intégré).

Réellement champ d'application les moteurs électriques brushless sont très étendus, l'absence d'ensemble collecteur lui permet d'être utilisé dans des endroits dangereux, ainsi que dans des endroits très humides, sans crainte de courts-circuits, d'étincelles ou d'incendie dus à des défauts de la brosse nœud. En raison de leur efficacité élevée, de leur poids et de leurs dimensions élevés, ils ont trouvé une application dans l'industrie spatiale.

Avantages et inconvénients

Les moteurs à courant continu sans balais, comme d'autres types de machines électriques, ont certains avantages et inconvénients.

Avantages le BDPT sont les suivants :

• En raison de l'excitation par de puissants aimants permanents (néodyme, par exemple), ils surpassent en couple et en puissance et ont des dimensions plus petites que les moteurs à induction. Ce que la plupart des constructeurs de véhicules électriques utilisent, des scooters aux voitures.
• Pas d'ensemble pinceau-collecteur étincelant qui nécessite un entretien régulier.
• Lors de l'utilisation d'un contrôleur de haute qualité, contrairement au même CD, ils n'interfèrent pas avec le réseau d'alimentation, ce qui particulièrement important dans les appareils radiocommandés et les véhicules dotés d'équipements électroniques de pointe à bord réseaux.
• Efficacité supérieure à 80, plus souvent 90 %.
• Vitesse de rotation élevée, dans certains cas jusqu'à 100 000 tr/min.

Mais il y a aussi un inconvénient important: un moteur sans balais sans contrôleur n'est qu'un morceau de fer avec un enroulement en cuivre. Il ne pourra en aucun cas travailler. Les manettes ne sont pas bon marché et le plus souvent vous devez les commander dans des magasins en ligne ou sur aliexpress. Pour cette raison, il n'est pas toujours possible d'utiliser des moteurs BC dans des modèles et des appareils faits maison.

Vous savez maintenant ce qu'est un moteur à courant continu sans balais, comment il fonctionne et où il est appliqué. Nous espérons que notre article vous a aidé à résoudre tous les problèmes !

Matériaux associés :

• Qu'est-ce que le rotor et le stator
• Comment assembler le moteur électrique le plus simple à la maison
• La différence entre le courant continu et le courant alternatif

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