Børsteløs DC-motor: driftsprinsipp, enhet, typer

Definisjon

En DC-motor kalles en børsteløs motor, strømmen i viklingene som bytter en spesiell bryterenhet - det kalles "driver" eller "inverter" og disse viklingene er alltid plassert på stator. Bryteren består av 6 transistorer, og de leverer strøm til en eller annen vikling, avhengig av rotorens posisjon.

I den innenlandske litteraturen kalles slike motorer "ventil" (fordi halvlederbrytere kalles "ventiler"), og det er en inndeling av slike elektriske maskiner i to typer i henhold til formen av mot-EMF. I utenlandsk litteratur gjenstår en slik forskjell, en av dem kalles på samme måte som den russiske "BLDC" (børsteløs likestrømsdrift eller motor), som bokstavelig talt høres ut som en "børsteløs DC-motor" i viklingene deres, en trapesformet EMF. Ventilelektriske motorer med sinusformet EMF kalles PMSM (Permanent magnet synchronous machine), som oversettes som "synkron elektrisk motor med permanent magneteksitasjon."

Enhet og Driftsprinsipp

Kollektoren i KDPT fungerer som en node for å bytte strømmen i armaturviklingene. I en børsteløs DC-motor (BDCT) utføres denne rollen ikke av børster med lameller, men av en kommutator med halvlederbrytere - transistorer. Transistorer bytter statorviklingene, og skaper et roterende magnetfelt som samhandler med feltet til rotormagnetene. Og når det går strøm gjennom en leder som er i et magnetfelt, virker den på ampere kraft, på grunn av virkningen av denne kraften, genereres et dreiemoment på akselen til elektriske maskiner. Det er dette som er basert på operasjonsprinsipp hvilken som helst elektrisk motor.

La oss nå finne ut av det hvordan det fungerer børsteløs motor. Det er vanligvis 3 viklinger på BDPT-statoren, analogt med AC-motorer, de kalles ofte trefase. Dette er delvis sant: børsteløse motorer opererer fra en likestrømkilde (ofte fra batterier), men kontrolleren slår på strømmen i viklingene en etter en. Det er imidlertid ikke helt sant å si at det går vekselstrøm gjennom viklingene. Den endelige formen for forsyningsspenningsviklingen er dannet av rektangulære transistorkontrollpulser.

Den trefasede børsteløse motoren kan være tre-leder eller fireleder, hvor den fjerde ledningen er et trykk fra midtpunktet (hvis viklingene er koblet sammen stjernemønster).

Winding eller, snakker med enkle ord, spolene av kobbertråd passer inn i tennene på statorkjernen. Avhengig av utformingen og formålet med stasjonen, kan det være et annet antall tenner på statoren. Det finnes ulike varianter av fordelingen av faseviklingene langs rotortennene, som er illustrert i følgende figur.

Viklingene til hver av tennene innenfor en fase kan kobles i serie eller parallelt, avhengig av den medfølgende designeren av oppgaver for kraften og dreiemomentet til den projiserte stasjonen, og selve faseviklingene er sammenkoblet i henhold til en stjerne eller triangel som asynkron eller synkron trefase AC-motorer.

Rotorposisjonssensorer kan installeres i statoren. Hallsensorer brukes ofte, de gir signal til kontrolleren når de påvirkes av magnetfeltet til rotormagnetene. Dette er nødvendig for at kontrolleren skal "vete" i hvilken posisjon rotoren er og for å levere strøm til de tilsvarende viklingene. Dette er nødvendig for å øke effektiviteten og stabiliteten i arbeidet, og hvis kort, - å presse all mulig kraft ut av motoren. Det er vanligvis 3 sensorer installert. Men tilstedeværelsen av sensorer kompliserer utformingen av en børsteløs elektrisk motor, ekstra ledninger for strøm og datalinjer må kobles til dem.

I BDPT brukes permanente magneter montert på rotoren for eksitasjon, og statoren er en armatur. Husk at i kollektormaskiner er det motsatte (rotoren er en armatur), og for eksitasjon i CD-en brukes både permanente magneter og elektromagneter (viklinger).

Magnetene er installert med vekslende poler, og følgelig bestemmer antallet deres antall polpar. Men dette betyr ikke at så mange magneter, det er like mange par poler. Flere magneter kan danne én pol. Antall poler, som i tilfellet med en asynkronmotor (og andre), avhenger av antall omdreininger per minutt. Det vil si at børsteløse motorer med forskjellig antall polpar vil rotere med forskjellige hastigheter fra samme kontroller med samme innstillinger.

Typer BDPT

La oss nå finne ut av det hva er børsteløse motorer permanente magneter. De er klassifisert etter form av bak-EMF, design, og også av tilstedeværelsen av rotorposisjonssensorer. Så de to viktigste type preget av formen av tilbake-EMF, som induseres i viklingene når rotoren roterer:

• BLDC - trapesformet mot-EMF i dem;
• PMSM - sinusformet tilbake EMF.

Ideelt sett krever de forskjellige strømforsyninger (kontrollere), men i praksis er de utskiftbare. Men hvis du bruker en kontroller med kvadratisk eller trapesformet utgangsspenning med en PMSM-motor, vil du høre karakteristiske lyder som ligner på banking under rotasjon.

Og etter design er børsteløse likestrømsmotorer:

• Med innvendig rotor. Dette er en mer kjent representasjon av en elektrisk motor, når statoren er et hus, og akselen som er plassert i den roterer. De kalles ofte det engelske ordet "Inrunner". Dette alternativet brukes vanligvis for høyhastighets elektriske motorer.
• Med utvendig rotor. Her roterer den ytre delen av motoren med en aksel festet på seg, i engelsktalende kilder kalles det "outrunner". Dette enhetsskjemaet brukes når et høyt dreiemoment er nødvendig.

Velge konstruksjon hvilken som helst hva trengs det til en børsteløs motor i en spesifikk applikasjon.

Moderne industri produserer børsteløse motorer med eller uten rotorposisjonssensorer. Faktum er at det er mange måter å kontrollere BDPT på, for noen av dem er det nødvendig med posisjonssensorer, andre bestemmer posisjonene med EMF i viklinger, de tredje leverer ganske enkelt strøm til de nødvendige fasene, og den elektriske motoren synkroniserer uavhengig med en slik strømforsyning og går inn i arbeidet modus.

Hoved spesifikasjoner børsteløse likestrømsmotorer:

1. Driftsmodus - langsiktig eller kortsiktig.
2. Maksimal driftsspenning.
3. Maksimal driftsstrøm.
4. Maksimal kraft.
5. Maksimale omdreininger indikerer ofte ikke omdreininger, men KV - omdreininger / v, det vil si antall omdreininger per 1 volt påført spenning (ingen belastning på akselen). For å få maksimal hastighet, multipliser dette tallet med maksimal spenning.
6. Motstanden til viklingen (jo mindre den er, jo høyere effektivitet), er vanligvis hundredeler og tusendeler av Ohm.
7. Fasefremføringsvinkelen (timing) er tiden etter hvilken strømmen i viklingen når sitt maksimum, dette skyldes dens induktans og kommutasjonslovene (strømmen i induktansen kan ikke endres øyeblikkelig.

Hvordan koble til en børsteløs motor

Som nevnt ovenfor, er det nødvendig med en spesiell kontroller for å betjene en børsteløs motor. På aliexpress kan du finne begge settene med motoren og kontrolleren, og separat. Kontrolleren kalles også ESC Motor eller Electric Speed ​​​​Controller. De velges i henhold til styrken til strømmen som tilføres lasten.

Vanligvis er det enkelt og til og med forståelig å koble den elektriske motoren til kontrolleren for dumminger. Det viktigste du trenger å vite er at for å endre rotasjonsretningen, må du endre tilkoblingen av to faser, faktisk, akkurat som i trefasede asynkrone eller synkrone elektriske motorer.

Nettverket har også en rekke tekniske løsninger og ordninger, både komplekse og for tekannersom du kan se nedenfor.

I denne videoen forteller forfatteren hvordan man får venner mellom BC-motoren og "Arduinaen".

Og i denne videoen vil du lære om de forskjellige måtene å koble til forskjellige regulatorer på og hvordan du kan gjøre det selv. Forfatteren demonstrerer dette med et eksempel på en motor fra en HDD, og ​​et par kraftige kopier - inrunner og outrunner.

Forresten legger vi også ved diagrammet fra videoen for repetisjon:

Der det brukes børsteløse motorer

Anvendelsesområdet for slike elektriske motorer er langt foran skjema. De brukes både til å drive små mekanismer: i CD-stasjoner, DVD-stasjoner, harddisker og i kraftige enheter: et batteri og et strømverktøy (med strømforsyning etter ordre). 12V), radiostyrte modeller (for eksempel quadcopters), CNC-maskiner for å drive arbeidskroppen (vanligvis motorer med nominell spenning 24V eller 48V).

BDPT-er er mye brukt i elektriske kjøretøy, nesten alle moderne motorhjul på elektriske scootere, sykler, motorsykler og biler er børsteløse motorer. Forresten, den nominelle spenningen til elektriske motorer for transport ligger i et bredt spekter, for eksempel opererer et motorhjul for en sykkel ofte fra 36V eller fra 48V, med sjeldne unntak, og mer, og i biler, for eksempel på Toyota Prius, ca 120V, og på Nissan Leaf, når den 400, mens den lades fra strømnettet 220V (dette er implementert med en innebygd omformer).

Faktisk bruksområde børsteløse elektriske motorer er svært omfattende, fraværet av en manifoldenhet gjør at den kan brukes på farlige steder, så vel som på steder med høy luftfuktighet, uten frykt for kortslutning, gnister eller brann på grunn av defekter i børsten node. På grunn av sin høye effektivitet og gode vekt og dimensjoner har de funnet anvendelse i romindustrien.

Fordeler og ulemper

Børsteløse likestrømsmotorer, som andre typer elektriske maskiner, har visse fordeler og ulemper.

Fordeler BDPT er som følger:

• På grunn av eksitasjon av kraftige permanentmagneter (neodym, for eksempel), overgår de i dreiemoment og kraft og har mindre dimensjoner enn induksjonsmotorer. Det de fleste produsenter av elektriske kjøretøy bruker, fra scootere til biler.
• Ingen glitrende børste/samlermontering som krever regelmessig vedlikehold.
• Når du bruker en kontroller av høy kvalitet, i motsetning til samme CD, gir de ikke forstyrrelser til forsyningsnettverket, som spesielt viktig i radiostyrte enheter og kjøretøy med avansert elektronisk utstyr ombord nettverk.
• Effektivitet mer enn 80, oftere 90%.
• Høy rotasjonshastighet, i noen tilfeller opp til 100 000 rpm.

Men det er også en betydelig ulempe: en børsteløs motor uten kontroller er bare et stykke jern med kobbervikling. Han vil ikke kunne jobbe på noen måte. Kontrollere er ikke billige og som oftest må de bestilles fra nettbutikker eller fra aliexpress. På grunn av dette er det ikke alltid mulig å bruke BC-motorer i hjemmelagde modeller og enheter.

Nå vet du hva en børsteløs DC-motor er, hvordan den fungerer og hvor den brukes. Vi håper artikkelen vår hjalp deg med å løse alle problemene!

Relatert materiale:

• Hva er rotor og stator
• Hvordan sette sammen den enkleste elektriske motoren hjemme
• Forskjellen mellom likestrøm og vekselstrøm

Som(0)jeg liker ikke(0)