Motor DC sem escova: princípio de operação, dispositivo, tipos

Definição

Um motor DC é chamado de motor brushless, a corrente nos enrolamentos do qual comuta uma dispositivo de comutação - é chamado de "driver" ou "inversor" e esses enrolamentos estão sempre localizados estator. A chave é composta por 6 transistores, que fornecem corrente para um ou outro enrolamento, dependendo da posição do rotor.

Na literatura nacional, esses motores são chamados de "válvula" (porque as chaves semicondutoras são chamadas de "válvulas") e há uma divisão dessas máquinas elétricas em dois tipos de acordo com a forma de contra-EMF. Na literatura estrangeira, essa diferença permanece, um deles é chamado de forma semelhante ao russo "BLDC" (unidade de corrente contínua sem escova ou motor), que literalmente soa como um "motor DC sem escova" em seus enrolamentos, um trapézio EMF. Os motores elétricos de válvula com EMF sinusoidal são chamados de PMSM (máquina síncrona de ímã permanente), que se traduz como "motor elétrico síncrono com excitação de ímã permanente".

Dispositivo e princípio de operação

O coletor no KDPT serve como um nó para alternar a corrente nos enrolamentos da armadura. Em um motor DC sem escova (BDCT), esse papel é desempenhado não por escovas com lamelas, mas por um comutador com chaves semicondutoras - transistores. Os transistores trocam os enrolamentos do estator, criando um campo magnético giratório que interage com o campo dos ímãs do rotor. E quando a corrente flui através de um condutor que está em um campo magnético, ela atua sobre força ampere, devido à ação dessa força, um torque é gerado no eixo das máquinas elétricas. Isso é baseado em princípio da Operação qualquer motor elétrico.

Agora vamos descobrir como funciona motor sem escovas. Normalmente existem 3 enrolamentos no estator BDPT, por analogia com os motores CA, eles são frequentemente chamados de trifásicos. Isso é parcialmente verdadeiro: os motores sem escova operam de uma fonte de corrente contínua (geralmente de baterias), mas o controlador liga a corrente nos enrolamentos um por um. No entanto, não é totalmente verdade dizer que a corrente alternada flui através dos enrolamentos. A forma final do enrolamento de tensão de alimentação é formada por pulsos de controle de transistor retangulares.

O motor sem escova trifásico pode ser de três fios ou quatro fios, onde o quarto fio é uma derivação do ponto médio (se os enrolamentos estiverem conectados ao longo padrão de estrela).

Enrolando ou falando em palavras simples, as bobinas de fio de cobre se encaixam nos dentes do núcleo do estator. Dependendo do projeto e da finalidade do inversor, pode haver um número diferente de dentes no estator. Existem diferentes variantes da distribuição dos enrolamentos de fase ao longo dos dentes do rotor, que são ilustradas na figura a seguir.

Os enrolamentos de cada um dos dentes dentro de uma fase podem ser conectados em série ou em paralelo, dependendo do fornecimento o projetista de tarefas para a potência e torque da unidade projetada, e os enrolamentos de fase próprios são interconectados de acordo com uma estrela ou triângulo como assíncrono ou síncrono motores trifásicos AC.

Os sensores de posição do rotor podem ser instalados no estator. Sensores Hall são frequentemente usados, eles dão um sinal ao controlador quando são afetados pelo campo magnético dos ímãs do rotor. Isso é necessário para que o controlador "saiba" em que posição está o rotor e forneça energia aos enrolamentos correspondentes. Isso é necessário para aumentar a eficiência e estabilidade do trabalho, e se brevemente, - espremer toda a potência possível do motor. Normalmente existem 3 sensores instalados. Mas a presença de sensores complica o projeto de um motor elétrico sem escova, fios adicionais para linhas de energia e dados precisam ser conectados a eles.

No BDPT, os ímãs permanentes montados no rotor são usados ​​para excitação e o estator é uma armadura. Lembre-se de que em máquinas coletoras, o oposto é verdadeiro (o rotor é uma armadura), e para excitação no CD, tanto ímãs permanentes quanto eletroímãs (enrolamentos) são usados.

Os ímãs são instalados com pólos alternados e, consequentemente, seu número determina o número de pares de pólos. Mas isso não significa que tantos ímãs, existam tantos pares de pólos. Vários ímãs podem formar um pólo. O número de pólos, como no caso de um motor assíncrono (e outros), depende do número de rotações por minuto. Ou seja, motores sem escovas com um número diferente de pares de pólos irão girar em velocidades diferentes a partir do mesmo controlador nas mesmas configurações.

Tipos de BDPT

Agora vamos descobrir o que são motores sem escova imãs permanentes. Eles são classificados pela forma de back-EMF, design e também pela presença de sensores de posição do rotor. Então, os dois principais modelo caracterizado pela forma de contra-EMF, que é induzida nos enrolamentos quando o rotor gira:

• BLDC - contra-EMF trapezoidal neles;
• PMSM - EMF de volta sinusoidal.

Idealmente, eles requerem diferentes fontes de alimentação (controladores), mas na prática são intercambiáveis. Mas se você usar um controlador com uma tensão de saída quadrada ou trapezoidal com um motor PMSM, ouvirá sons característicos semelhantes a batidas durante a rotação.

E, por design, os motores DC sem escova são:

• Com rotor interno. Esta é uma representação mais familiar de um motor elétrico, quando o estator é uma carcaça e o eixo localizado nela gira. Eles são freqüentemente chamados de palavra inglesa "Inrunner". Esta opção é geralmente usada para motores elétricos de alta velocidade.
• Com rotor externo. Aqui, a parte externa do motor gira com um eixo fixado nele, em fontes de língua inglesa é chamado de "outrunner". Este esquema de dispositivo é usado quando um alto torque é necessário.

Escolher construção qualquer para que é necessário um motor sem escovas em uma aplicação específica.

A indústria moderna produz motores sem escovas com ou sem sensores de posição do rotor. O fato é que existem muitas formas de controlar o BDPT, pois algumas delas são necessários sensores de posição, outras determinam as posições por EMF em enrolamentos, os terceiros simplesmente fornecem energia para as fases necessárias e o motor elétrico se sincroniza de forma independente com tal fonte de alimentação e entra em funcionamento modo.

O principal especificações motores DC sem escova:

1. Modo de operação - longo ou curto prazo.
2. Tensão máxima de operação.
3. Corrente máxima de operação.
4. Força maxima.
5. As revoluções máximas geralmente não indicam revoluções, mas KV - rev / v, ou seja, o número de revoluções por 1 volt de tensão aplicada (sem carga no eixo). Para obter a velocidade máxima, multiplique esse número pela tensão máxima.
6. A resistência do enrolamento (quanto menor for, maior será a eficiência), geralmente é centésimos e milésimos de Ohm.
7. O ângulo de avanço de fase (timing) é o tempo após o qual a corrente no enrolamento atinge seu máximo, isso se deve à sua indutância e às leis da comutação (a corrente na indutância não pode mudar instantaneamente.

Como conectar um motor sem escova

Conforme mencionado acima, um controlador especial é necessário para operar um motor sem escovas. No aliexpress, você pode encontrar os dois conjuntos do motor e do controlador, e separadamente. O controlador também é denominado ESC Motor ou Controlador elétrico de velocidade. Eles são selecionados de acordo com a intensidade da corrente fornecida à carga.

Normalmente, conectar o motor elétrico ao controlador é simples e até mesmo compreensível para Leigos. A principal coisa que você precisa saber é que para mudar o sentido de rotação, você precisa mudar a conexão de quaisquer duas fases, de fato, assim como nos motores elétricos trifásicos assíncronos ou síncronos.

A rede também tem uma série de soluções e esquemas técnicos, tanto complexos quanto para bulesque você pode ver abaixo.

Neste vídeo, o autor conta como fazer amizade entre o motor BC e o "Arduina".

E neste vídeo você aprenderá sobre as diferentes maneiras de se conectar a diferentes reguladores e como você pode fazer isso sozinho. O autor demonstra isso com um exemplo de um motor de um HDD e algumas cópias poderosas - inrunner e outrunner.

A propósito, também anexamos o diagrama do vídeo para repetição:

Onde motores sem escova são usados

O escopo de aplicação de tais motores elétricos está bem antes do previsto. Eles são usados ​​tanto para acionar pequenos mecanismos: em drives de CD, drives de DVD, discos rígidos, quanto em dispositivos poderosos: uma bateria e uma ferramenta elétrica (com fonte de alimentação do pedido 12V), modelos controlados por rádio (por exemplo, quadricópteros), máquinas CNC para acionar o corpo de trabalho (geralmente motores com uma tensão nominal 24V ou 48V).

BDPTs são amplamente utilizados em veículos elétricos, quase todas as rodas motorizadas modernas de scooters elétricas, bicicletas, motocicletas e carros são motores sem escova. A propósito, a tensão nominal de motores elétricos para transporte encontra-se em uma ampla faixa, por exemplo, uma roda de motor para uma bicicleta muitas vezes opera a partir de 36V ou de 48V, com raras exceções, e mais, e em carros, por exemplo, no Toyota Prius, cerca de 120V, e no Nissan Leaf, chega a 400, enquanto é carregado da rede elétrica 220V (isso é implementado com um conversor embutido).

Na realidade area de aplicação motores elétricos sem escovas são muito extensos, a ausência de uma unidade múltipla permite que sejam usados ​​em locais perigosos, bem como em locais com alta umidade, sem medo de curto-circuitos, faíscas ou incêndio devido a defeitos na escova nó. Devido à sua alta eficiência e bom peso e dimensões, eles encontraram aplicação na indústria espacial.

Vantagens e desvantagens

Motores DC sem escova, como outros tipos de máquinas elétricas, têm certos vantagens e desvantagens.

Vantagens o BDPT são os seguintes:

• Devido à excitação por poderosos ímãs permanentes (neodímio, por exemplo), eles superam em torque e potência e têm dimensões menores que os motores de indução. O que a maioria dos fabricantes de veículos elétricos usa, de scooters a carros.
• Nenhum conjunto de escova / coletor brilhante que requer manutenção regular.
• Ao usar um controlador de alta qualidade, ao contrário do mesmo CD, eles não interferem na rede de alimentação, que especialmente importante em dispositivos controlados por rádio e veículos com equipamentos eletrônicos avançados a bordo redes.
• Eficiência superior a 80, mais frequentemente 90%.
• Alta velocidade de rotação, em alguns casos até 100.000 rpm.

Mas também há uma desvantagem significativa: um motor sem escovas sem controlador é apenas um pedaço de ferro com um enrolamento de cobre. Ele não será capaz de trabalhar de forma alguma. Os controladores não são baratos e, na maioria das vezes, precisam ser encomendados em lojas online ou no aliexpress. Por isso, nem sempre é possível usar motores BC em modelos e dispositivos caseiros.

Agora você sabe o que é um motor DC sem escova, como funciona e onde é aplicado. Esperamos que nosso artigo o tenha ajudado a resolver todos os problemas!

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