Motor DC fără perii: principiu de funcționare, dispozitiv, tipuri

Definiție

Un motor de curent continuu se numește motor fără perii, curentul în înfășurările căruia comută un special dispozitiv de comutare - se numește „șofer” sau „invertor” și aceste înfășurări sunt întotdeauna amplasate stator. Comutatorul este format din 6 tranzistoare, care furnizează curent uneia sau alteia înfășurări, în funcție de poziția rotorului.

În literatura internă, astfel de motoare sunt numite „supapă” (deoarece comutatoarele semiconductoare sunt numite „supape”) și există o împărțire a unor astfel de mașini electrice în două tipuri în funcție de forma contra-EMF. În literatura străină, o astfel de diferență rămâne, unul dintre ele este numit în mod similar cu „BLDC” rusesc (unitatea de curent continuu fără perii sau motor), care sună literalmente ca un „motor DC fără perii” în înfășurările lor, un trapezoidal EMF. Motoarele electrice cu supapă cu EMF sinusoidal se numesc PMSM (Mașină sincronă cu magnet permanent), care se traduce prin „motor electric sincron cu excitație cu magnet permanent”.

Dispozitiv și principiul de funcționare

Colectorul din KDPT servește ca nod pentru comutarea curentului în înfășurările armăturii. Într-un motor de curent continuu fără perii (BDCT), acest rol este jucat nu de perii cu lamele, ci de un comutator, este un comutator semiconductor - tranzistori. Tranzistoarele comută înfășurările statorului, creând un câmp magnetic rotativ care interacționează cu câmpul magneților rotorului. Și când curentul trece printr-un conductor care se află într-un câmp magnetic, acesta acționează asupra forță amperului, datorită acțiunii acestei forțe, se generează un cuplu pe arborele mașinilor electrice. Pe asta se bazează Principiul de funcționare orice motor electric.

Acum hai să ne dăm seama cum functioneaza motor fara perii. Există de obicei 3 înfășurări pe statorul BDPT, prin analogie cu motoarele de curent alternativ, acestea sunt adesea numite trifazate. Acest lucru este parțial adevărat: motoarele fără perii funcționează dintr-o sursă de curent continuu (adesea de la baterii), dar controlerul pornește curentul în înfășurări unul câte unul. Cu toate acestea, nu este în întregime adevărat să spunem că curentul alternativ curge prin înfășurări. Forma finală a înfășurării tensiunii de alimentare este formată din impulsuri dreptunghiulare de comandă a tranzistorului.

Motorul trifazat fără perii poate fi cu trei fire sau cu patru fire, unde al patrulea fir este un robinet din punctul de mijloc (dacă înfășurările sunt conectate de-a lungul model de stea).

Înfășurare sau, vorbind în cuvinte simple, bobinele de sârmă de cupru se potrivesc în dinții miezului statorului. În funcție de designul și scopul unității, poate exista un număr diferit de dinți pe stator. Există diferite variante de distribuție a înfășurărilor de fază de-a lungul dinților rotorului, care este ilustrată în figura următoare.

Înfășurările fiecărui dinți dintr-o fază pot fi conectate în serie sau în paralel, în funcție de furnizarea. proiectantul sarcinilor pentru puterea și cuplul unității proiectate, iar înfășurările de fază în sine sunt interconectate în funcție de o stea sau triunghi ca asincron sau sincron motoare trifazate de curent alternativ.

Senzorii de poziție a rotorului pot fi instalați în stator. Senzorii Hall sunt adesea folosiți, ei dau un semnal controlerului atunci când sunt afectați de câmpul magnetic al magneților rotorului. Acest lucru este necesar pentru ca controlerul să „știe” în ce poziție se află rotorul și să furnizeze energie înfășurărilor corespunzătoare. Acest lucru este necesar pentru a crește eficiența și stabilitatea muncii și dacă scurt, - pentru a stoarce toată puterea posibilă din motor. De obicei sunt instalați 3 senzori. Dar prezența senzorilor complică proiectarea unui motor electric fără perii, fire suplimentare pentru liniile de alimentare și de date trebuie conectate la ei.

Într-un BDPT, magneții permanenți montați pe rotor sunt utilizați pentru excitare, iar statorul este o armătură. Amintiți-vă că la mașinile colectoare, opusul este adevărat (rotorul este o armătură), iar pentru excitația în CD se folosesc atât magneți permanenți, cât și electromagneți (înfășurări).

Magneții sunt instalați cu poli alternanți și, în consecință, numărul lor determină numărul de perechi de poli. Dar asta nu înseamnă că la fel de mulți magneți, există tot atâtea perechi de poli. Mai mulți magneți pot forma un pol. Numărul de poli, ca și în cazul unui motor asincron (și altele), depinde de numărul de rotații pe minut. Adică, motoarele fără perii cu un număr diferit de perechi de poli se vor roti la viteze diferite de la același controler la aceleași setări.

Tipuri de BDPT

Acum să ne dăm seama ce sunt motoare fără perii magneți permanenți. Ele sunt clasificate în funcție de forma EMF din spate, de design, precum și de prezența senzorilor de poziție a rotorului. Deci, cele două principale tip caracterizată prin forma de back-EMF, care este indusă în înfășurări atunci când rotorul se rotește:

• BLDC - contra-EMF trapezoidal în ele;
• PMSM - EMF spate sinusoidal.

În mod ideal, acestea necesită diferite surse de alimentare (controlere), dar în practică sunt interschimbabile. Dar dacă utilizați un controler cu tensiune de ieșire dreptunghiulară sau trapezoidală cu un motor PMSM, veți auzi sunete caracteristice asemănătoare băturilor în timpul rotației.

Și prin design, motoarele de curent continuu fără perii sunt:

• Cu rotor intern. Aceasta este o reprezentare mai familiară a unui motor electric, când statorul este o carcasă, iar arborele situat în acesta se rotește. Ele sunt adesea numite cuvântul englez „Inrunner”. Această opțiune este de obicei folosită pentru motoarele electrice de mare viteză.
• Cu rotor exterior. Aici partea exterioară a motorului se rotește cu un arbore fixat pe ea, în sursele vorbitoare de limbă engleză se numește „outrunner”. Această schemă de dispozitiv este utilizată atunci când este necesar un cuplu mare.

Alege constructie oricare pentru ce este nevoie un motor fără perii într-o anumită aplicație.

Industria modernă produce motoare fără perii cu sau fără senzori de poziție a rotorului. Faptul este că există multe modalități de a controla BDPT, pentru unele dintre ele sunt necesari senzori de poziție, altele determină pozițiile prin EMF în înfășurările, cele trei pur și simplu furnizează energie fazelor necesare, iar motorul electric se sincronizează independent cu o astfel de sursă de alimentare și intră în funcțiune. modul.

Principalul specificații motoare DC fără perii:

1. Mod de funcționare - pe termen lung sau scurt.
2. Tensiune maximă de funcționare.
3. Curentul maxim de funcționare.
4. Putere maxima.
5. Rotațiile maxime, adesea indică nu rotații, ci KV - rev / v, adică numărul de rotații pe 1 volt de tensiune aplicată (fără sarcină pe arbore). Pentru a obține viteza maximă, înmulțiți acest număr cu tensiunea maximă.
6. Rezistența înfășurării (cu cât este mai mică, cu atât eficiența este mai mare) este de obicei sutimi și miimi de Ohm.
7. Unghiul de avans de fază (timing) este timpul după care curentul din înfășurare atinge maximul, acest lucru se datorează inductanței sale și legilor comutației (curentul din inductanță nu se poate schimba instantaneu.

Cum se conectează un motor fără perii

După cum sa menționat mai sus, este nevoie de un controler special pentru a opera un motor fără perii. Pe aliexpress, puteți găsi atât seturi de motor și controler, cât și separat. Controlerul se mai numește și ESC Motor sau Electric Speed ​​Controller. Ele sunt selectate în funcție de puterea curentului furnizat sarcinii.

De obicei, conectarea motorului electric la controler este simplă și chiar de înțeles pentru Dummies. Principalul lucru pe care trebuie să-l știți este că pentru a schimba direcția de rotație, trebuie să schimbați conexiunea oricăror două faze, de fapt, la fel ca în motoarele electrice trifazate asincrone sau sincrone.

Rețeaua are, de asemenea, o serie de soluții și scheme tehnice, atât complexe, cât și pentru ceainicepe care o puteți vedea mai jos.

În acest videoclip, autorul spune cum să ne împrietenești între motorul BC și „Arduina”.

Și în acest videoclip veți afla despre diferitele moduri de conectare la diferite autorități de reglementare și despre cum puteți face acest lucru singur. Autorul demonstrează acest lucru cu un exemplu de motor de pe un HDD și câteva copii puternice - inrunner și outrunner.

Apropo, atașăm și diagrama din videoclip pentru repetare:

Acolo unde se folosesc motoare fără perii

Domeniul de aplicare al acestor motoare electrice este larg înainte de termen. Ele sunt utilizate atât pentru a conduce mecanisme mici: în unități CD, unități DVD, hard disk-uri, cât și în dispozitive puternice: o baterie și o unealtă de alimentare de la rețea (cu sursa de alimentare a comenzii 12V), modele radiocontrolate (de exemplu, quadcoptere), mașini CNC pentru conducerea corpului de lucru (de obicei motoare cu o tensiune nominală 24V sau 48V).

BDPT-urile sunt utilizate pe scară largă în vehiculele electrice, aproape toate roțile moderne ale scuterelor electrice, bicicletelor, motocicletelor și mașinilor sunt motoare fără perii. Apropo, tensiunea nominală a motoarelor electrice pentru transport se află într-o gamă largă, de exemplu, o roată cu motor pentru o bicicletă funcționează adesea de la 36V sau din 48V, cu rare excepții, și nu numai, iar la mașini, de exemplu, la Toyota Prius, aproximativ 120V, și la Nissan Leaf, ajunge la 400, în timp ce se încarcă de la rețea. 220V (acest lucru este implementat cu un convertor încorporat).

De fapt zona de aplicare motoarele electrice fără perii sunt foarte extinse, absența unei unități colectoare îi permite să fie utilizat în locuri periculoase, precum și în locuri cu umiditate ridicată, fără teama de scurtcircuite, scântei sau incendii din cauza defectelor periei nodul. Datorită eficienței lor ridicate și greutății și dimensiunilor bune, au găsit aplicație în industria spațială.

Avantaje și dezavantaje

Motoarele de curent continuu fără perii, ca și alte tipuri de mașini electrice, au anumite avantaje și dezavantaje.

Avantaje BDPT sunt după cum urmează:

• Datorită excitației de către magneți permanenți puternici (neodim, de exemplu), aceștia depășesc ca cuplu și putere și au dimensiuni mai mici decât motoarele cu inducție. Ce folosesc majoritatea producătorilor de vehicule electrice, de la scutere la mașini.
• Nici un ansamblu strălucitor de perii-colector care necesită întreținere regulată.
• Când se utilizează un controler de înaltă calitate, spre deosebire de același CD, acestea nu interferează rețelei de alimentare, care deosebit de important în dispozitivele radiocontrolate și vehiculele cu echipamente electronice avansate la bord retelelor.
• Eficiență peste 80, cel mai adesea 90%.
• Viteză mare de rotație, în unele cazuri până la 100.000 rpm.

Dar există și un dezavantaj semnificativ: un motor fără perii fără controler este doar o bucată de fier cu o înfășurare de cupru. Nu va putea lucra în niciun fel. Controlerele nu sunt ieftine și cel mai adesea trebuie comandate din magazinele online sau de pe aliexpress. Din această cauză, nu este întotdeauna posibilă utilizarea motoarelor BC în modele și dispozitive de casă.

Acum știi ce este un motor de curent continuu fără perii, cum funcționează și unde este aplicat. Sperăm că articolul nostru te-a ajutat să rezolvi toate problemele!

Materiale conexe:

• Ce este rotorul și statorul
• Cum să asamblați cel mai simplu motor electric acasă
• Diferența dintre curentul continuu și curentul alternativ

Ca(0)Nu-mi place(0)