Borstlös DC-motor: funktionsprincip, enhet, typer

Definition

En DC-motor kallas en borstlös motor, strömmen i vars lindningar växlar en speciell omkopplingsenhet - det kallas "drivrutin" eller "växelriktare" och dessa lindningar är alltid placerade på stator. Switchen består av 6 transistorer, och de levererar ström till en eller annan lindning, beroende på rotorns position.

I den inhemska litteraturen kallas sådana motorer "ventil" (eftersom halvledaromkopplare kallas "ventiler"), och det finns en uppdelning av sådana elektriska maskiner i två typer enligt formen av mot-EMF. I utländsk litteratur kvarstår en sådan skillnad, en av dem kallas på samma sätt som den ryska "BLDC" (borstlös likströmsdrift eller motor), som bokstavligen låter som en "borstlös DC-motor" i deras lindningar, en trapetsformad EMF. Ventilelektriska motorer med sinusformad EMF kallas PMSM (Permanent magnet synchronous machine), vilket översätts som "synkron elektrisk motor med permanent magnet excitation."

Enhet och funktionsprincip

Kollektorn i KDPT fungerar som en nod för omkoppling av strömmen i ankarlindningarna. I en borstlös DC-motor (BDCT) spelas denna roll inte av borstar med lameller, utan av en omkopplare, det är en halvledaromkopplare - transistorer. Transistorer växlar statorlindningarna och skapar ett roterande magnetfält som interagerar med rotormagneternas fält. Och när ström flyter genom en ledare som befinner sig i ett magnetfält, verkar den på ampere kraft, på grund av verkan av denna kraft genereras ett vridmoment på axeln av elektriska maskiner. Det är detta som bygger på funktionsprincip någon elmotor.

Nu ska vi ta reda på det hur det fungerar borstlös motor. Det finns vanligtvis 3 lindningar på BDPT-statorn, analogt med AC-motorer kallas de ofta trefas. Detta är delvis sant: borstlösa motorer arbetar från en likströmskälla (ofta från batterier), men styrenheten slår på strömmen i lindningarna en efter en. Det är dock inte helt sant att säga att växelström flyter genom lindningarna. Den slutliga formen av matningsspänningslindningen bildas av rektangulära transistorstyrpulser.

Den trefas borstlösa motorn kan vara tretrådig eller fyrtråd, där den fjärde tråden är en kran från mittpunkten (om lindningarna är anslutna längs stjärnmönster).

Slingrande eller, på tal med enkla ord, spolarna av koppartråd passar in i tänderna på statorkärnan. Beroende på frekvensomriktarens design och syfte kan det finnas olika antal tänder på statorn. Det finns olika varianter av fördelningen av faslindningarna längs rotortänderna, vilket illustreras i följande figur.

Lindningarna på var och en av tänderna inom en fas kan kopplas i serie eller parallellt, beroende på den medföljande konstruktören av uppgifter för kraften och vridmomentet för den projicerade drivningen, och själva faslindningarna är sammankopplade enligt en stjärna eller triangel som asynkron eller synkron trefas AC-motorer.

Rotorpositionsgivare kan installeras i statorn. Hallsensorer används ofta, de ger en signal till regulatorn när de påverkas av rotormagneternas magnetfält. Detta är nödvändigt för att regulatorn ska "veta" i vilket läge rotorn befinner sig och för att ge ström till motsvarande lindningar. Detta är nödvändigt för att öka effektiviteten och stabiliteten i arbetet, och om i korthet, - att pressa ut all möjlig kraft ur motorn. Det är vanligtvis 3 sensorer installerade. Men närvaron av sensorer komplicerar designen av en borstlös elmotor, ytterligare ledningar för kraft- och dataledningar måste anslutas till dem.

I BDPT används permanentmagneter monterade på rotorn för excitation, och statorn är en armatur. Kom ihåg att i kollektormaskiner är det motsatta (rotorn är en armatur), och för excitation i CD: n används både permanentmagneter och elektromagneter (lindningar).

Magneterna är installerade med alternerande poler, och följaktligen bestämmer deras antal antalet polpar. Men det betyder inte att lika många magneter, det finns lika många par poler. Flera magneter kan bilda en pol. Antalet poler, som i fallet med en asynkronmotor (och andra), beror på antalet varv per minut. Det vill säga, borstlösa motorer med olika antal polpar kommer att rotera med olika hastigheter från samma styrenhet med samma inställningar.

Typer av BDPT

Nu ska vi ta reda på det vad är borstlösa motorer permanentmagneter. De klassificeras i form av back-EMF, design, såväl som av närvaron av rotorpositionssensorer. Så, de två huvudsakliga typ kännetecknas av formen av back-EMF, som induceras i lindningarna när rotorn roterar:

• BLDC - trapetsformad mot-EMF i dem;
• PMSM - sinusformad bakre EMF.

Helst kräver de olika strömförsörjning (kontroller), men i praktiken är de utbytbara. Men om du använder en rektangulär eller trapetsformad utspänningsregulator med en PMSM-motor kommer du att höra karaktäristiska ljud som liknar knackning under rotation.

Och genom design är borstlösa DC-motorer:

• Med intern rotor. Detta är en mer bekant representation av en elektrisk motor, när statorn är ett hus och axeln som finns i den roterar. De kallas ofta för det engelska ordet "Inrunner". Detta alternativ används vanligtvis för höghastighetselektriska motorer.
• Med ytterrotor. Här roterar den yttre delen av motorn med en axel fixerad på sig, i engelsktalande källor kallas det "outrunner". Detta enhetsschema används när ett högt vridmoment behövs.

Välja konstruktion vilket som helst vad behövs det till en borstlös motor i en specifik applikation.

Modern industri tillverkar borstlösa motorer med eller utan rotorlägessensorer. Faktum är att det finns många sätt att styra BDPT, för vissa av dem behövs positionssensorer, andra bestämmer positionerna med EMF i lindningar, de tredje levererar helt enkelt ström till de erforderliga faserna och elmotorn synkroniserar oberoende med en sådan strömförsörjning och går in i arbetet läge.

Den huvudsakliga specifikationer borstlösa DC-motorer:

1. Driftläge - långsiktigt eller kortsiktigt.
2. Maximal driftspänning.
3. Maximal driftström.
4. Maximal kraft.
5. Maximala varv, anger ofta inte varv, utan KV - varv / v, det vill säga antalet varv per 1 volt pålagd spänning (ingen belastning på axeln). För att få den maximala hastigheten, multiplicera detta tal med den maximala spänningen.
6. Lindningens resistans (ju mindre den är, desto högre effektivitet) är vanligtvis hundradelar och tusendelar av Ohm.
7. Fasförflyttningsvinkeln (timing) är tiden efter vilken strömmen i lindningen når sitt maximum, detta beror på dess induktans och kommuteringslagarna (strömmen i induktansen kan inte ändras omedelbart.

Hur man ansluter en borstlös motor

Som nämnts ovan behövs en speciell styrenhet för att driva en borstlös motor. På aliexpress kan du hitta båda uppsättningarna av motorn och styrenheten, och separat. Regulatorn kallas även ESC Motor eller Electric Speed ​​​​Controller. De väljs efter styrkan på strömmen som tillförs lasten.

Vanligtvis är det enkelt och till och med förståeligt att ansluta elmotorn till styrenheten för dumma. Det viktigaste du behöver veta är att för att ändra rotationsriktningen måste du ändra anslutningen av två faser, faktiskt, precis som i trefasiga asynkrona eller synkrona motorer.

Nätverket har också ett antal tekniska lösningar och system, både komplexa och för tekannorsom du kan se nedan.

I den här videon berättar författaren hur man får vänner mellan BC-motorn och "Arduina".

Och i den här videon får du lära dig om de olika sätten att ansluta till olika regulatorer och hur du kan göra det själv. Författaren demonstrerar detta med ett exempel på en motor från en hårddisk, och ett par kraftfulla kopior - inrunner och outrunner.

Förresten, vi bifogar också diagrammet från videon för upprepning:

Där borstlösa motorer används

Tillämpningsområdet för sådana elmotorer ligger långt före schemat. De används både för att driva små mekanismer: i CD-enheter, DVD-enheter, hårddiskar och i kraftfulla enheter: ett batteri och ett elverktyg (med strömförsörjning enligt beställningen) 12V), radiostyrda modeller (till exempel quadcopters), CNC-maskiner för att driva arbetskroppen (vanligtvis motorer med märkspänning 24V eller 48V).

BDPT används i stor utsträckning i elfordon, nästan alla moderna motorhjul på elektriska skotrar, cyklar, motorcyklar och bilar är borstlösa motorer. Förresten, den nominella spänningen för elmotorer för transport ligger inom ett brett spektrum, till exempel fungerar ett motorhjul för en cykel ofta från 36V eller från 48V, med sällsynta undantag och mer, och i bilar, till exempel på Toyota Prius, cirka 120V, och på Nissan Leaf - når den 400, medan den laddas från elnätet 220V (detta implementeras med en inbyggd omvandlare).

Faktiskt Applikationsområde borstlösa elmotorer är mycket omfattande, frånvaron av en grenrörsenhet gör att den kan användas på farliga platser, såväl som på platser med hög luftfuktighet, utan rädsla för kortslutning, gnistor eller brand på grund av defekter i borsten nod. På grund av sin höga effektivitet och goda vikt och dimensioner har de funnit tillämpning inom rymdindustrin.

Fördelar och nackdelar

Borstlösa DC-motorer, liksom andra typer av elektriska maskiner, har vissa fördelar och nackdelar.

Fördelar BDPT är följande:

• På grund av excitation av kraftfulla permanentmagneter (neodym, till exempel), överträffar de i vridmoment och effekt och har mindre dimensioner än induktionsmotorer. Vad de flesta elbilstillverkare använder, från skotrar till bilar.
• Ingen gnistrande borstsamlare som kräver regelbundet underhåll.
• När du använder en högkvalitativ styrenhet, i motsats till samma CD, ger de inte störningar på försörjningsnätverket, vilket särskilt viktigt i radiostyrda enheter och fordon med avancerad elektronisk utrustning ombord nätverk.
• Verkningsgrad mer än 80, oftare 90%.
• Hög rotationshastighet, i vissa fall upp till 100 000 rpm.

Men det finns också en betydande nackdel: en borstlös motor utan styrenhet är bara en bit järn med en kopparlindning. Han kommer inte att kunna jobba på något sätt. Kontroller är inte billiga och oftast måste du beställa dem från onlinebutiker eller från aliexpress. På grund av detta är det inte alltid möjligt att använda BC-motorer i hemmagjorda modeller och enheter.

Nu vet du vad en borstlös DC-motor är, hur den fungerar och var den appliceras. Vi hoppas att vår artikel hjälpte dig att lösa alla problem!

Relaterat material:

• Vad är rotor och stator
• Hur man monterar den enklaste elmotorn hemma
• Skillnaden mellan likström och växelström

Tycka om(0)jag gillar inte(0)