DC motor bez četkica: princip rada, uređaj, vrste

Definicija

DC motor naziva se motor bez četkica, struja u čijim namotima prebacuje posebnu sklopni uređaj - zove se "driver" ili "inverter" i ti se namoti uvijek nalaze uključeni stator. Prekidač se sastoji od 6 tranzistora, koji napajaju struju na jedan ili drugi namot, ovisno o položaju rotora.

U domaćoj literaturi takvi se motori nazivaju "ventili" (jer se poluvodičke sklopke nazivaju "ventili"), a postoji podjela takvih električnih strojeva na dvije vrste prema obliku protu-EMF-a. U stranoj literaturi takva razlika ostaje, jedan od njih naziva se slično ruskom "BLDC" (bezčetkični istosmjerni pogon ili motor), koji doslovno zvuči kao "bez četkica DC motor" u svojim namotima, trapezoidni EMF. Elektromotori ventila sa sinusoidnim EMF-om nazivaju se PMSM (Permanent magnet Synchronous Machine), što u prijevodu znači "sinkroni elektromotor s uzbudom permanentnog magneta".

Uređaj i princip rada

Kolektor u KDPT-u služi kao čvor za prebacivanje struje u namotima armature. U istosmjernom motoru bez četkica (BDCT) ovu ulogu ne igraju četke s lamelama, već prekidač, to je poluvodički prekidač - tranzistori. Tranzistori prebacuju namote statora, stvarajući rotirajuće magnetsko polje koje je u interakciji s poljem magneta rotora. A kada struja teče kroz vodič koji je u magnetskom polju, ona djeluje na amperska sila, zbog djelovanja te sile nastaje zakretni moment na osovini električnih strojeva. To je ono na čemu se temelji princip rada bilo kojeg elektromotora.

Sada ćemo to shvatiti kako radi motor bez četkica. Na BDPT statoru obično postoje 3 namota, po analogiji s AC motorima, često se nazivaju trofaznim. To je djelomično točno: motori bez četkica rade iz izvora istosmjerne struje (često iz baterija), ali regulator uključuje struju u namotima jedan po jedan. Međutim, nije sasvim točno reći da kroz namote teče izmjenična struja. Konačni oblik namota opskrbnog napona čine upravljački impulsi pravokutnog tranzistora.

Trofazni motor bez četkica može biti trožični ili četverožični, gdje je četvrta žica slavina od sredine (ako su namoti spojeni duž zvjezdasti uzorak).

Navijanje ili, govoreći jednostavnim riječima, zavojnice bakrene žice uklapaju se u zupce jezgre statora. Ovisno o izvedbi i namjeni pogona, na statoru može postojati različit broj zubaca. Postoje različite varijante raspodjele faznih namota duž zubaca rotora, što je ilustrirano na sljedećoj slici.

Namoti svakog zuba unutar jedne faze mogu se spojiti serijski ili paralelno, ovisno o isporuci projektant zadataka za snagu i moment projektiranog pogona, a sami fazni namoti su međusobno povezani prema zvijezdi odn. kao trokut asinkroni ili sinkroni trofazni AC motori.

Senzori položaja rotora mogu se ugraditi u stator. Često se koriste Hall senzori, oni daju signal kontroleru kada su pod utjecajem magnetskog polja magneta rotora. To je potrebno kako bi kontroler "znao" u kojem položaju se nalazi rotor i opskrbio strujom odgovarajuće namote. To je potrebno za povećanje učinkovitosti i stabilnosti rada, i ako kratko, - istisnuti svu moguću snagu iz motora. Obično su ugrađena 3 senzora. Ali prisutnost senzora komplicira dizajn elektromotora bez četkica, na njih je potrebno spojiti dodatne žice za strujne i podatkovne vodove.

U BDPT-u se za pobudu koriste trajni magneti postavljeni na rotor, a stator je armatura. Podsjetimo da je u kolektorskim strojevima obrnuto (rotor je armatura), a za pobudu u CD-u koriste se i trajni magneti i elektromagneti (namoti).

Magneti se postavljaju s naizmjeničnim polovima, pa prema tome njihov broj određuje broj parova polova. Ali to ne znači da koliko je magneta, toliko je i parova polova. Nekoliko magneta može tvoriti jedan pol. Broj polova, kao u slučaju asinkronog motora (i drugih), ovisi o broju okretaja u minuti. To jest, motori bez četkica s različitim brojem parova polova rotirati će se različitim brzinama iz istog regulatora pri istim postavkama.

Vrste BDPT-a

Sada ćemo to shvatiti Što su motori bez četkica trajni magneti. Klasificirani su po obliku povratnog EMF-a, dizajnu, a također i po prisutnosti senzora položaja rotora. Dakle, dva glavna tip karakterizira oblik povratnog EMF-a, koji se inducira u namotima kada se rotor rotira:

• BLDC - trapezni protu-EMF u njima;
• PMSM - sinusni stražnji EMF.

U idealnom slučaju, zahtijevaju različita napajanja (kontrolere), ali u praksi su međusobno zamjenjivi. Ali ako koristite kontroler s četvrtastim ili trapezoidnim izlaznim naponom s PMSM motorom, čut ćete karakteristične zvukove slične kucanju tijekom rotacije.

I po dizajnu, istosmjerni motori bez četkica su:

• S unutarnjim rotorom. Ovo je poznatiji prikaz elektromotora, kada je stator kućište, a osovina koja se nalazi u njemu rotira. Često se zovu engleska riječ "Inrunner". Ova se opcija obično koristi za elektromotore velike brzine.
• S vanjskim rotorom. Ovdje se vanjski dio motora rotira s osovinom pričvršćenom na njemu, u izvorima na engleskom jeziku naziva se "outrunner". Ova shema uređaja koristi se kada je potreban veliki zakretni moment.

Odaberite građenje koji god za što je to potrebno motor bez četkica u određenoj primjeni.

Moderna industrija proizvodi motore bez četkica sa ili bez senzora položaja rotora. Činjenica je da postoji mnogo načina upravljanja BDPT-om, za neke od njih su potrebni senzori položaja, drugi određuju položaje EMF-om u namota, treći jednostavno napajaju potrebne faze i elektromotor se samostalno sinkronizira s takvim napajanjem i ulazi u radni način rada.

Glavni tehnički podaci DC motori bez četkica:

1. Način rada - dugoročni ili kratkoročni.
2. Maksimalni radni napon.
3. Maksimalna radna struja.
4. Maksimalna snaga.
5. Maksimalni broj okretaja često označava ne okretaje, već KV - rev / v, odnosno broj okretaja po 1 voltu primijenjenog napona (bez opterećenja na osovini). Da biste dobili maksimalnu brzinu, pomnožite ovaj broj s maksimalnim naponom.
6. Otpor namota (što je manji, to je veća učinkovitost), obično je stotinke i tisućinke Ohma.
7. Kut napredovanja faze (tajming) je vrijeme nakon kojeg struja u namotu dosegne svoj maksimum, to je zbog njegove induktivnosti i zakona komutacije (struja u induktivitetu ne može se mijenjati trenutno.

Kako spojiti motor bez četkica

Kao što je gore spomenuto, za rad motora bez četkica potreban je poseban kontroler. Na aliexpressu možete pronaći oba kompleta motora i kontrolera, i zasebno. Regulator se također naziva ESC motor ili električni regulator brzine. Odabiru se prema jačini struje koja se dovodi do opterećenja.

Obično je povezivanje elektromotora s regulatorom jednostavno i čak razumljivo za lutke. Glavna stvar koju trebate znati je da za promjenu smjera vrtnje trebate promijeniti spoj bilo koje dvije faze, zapravo, baš kao u trofaznim asinkronim ili sinkronim elektromotorima.

Mreža također ima niz tehničkih rješenja i shema, kako složenih tako i za čajnicikoje možete vidjeti u nastavku.

U ovom videu autor govori kako se sprijateljiti između BC motora i "Arduine".

A u ovom videu ćete naučiti o različitim načinima spajanja na različite regulatore i kako to možete učiniti sami. Autor to demonstrira na primjeru motora s HDD-a, te nekoliko moćnih primjeraka - inrunner i outrunner.

Usput, prilažemo i dijagram iz videa za ponavljanje:

Gdje se koriste motori bez četkica

Opseg primjene takvih elektromotora je širok prije roka. Koriste se i za pogon malih mehanizama: u CD pogonima, DVD pogonima, tvrdim diskovima i u snažnim uređajima: baterija i električni alat (s napajanjem po narudžbi). 12V), radio-upravljani modeli (na primjer, kvadrokopteri), CNC strojevi za pogon radnog tijela (obično motori nazivnog napona 24V ili 48V).

BDPT se široko koriste u električnim vozilima, gotovo svi moderni motorni kotači električnih skutera, bicikala, motocikala i automobila su motori bez četkica. Usput, nazivni napon elektromotora za transport je u širokom rasponu, na primjer, motorni kotač za bicikl često radi od 36V ili od 48V, uz rijetke iznimke, i više, a u automobilima, na primjer, na Toyoti Prius, oko 120V, a na Nissan Leaf-u doseže 400, dok se puni iz mreže 220V (ovo se implementira s ugrađenim pretvaračem).

Zapravo područje primjene elektromotori bez četkica su vrlo opsežni, odsutnost sklopa razdjelnika omogućuje njegovu upotrebu na opasnim mjestima, kao i na mjestima s visokom vlažnošću, bez straha od kratkih spojeva, iskri ili požara zbog nedostataka na četkici čvor. Zbog svoje visoke učinkovitosti te dobre težine i dimenzija, našli su primjenu u svemirskoj industriji.

Prednosti i nedostatci

DC motori bez četkica, kao i druge vrste električnih strojeva, imaju određene prednosti i nedostatci.

Prednosti BDPT su kako slijedi:

• Zbog pobuđivanja snažnim trajnim magnetima (npr. neodimijskim), oni premašuju po momentu i snazi ​​i imaju manje dimenzije od indukcijskih motora. Ono što većina proizvođača električnih vozila koristi, od skutera do automobila.
• Nema pjenušavog sklopa četke i sakupljača koji zahtijeva redovito održavanje.
• Pri korištenju visokokvalitetnog kontrolera, za razliku od istog CD-a, ne stvaraju smetnje u opskrbnoj mreži, što osobito važno u radio-upravljanim uređajima i vozilima s naprednom elektroničkom opremom u vozilu mreže.
• Učinkovitost veća od 80, češće 90%.
• Velika brzina vrtnje, u nekim slučajevima i do 100.000 o/min.

Ali postoji i značajan nedostatak: motor bez četkica bez kontrolera samo je komad željeza s bakrenim namotom. Ni na koji način neće moći raditi. Kontroleri nisu jeftini i najčešće ih morate naručiti u online trgovinama ili s aliexpressa. Zbog toga nije uvijek moguće koristiti BC motore u domaćim modelima i uređajima.

Sada znate što je DC motor bez četkica, kako radi i gdje se primjenjuje. Nadamo se da vam je naš članak pomogao riješiti sve probleme!

Povezani materijali:

• Što je rotor i stator
• Kako sastaviti najjednostavniji električni motor kod kuće
• Razlika između istosmjerne i izmjenične struje

Kao(0)ne sviđa mi se(0)