Bešepetėlis nuolatinės srovės variklis: veikimo principas, įrenginys, tipai

Apibrėžimas

Nuolatinės srovės variklis vadinamas bešepetėliu varikliu, kurio apvijose esanti srovė perjungia specialų perjungimo įtaisas - jis vadinamas "tvarkykle" arba "inverteriu" ir šios apvijos visada yra įjungtos statorius. Jungiklis susideda iš 6 tranzistorių ir jie tiekia srovę į vieną ar kitą apviją, priklausomai nuo rotoriaus padėties.

Buitinėje literatūroje tokie varikliai vadinami „vožtuvais“ (nes puslaidininkiniai jungikliai vadinami „vožtuvais“), o pagal priešpriešinio EMF formą tokios elektros mašinos skirstomos į du tipus. Užsienio literatūroje toks skirtumas išlieka, vienas jų vadinamas panašiai kaip rusiškas „BLDC“ (brushless nuolatinės srovės pavara arba variklis), kuris pažodžiui skamba kaip „bešepetėlis nuolatinės srovės variklis“ jų apvijose, trapecijos formos EMF. Vožtuvų elektros varikliai su sinusoidiniu EMF vadinami PMSM (nuolatinio magneto sinchroninė mašina), o tai verčiama kaip "sinchroninis elektros variklis su nuolatinio magneto sužadinimu".

Įrenginys ir veikimo principas

KDPT kolektorius tarnauja kaip mazgas, perjungiantis srovę armatūros apvijose. Bešepetėlyje nuolatinės srovės variklyje (BDCT) šį vaidmenį atlieka ne šepečiai su lamelėmis, o komutatorius su puslaidininkiniais jungikliais – tranzistoriais. Tranzistoriai perjungia statoriaus apvijas, sukurdami besisukantį magnetinį lauką, kuris sąveikauja su rotoriaus magnetų lauku. O kai srovė teka laidininku, kuris yra magnetiniame lauke, ji veikia amperinė jėga, dėl šios jėgos veikimo ant elektros mašinų veleno susidaro sukimo momentas. Tuo ir remiasi veikimo principas bet koks elektros variklis.

Dabar išsiaiškinkime kaip tai veikia variklis be šepetėlių. Paprastai BDPT statoriuje yra 3 apvijos, pagal analogiją su kintamosios srovės varikliais, jos dažnai vadinamos trifazėmis. Tai iš dalies tiesa: varikliai be šepetėlių veikia iš nuolatinės srovės šaltinio (dažnai iš baterijų), tačiau valdiklis po vieną įjungia srovę apvijose. Tačiau teigti, kad kintamoji srovė teka per apvijas, nėra visiškai teisinga. Galutinę maitinimo įtampos apvijos formą sudaro stačiakampiai tranzistorių valdymo impulsai.

Trifazis variklis be šepetėlių gali būti trijų laidų arba keturių laidų, kur ketvirtas laidas yra čiaupas nuo vidurio (jei apvijos sujungtos išilgai žvaigždės raštas).

Vingiuoti arba, kalbant paprastais žodžiais, varinės vielos ritės telpa į statoriaus šerdies dantis. Priklausomai nuo pavaros konstrukcijos ir paskirties, statoriaus dantų skaičius gali būti skirtingas. Yra įvairių fazių apvijų paskirstymo išilgai rotoriaus dantų variantų, kurie pavaizduoti toliau pateiktame paveikslėlyje.

Kiekvieno dantuko apvijos vienoje fazėje gali būti jungiamos nuosekliai arba lygiagrečiai, priklausomai nuo komplektacijos projektuojamos pavaros galios ir sukimo momento užduočių projektuotojas, o pačios fazės apvijos yra sujungtos pagal žvaigždę arba kaip trikampis asinchroninis arba sinchroninis trifaziai kintamosios srovės varikliai.

Statoriuje galima sumontuoti rotoriaus padėties jutiklius. Dažnai naudojami Holo jutikliai, jie duoda signalą valdikliui, kai juos veikia rotoriaus magnetų magnetinis laukas. Tai būtina tam, kad valdiklis „žinotų“ kurioje padėtyje yra rotorius ir tiektų maitinimą atitinkamoms apvijomis. Tai būtina norint padidinti darbo efektyvumą ir stabilumą, o jei trumpai, - išspausti visą įmanomą variklio galią. Paprastai įrengiami 3 jutikliai. Tačiau jutiklių buvimas apsunkina bešepetėlio elektros variklio konstrukciją, prie jų reikia prijungti papildomus maitinimo ir duomenų linijų laidus.

BDPT sužadinimui naudojami nuolatiniai magnetai, sumontuoti ant rotoriaus, o statorius yra armatūra. Prisiminkite, kad kolektorinėse mašinose yra atvirkščiai (rotorius yra armatūra), o sužadinimui kompaktiniame diske naudojami ir nuolatiniai magnetai, ir elektromagnetai (apvijos).

Magnetai montuojami su kintamaisiais poliais, atitinkamai jų skaičius lemia polių porų skaičių. Bet tai nereiškia, kad kiek magnetų, tiek polių porų. Keli magnetai gali sudaryti vieną polių. Polių skaičius, kaip ir asinchroninio variklio (ir kitų) atveju, priklauso nuo apsisukimų skaičiaus per minutę. Tai reiškia, kad varikliai be šepetėlių su skirtingu polių porų skaičiumi suksis skirtingais greičiais nuo to paties valdiklio tais pačiais nustatymais.

BDPT tipai

Dabar išsiaiškinkime kas yra varikliai be šepetėlių nuolatiniai magnetai. Jie klasifikuojami pagal galinio EMF formą, dizainą, taip pat pagal rotoriaus padėties jutiklių buvimą. Taigi, du pagrindiniai tipo pasižymi galinio EMF forma, kuri sukasi apvijose, kai rotorius sukasi:

• BLDC - juose trapecinis priešpriešinis EMF;
• PMSM - sinusoidinis nugaros EMF.

Idealiu atveju jiems reikalingi skirtingi maitinimo šaltiniai (valdikliai), tačiau praktiškai jie yra keičiami. Bet jei naudojate valdiklį su kvadratine arba trapecijos formos išėjimo įtampa su PMSM varikliu, girdėsite būdingus garsus, panašius į beldimą sukimosi metu.

Pagal konstrukciją nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių yra:

• Su vidiniu rotoriumi. Tai labiau žinomas elektros variklio vaizdas, kai statorius yra korpusas, o jame esantis velenas sukasi. Jie dažnai vadinami anglišku žodžiu „Inrunner“. Ši parinktis dažniausiai naudojama didelės spartos elektros varikliams.
• Su išoriniu rotoriumi. Čia išorinė variklio dalis sukasi su ant jos pritvirtintu velenu, angliškai kalbančiuose šaltiniuose ji vadinama „outrunner“. Ši įrenginio schema naudojama, kai reikia didelio sukimo momento.

Pasirinkite statyba kad ir kuri kam jis reikalingas variklis be šepetėlių konkrečiam pritaikymui.

Šiuolaikinė pramonė gamina bešepetinius variklius su rotoriaus padėties jutikliais arba be jų. Faktas yra tas, kad yra daug būdų valdyti BDPT, kai kuriems iš jų reikalingi padėties jutikliai, kiti nustato padėtis pagal EMF. apvijos, trečiosios tiesiog tiekia maitinimą į reikiamas fazes, o elektros variklis savarankiškai sinchronizuojasi su tokiu maitinimo šaltiniu ir patenka į darbinį režimu.

Pagrindinis specifikacijas nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių:

1. Darbo režimas – ilgalaikis arba trumpalaikis.
2. Maksimali darbinė įtampa.
3. Maksimali darbinė srovė.
4. Didžiausia galia.
5. Didžiausi apsisukimai dažnai nurodo ne apsisukimus, o KV - rev / v, tai yra, apsisukimų skaičių 1 voltui taikomos įtampos (be veleno apkrovos). Norėdami gauti didžiausią greitį, padauginkite šį skaičių iš didžiausios įtampos.
6. Apvijos varža (kuo ji mažesnė, tuo didesnis efektyvumas) paprastai yra šimtosios ir tūkstantosios omų dalys.
7. Fazės pasukimo kampas (laikas) yra laikas, po kurio srovė apvijoje pasiekia maksimumą, taip yra dėl jos induktyvumo ir komutacijos dėsnių (srovė induktyvumui negali pasikeisti akimirksniu.

Kaip prijungti variklį be šepetėlių

Kaip minėta aukščiau, norint valdyti variklį be šepetėlių, reikalingas specialus valdiklis. „Aliexpress“ galite rasti abu variklio ir valdiklio rinkinius ir atskirai. Valdiklis taip pat vadinamas ESC varikliu arba elektriniu greičio valdikliu. Jie parenkami pagal apkrovai tiekiamos srovės stiprumą.

Paprastai elektros variklio prijungimas prie valdiklio yra nesudėtingas ir netgi suprantamas kvaileliams. Pagrindinis dalykas, kurį reikia žinoti, yra tai, kad norint pakeisti sukimosi kryptį, reikia pakeisti bet kurių dviejų fazių jungtį, iš tikrųjų, kaip ir trifaziuose asinchroniniuose ar sinchroniniuose elektros varikliuose.

Tinklas taip pat turi daugybę techninių sprendimų ir schemų, tiek sudėtingų, tiek skirtų arbatinukaikurį galite pamatyti žemiau.

Šiame vaizdo įraše autorius pasakoja, kaip susidraugauti tarp BC variklio ir „Arduina“.

O šiame vaizdo įraše sužinosite apie skirtingus prisijungimo prie skirtingų reguliatorių būdus ir kaip tai galite padaryti patys. Autorius tai demonstruoja variklio iš HDD pavyzdžiu ir pora galingų kopijų – inrunner ir outrunner.

Beje, pakartojimui taip pat pridedame diagramą iš vaizdo įrašo:

Kur naudojami varikliai be šepetėlių

Tokių elektros variklių taikymo sritis gerokai lenkia grafiką. Jie naudojami tiek smulkiems mechanizmams vairuoti: kompaktinių diskų, DVD diskų įrenginiuose, standžiuosiuose diskuose, tiek galinguose įrenginiuose: akumuliatorius ir tinklo elektrinis įrankis (su užsakymo maitinimu 12V), radijo bangomis valdomi modeliai (pavyzdžiui, keturkoperiai), CNC mašinos, skirtos darbiniam korpusui valdyti (dažniausiai vardinės įtampos varikliai 24V arba 48V).

BDPT plačiai naudojami elektrinėse transporto priemonėse, beveik visi šiuolaikiniai elektrinių paspirtukų, dviračių, motociklų ir automobilių varikliai yra bešepetėliai. Beje, transporto priemonių elektros variklių vardinė įtampa yra labai plati, pavyzdžiui, dviračio variklis-ratas dažnai veikia nuo 36V arba iš 48V, su retomis išimtimis ir dar daugiau, o automobiliuose pvz Toyota Prius apie 120V, o Nissan Leaf jis siekia 400, o kraunamas iš elektros tinklo 220V (tai įgyvendinama su įmontuotu keitikliu).

Tiesą sakant taikymo sritis bešepetėlių elektros varikliai yra labai platūs, nesant kolektoriaus bloko, jį galima naudoti pavojingose ​​vietose, taip pat vietose, kuriose yra daug drėgmės, nebijodami trumpųjų jungimų, kibirkščių ar gaisro dėl šepečio defektų mazgas. Dėl didelio efektyvumo ir gero svorio bei matmenų jie rado pritaikymą kosmoso pramonėje.

Privalumai ir trūkumai

Bešepetėliai nuolatinės srovės varikliai, kaip ir kitų tipų elektros mašinos, turi tam tikrų privalumai ir trūkumai.

Privalumai BDPT yra tokie:

• Dėl sužadinimo galingais nuolatiniais magnetais (pavyzdžiui, neodimiu), jie pranoksta sukimo momentą ir galią bei yra mažesnių matmenų nei indukciniai varikliai. Tai, ką naudoja dauguma elektromobilių gamintojų – nuo ​​motorolerių iki automobilių.
• Nėra putojančio šepečio / kolektoriaus mazgo, kuriam reikia reguliarios priežiūros.
• Naudojant aukštos kokybės valdiklį, priešingai nei tas pats kompaktinis diskas, jie netrukdo tiekimo tinklui, kuris ypač svarbu radijo bangomis valdomuose įrenginiuose ir transporto priemonėse su pažangia elektronine įranga tinklus.
• Efektyvumas daugiau nei 80, dažniau 90%.
• Didelis sukimosi greitis, kai kuriais atvejais iki 100 000 aps./min.

Tačiau yra ir nemenkas trūkumas: variklis be šepetėlių be valdiklio yra tik geležies gabalas su varine apvija. Jis niekaip negalės dirbti. Valdikliai nėra pigūs ir dažniausiai juos tenka užsisakyti iš internetinių parduotuvių arba iš aliexpress. Dėl šios priežasties ne visada įmanoma naudoti BC variklius namuose pagamintuose modeliuose ir įrenginiuose.

Dabar žinote, kas yra nuolatinės srovės variklis be šepetėlių, kaip jis veikia ir kur jis naudojamas. Tikimės, kad mūsų straipsnis padėjo jums išspręsti visas problemas!

Susijusios medžiagos:

• Kas yra rotorius ir statorius
• Kaip namuose surinkti paprasčiausią elektros variklį
• Skirtumas tarp nuolatinės ir kintamosios srovės

Kaip(0)man nepatinka(0)