Bezkefkový jednosmerný motor: princíp činnosti, zariadenie, typy

Definícia

Jednosmerný motor sa nazýva bezkomutátorový motor, ktorého prúd vo vinutí spína špeciálne spínacie zariadenie - nazýva sa to "ovládač" alebo "invertor" a tieto vinutia sú vždy umiestnené na stator. Spínač pozostáva zo 6 tranzistorov a tie dodávajú prúd do jedného alebo druhého vinutia v závislosti od polohy rotora.

V domácej literatúre sa takéto motory nazývajú "ventil" (pretože polovodičové spínače sa nazývajú "ventily") a existuje rozdelenie takýchto elektrických strojov na dva typy podľa formy proti-EMF. V zahraničnej literatúre takýto rozdiel zostáva, jeden z nich sa volá podobne ako ruský „BLDC“ (bezkefkový jednosmerný pohon alebo motor), ktorý v ich vinutí doslova znie ako „bezkefkový jednosmerný motor“, lichobežníkový EMF. Ventilové elektromotory so sínusovým EMF sa nazývajú PMSM (Permanent magnet synchronous machine), čo sa prekladá ako "synchrónny elektromotor s budením permanentným magnetom."

Zariadenie a princíp fungovania

Kolektor v KDPT slúži ako uzol na spínanie prúdu vo vinutiach kotvy. V bezkomutátorovom jednosmernom motore (BDCT) túto úlohu zohrávajú nie kefy s lamelami, ale spínač, je to polovodičový spínač - tranzistory. Tranzistory spínajú vinutia statora a vytvárajú rotujúce magnetické pole, ktoré interaguje s poľom magnetov rotora. A keď prúd preteká vodičom, ktorý je v magnetickom poli, pôsobí na ampérová sila, pôsobením tejto sily vzniká na hriadeli elektrických strojov krútiaci moment. Toto je založené na princíp fungovania akýkoľvek elektromotor.

Teraz poďme na to prísť ako to funguje bezkomutátorový motor. Na statore BDPT sú zvyčajne 3 vinutia, analogicky so striedavými motormi sa často nazývajú trojfázové. To je čiastočne pravda: bezkomutátorové motory pracujú zo zdroja jednosmerného prúdu (často z batérií), ale regulátor zapína prúd vo vinutiach jeden po druhom. Nie je však celkom pravdivé tvrdenie, že vinutím preteká striedavý prúd. Konečnú podobu vinutia napájacieho napätia tvoria riadiace impulzy pravouhlého tranzistora.

Trojfázový bezkomutátorový motor môže byť trojvodičový alebo štvorvodičový, kde štvrtý vodič je kohútik zo stredu (ak sú vinutia pripojené pozdĺž hviezdicový vzor).

Navíjanie alebo, rozprávanie jednoduchými slovami, cievky medeného drôtu zapadajú do zubov jadra statora. V závislosti od konštrukcie a účelu pohonu môže byť na statore rôzny počet zubov. Existujú rôzne varianty rozloženia fázových vinutí pozdĺž zubov rotora, čo je znázornené na nasledujúcom obrázku.

Vinutia každého zo zubov v rámci jednej fázy môžu byť zapojené sériovo alebo paralelne, v závislosti od dodávky projektant úloh na výkon a krútiaci moment projektovaného pohonu a samotné fázové vinutia sú prepojené podľa hviezdy resp. ako trojuholník asynchrónne alebo synchrónne trojfázové motory na striedavý prúd.

Do statora je možné inštalovať snímače polohy rotora. Často sa používajú Hallove snímače, ktoré dávajú signál do regulátora, keď na ne pôsobí magnetické pole magnetov rotora. Je to potrebné na to, aby regulátor "vedel", v akej polohe je rotor, a aby napájal príslušné vinutia. Je to potrebné na zvýšenie efektívnosti a stability práce, a ak krátko, - vyžmýkať z motora všetku možnú silu. Zvyčajne sú nainštalované 3 snímače. Prítomnosť senzorov však komplikuje konštrukciu bezkomutátorového elektromotora, je potrebné k nim pripojiť ďalšie vodiče pre napájanie a dátové linky.

V BDPT sa na budenie používajú permanentné magnety namontované na rotore a stator je kotva. Pripomeňme, že v kolektorových strojoch je to naopak (rotor je kotva) a na budenie v CD sa používajú permanentné magnety aj elektromagnety (vinutia).

Magnety sú inštalované so striedajúcimi sa pólmi a podľa toho ich počet určuje počet pólových párov. To však neznamená, že koľko magnetov, toľko párov pólov. Niekoľko magnetov môže tvoriť jeden pól. Počet pólov, ako v prípade asynchrónneho motora (a iných), závisí od počtu otáčok za minútu. To znamená, že bezkomutátorové motory s rôznym počtom pólových párov sa budú otáčať rôznymi rýchlosťami z rovnakého ovládača pri rovnakých nastaveniach.

Typy BDPT

Teraz poďme na to prísť čo sú bezkomutátorové motory permanentné magnety. Sú klasifikované podľa formy spätného EMF, dizajnu a tiež podľa prítomnosti snímačov polohy rotora. Takže dve hlavné typu charakterizované formou spätného EMF, ktoré sa indukuje vo vinutí, keď sa rotor otáča:

• BLDC - lichobežníkový counter-EMF v nich;
• PMSM - sínusové zadné EMF.

V ideálnom prípade vyžadujú rôzne napájacie zdroje (ovládače), ale v praxi sú vzájomne zameniteľné. Ale ak použijete ovládač so štvorcovým alebo lichobežníkovým výstupným napätím s motorom PMSM, budete počas otáčania počuť charakteristické zvuky podobné klepaniu.

A podľa návrhu sú bezkomutátorové jednosmerné motory:

• S vnútorným rotorom. Toto je známejšie znázornenie elektromotora, keď stator je puzdro a hriadeľ umiestnený v ňom sa otáča. Často sa im hovorí anglické slovo „Inrunner“. Táto možnosť sa zvyčajne používa pre vysokorýchlostné elektromotory.
• S vonkajším rotorom. Tu sa otáča vonkajšia časť motora s hriadeľom pripevneným na ňom, v anglicky hovoriacich zdrojoch sa nazýva "outrunner". Táto schéma zariadenia sa používa, keď je potrebný vysoký krútiaci moment.

Vyberte si výstavby ktorýkoľvek na čo je to potrebné bezkomutátorový motor v špecifickej aplikácii.

Moderný priemysel vyrába bezkomutátorové motory so snímačmi polohy rotora alebo bez nich. Faktom je, že existuje veľa spôsobov, ako ovládať BDPT, pre niektoré z nich sú potrebné snímače polohy, iné určujú polohy pomocou EMF v vinutia, tretie jednoducho napájajú požadované fázy a elektromotor sa s takýmto napájaním samostatne synchronizuje a vstupuje do pracovného režim.

Hlavný technické údaje bezkomutátorové jednosmerné motory:

1. Prevádzkový režim - dlhodobý alebo krátkodobý.
2. Maximálne prevádzkové napätie.
3. Maximálny prevádzkový prúd.
4. Maximálny výkon.
5. Maximálne otáčky často neoznačujú otáčky, ale KV - otáčky / v, to znamená počet otáčok na 1 volt aplikovaného napätia (bez zaťaženia hriadeľa). Ak chcete získať maximálnu rýchlosť, vynásobte toto číslo maximálnym napätím.
6. Odpor vinutia (čím je menší, tým je účinnosť vyššia) je zvyčajne stotiny a tisíciny Ohm.
7. Uhol fázového posunu (časovanie) je čas, po ktorom prúd vo vinutí dosiahne maximum, je to spôsobené jeho indukčnosťou a zákonmi komutácie (prúd v indukčnosti sa nemôže okamžite zmeniť.

Ako pripojiť bezkomutátorový motor

Ako bolo uvedené vyššie, na prevádzku bezkomutátorového motora je potrebný špeciálny ovládač. Na aliexpress nájdete obe sady motora a ovládača a samostatne. Ovládač sa tiež nazýva ESC Motor alebo Electric Speed ​​​​Controller. Vyberajú sa podľa sily prúdu dodávaného do záťaže.

Zvyčajne je pripojenie elektromotora k ovládaču jednoduché a dokonca aj pochopiteľné pre hlupákov. Hlavná vec, ktorú potrebujete vedieť, je, že na zmenu smeru otáčania je potrebné zmeniť pripojenie akýchkoľvek dvoch fáz, v skutočnosti rovnako ako v trojfázových asynchrónnych alebo synchrónnych motoroch.

Sieť má tiež množstvo technických riešení a schém, komplexných aj pre čajníkyktoré môžete vidieť nižšie.

V tomto videu autor hovorí, ako sa spriateliť medzi motorom BC a „Arduinou“.

A v tomto videu sa dozviete o rôznych spôsoboch pripojenia k rôznym regulátorom a o tom, ako to môžete urobiť sami. Autor to demonštruje na príklade motora z HDD a niekoľkých výkonných kópií - inrunner a outrunner.

Mimochodom, pripájame aj schému z videa na zopakovanie:

Kde sa používajú bezkomutátorové motory

Rozsah použitia takýchto elektromotorov je ďaleko pred plánom. Používajú sa ako na pohon malých mechanizmov: v CD mechanikách, DVD mechanikách, pevných diskoch, tak aj vo výkonných zariadeniach: akumulátor a sieťové elektrické náradie (s napájaním objednávky 12V), rádiom riadené modely (napríklad kvadrokoptéry), CNC stroje na pohon pracovného tela (zvyčajne motory s menovitým napätím 24V alebo 48 V).

BDPT sú široko používané v elektrických vozidlách, takmer všetky moderné motorové kolesá elektrických skútrov, bicyklov, motocyklov a automobilov sú bezkomutátorové motory. Mimochodom, menovité napätie elektromotorov na prepravu leží v širokom rozmedzí, napríklad motorové koleso pre bicykel často funguje od 36V alebo z 48 V, až na zriedkavé výnimky a viac, a v autách, napríklad na Toyota Prius, asi 120 V a na Nissan Leaf - dosahuje 400, pričom sa nabíja zo siete 220V (toto je implementované so vstavaným prevodníkom).

Vlastne oblasť použitia bezkomutátorové elektromotory sú veľmi rozsiahle, absencia zostavy rozdeľovača umožňuje ich použitie na nebezpečných miestach, ako aj na miestach s vysokou vlhkosťou, bez obáv zo skratu, iskier alebo požiaru v dôsledku defektov kefy uzol. Pre svoju vysokú účinnosť a dobrú hmotnosť a rozmery našli uplatnenie v kozmickom priemysle.

Výhody a nevýhody

Bezkartáčové jednosmerné motory, podobne ako iné typy elektrických strojov, majú určité výhody a nevýhody.

Výhody BDPT sú nasledovné:

• Vďaka budeniu silnými permanentnými magnetmi (napr. neodýmom) prekonávajú krútiaci moment a výkon a majú menšie rozmery ako indukčné motory. Čo používa väčšina výrobcov elektrických vozidiel, od skútrov až po autá.
• Žiadna trblietavá zostava zberača kefy, ktorá si vyžaduje pravidelnú údržbu.
• Pri použití kvalitného ovládača na rozdiel od toho istého CD nerušia napájaciu sieť, ktorá obzvlášť dôležité v rádiom riadených zariadeniach a vozidlách s pokročilým elektronickým vybavením na palube siete.
• Účinnosť viac ako 80, častejšie 90 %.
• Vysoká rýchlosť otáčania, v niektorých prípadoch až 100 000 ot./min.

Ale je tu aj významná nevýhoda: bezkomutátorový motor bez regulátora je len kus železa s medeným vinutím. V žiadnom prípade nebude môcť pracovať. Ovládače nie sú lacné a najčastejšie si ich musíte objednať z internetových obchodov alebo z aliexpressu. Z tohto dôvodu nie je vždy možné použiť motory BC v domácich modeloch a zariadeniach.

Teraz viete, čo je to bezkomutátorový jednosmerný motor, ako funguje a kde sa používa. Dúfame, že vám náš článok pomohol vyriešiť všetky problémy!

Súvisiace materiály:

• Čo je rotor a stator
• Ako zostaviť najjednoduchší elektromotor doma
• Rozdiel medzi jednosmerným a striedavým prúdom

Páči sa mi to(0)nemám rád(0)