Мощни безчеткови DC двигатели. Безчеткови двигатели

Малко история:

Основният проблем на всички двигатели е прегряването. Роторът се въртеше вътре в някакъв статор и следователно топлината от прегряване не отиде никъде. На хората им хрумва гениална идея: да се върти не роторът, а статорът, който по време на въртене ще се охлажда от въздуха. Когато такъв двигател е създаден, той става широко използван в авиацията и корабостроенето и затова е наречен безчетковият двигател.

Скоро е създаден електрически аналог на безчетковия двигател. Нарекоха го безчетков мотор, защото нямаше колектори (четки).

Безчетков мотор.

Безчетковите (безчеткови английски) електрически двигатели дойдоха при нас сравнително наскоро, наскоро 10-15 години. За разлика от колекторни двигателите се захранват с трифазен променлив ток. Безчетковите двигатели работят ефективно в по-широк диапазон на оборотите и имат повече висока ефективност . В същото време дизайнът на двигателя е сравнително прост, няма четка, която постоянно се трие в ротора и създава искри. Можем да кажем, че безчетковите двигатели практически не се износват. Цената на безчетковите двигатели е малко по-висока от тази на моторите с четка. Това е така, защото всички безчеткови двигатели имат лагери и като цяло са с по-високо качество.

Тестовете са показали:
Прът с винт 8x6 = 754 грама,
RPM = 11550 об/мин,
Консумирана мощност = 9 вата(без винт) , 101 вата(с винт),

Мощност и ефективност

Мощността може да се изчисли по следния начин:
1) Мощността в механиката се изчислява по следната формула: N=F*v, където F е сила и v е скорост. Но тъй като винтът е в статично състояние, няма движение, освен въртене. Ако този двигател е инсталиран на модел на самолет, тогава би било възможно да се измери скоростта (тя е равна на 12 m / s) и да се изчисли полезната мощност:
N полезно \u003d 7,54 * 12 \u003d 90,48 вата
2) ефективност електрически моторсе намира по следната формула: Ефективност = N полезни / N изразходвани * 100%, Където N разходи = 101 вата
Ефективност= 90.48/101 *100%= 90%
Средно ефективността на безчетковите двигатели е реална и варира около 90% (най-високата ефективност, постигната от този тип двигатели, е 99.68% )

Спецификации на двигателя:

Волтаж: 11,1 волта
Обороти: 11550 об/мин
Максимален ток: 15А
мощност: 200 вата
Тяга: 754 грама (винт 8x6)

Заключение:

Цената на всяко нещо зависи от мащаба на неговото производство. Производители безчеткови двигателиразмножават се като гъби след дъжд. Затова искам да вярвам, че в близко бъдеще цената на контролерите и безчетковите двигателите ще падаткак падна върху оборудването за радиоконтрол ... Възможностите на микроелектрониката се разширяват всеки ден, размерът и теглото на контролерите постепенно намаляват. Може да се предположи, че в близко бъдеще контролерите ще бъдат вградени директно в двигателите! Може би ще доживеем този ден...

Домакински и медицински уреди, авиомоделизъм, тръбни спирателни устройства за газопроводи и нефтопроводи - това е далеч от пълен списъкприложения на безчеткови двигатели (BD) постоянен ток. Нека да разгледаме устройството и принципа на работа на тези електромеханични задвижвания, за да разберем по-добре техните предимства и недостатъци.

Обща информация, устройство, обхват

Една от причините за интереса към БД е нарасналата нужда от високоскоростни микромотори с прецизно позициониране. Вътрешната структура на такива устройства е показана на фигура 2.

Ориз. 2. Имп устройство колекторен двигател

Както можете да видите, дизайнът е ротор (котва) и статор, първият има постоянен магнит (или няколко магнита, подредени в определен ред), а вторият е оборудван с намотки (B) за създаване на магнитно поле.

Трябва да се отбележи, че тези електромагнитни механизми могат да бъдат както с вътрешна котва (този тип конструкция може да се види на фигура 2), така и външна (вижте фигура 3).

Ориз. 3. Дизайн с външен анкер (аутраннер)

Съответно всеки от дизайните има специфичен обхват. Устройствата с вътрешна арматура имат висока скороствъртене, поради което се използват в охладителни системи, като електроцентралидронове и др. Кара с външен роторсе използват там, където се изисква точно позициониране и устойчивост на претоварване на въртящия момент (роботика, медицинско оборудване, CNC машини и др.).

Принцип на действие

За разлика от други дискове, напр. асинхронна машина променлив ток, за работата на DB е необходим специален контролер, който включва намотките по такъв начин, че векторите на магнитните полета на котвата и статора да са ортогонални един на друг. Тоест, всъщност устройството на водача регулира въртящия момент, действащ върху DB арматурата. Този процес е ясно показан на фигура 4.

Както можете да видите, за всяко движение на арматурата е необходимо да се извърши определена комутация в намотката на статора на безчетков двигател. Този принцип на работа не позволява плавен контрол на въртенето, но дава възможност за бързо набиране на инерция.

Разлики между четкови и безчеткови двигатели

Задвижването тип колектор се различава от DB като характеристики на дизайна(виж фиг. 5.) и принципа на работа.

Ориз. 5. A - колекторен двигател, B - безчетков

Обмисли разлики в дизайна. Фигура 5 показва, че роторът (1 на фиг. 5) на двигател от колекторен тип, за разлика от безчетковия, има намотки, в които проста схеманавиване и постоянни магнити(обикновено две) са монтирани на статора (2 на фиг. 5). Освен това на вала е монтиран колектор, към който са свързани четки, които подават напрежение към намотките на котвата.

Опишете накратко принципа на работа колекторни машини. При подаване на напрежение към една от бобините тя се възбужда и се образува магнитно поле. Той взаимодейства с постоянни магнити, което води до въртене на котвата и колектора, поставен върху нея. В резултат на това се подава захранване към другата намотка и цикълът се повтаря.

Честотата на въртене на арматура от този дизайн директно зависи от интензитета на магнитното поле, което от своя страна е пряко пропорционално на напрежението. Тоест, за да увеличите или намалите скоростта, достатъчно е да увеличите или намалите нивото на мощност. И за обръщане е необходимо да смените полярността. Този метод на управление не изисква специален контролер, тъй като контролерът за пътуване може да бъде направен на базата на променлив резистор, а конвенционален превключвател ще работи като инвертор.

Разгледахме конструктивните характеристики на безчетковите двигатели в предишния раздел. Както си спомняте, връзката им изисква специален контролер, без който те просто няма да работят. По същата причина тези двигатели не могат да се използват като генератор.

Трябва също да се отбележи, че в някои устройства от този типза по-ефективен контрол позициите на ротора се следят с помощта на сензори на Хол. Това значително подобрява характеристиките на безчетковите двигатели, но води до увеличаване на цената на вече скъпия дизайн.

Как да стартирате безчетков двигател?

За да работи този тип устройство, е необходим специален контролер (вижте Фигура 6). Без него стартирането е невъзможно.

Ориз. 6. Безчеткови моторни контролери за моделиране

Няма смисъл сами да сглобявате такова устройство, ще бъде по-евтино и по-надеждно да закупите готово. Можете да го вземете от следните характеристики, характеристика на драйверите на PWM канала:

• Максимално допустимият ток, тази характеристика е дадена за нормалната работа на устройството. Доста често производителите посочват този параметър в името на модела (например Phoenix-18). В някои случаи се дава стойност за пиков режим, който контролерът може да поддържа за няколко секунди.
• Максималното номинално напрежение за продължителна работа.
• Съпротивлението на вътрешните вериги на контролера.
• Допустим брой обороти, посочени в rpm. Над тази стойност контролерът няма да позволи увеличаване на въртенето (ограничението е реализирано на софтуерно ниво). Моля, обърнете внимание, че скоростта винаги се дава за 2-полюсни задвижвания. Ако има повече двойки полюси, разделете стойността на техния брой. Например числото 60000 rpm е посочено, следователно, за 6 магнитен двигателскоростта на въртене ще бъде 60000/3=20000 prm.
• Честотата на генерираните импулси, за повечето контролери, този параметър е в диапазона от 7 до 8 kHz, повече скъпи моделиви позволяват да препрограмирате параметъра, като го увеличите до 16 или 32 kHz.

Имайте предвид, че първите три характеристики определят капацитета на базата данни.

Безчетково управление на мотора

Както бе споменато по-горе, комутацията на задвижващите намотки се управлява електронно. За да определи кога да превключи, водачът следи позицията на арматурата с помощта на сензори на Хол. Ако устройството не е оборудвано с такива детектори, тогава обратна емф, което се случва в несвързани статорни бобини. Контролерът, който всъщност е хардуерно-софтуерен комплекс, следи тези промени и задава реда на превключване.

Трифазен безчетков DC двигател

Повечето бази данни се изпълняват в трифазен дизайн. За да управлява такова задвижване, контролерът има преобразувател постоянно напрежениев трифазен импулс (виж фиг. 7).

Фигура 7. DB диаграми на напрежение

За да обясните как работи такъв безчетков двигател, трябва да разгледате Фигура 4 заедно с Фигура 7, където всички етапи на задвижването са показани последователно. Нека ги запишем:

1. Положителен импулс се прилага към бобини "A", докато отрицателен импулс се прилага към "B", в резултат на което арматурата ще се движи. Сензорите ще запишат движението му и ще подадат сигнал за следваща комутация.
2. Намотка "A" се изключва и положителен импулс отива към "C" ("B" остава непроменен), след което се подава сигнал към следващия набор от импулси.
3. На "С" - положителен, "А" - отрицателен.
4. Работи двойка "Б" и "А", които получават положителни и отрицателни импулси.
5. Положителен импулс се прилага отново към "B", а отрицателен импулс към "C".
6. Намотките "A" се включват (подава се +) и на "C" се повтаря отрицателен импулс. След това цикълът се повтаря.

В привидната простота на управление има много трудности. Необходимо е не само да се проследи позицията на арматурата, за да се произведат следващите серии от импулси, но и да се контролира скоростта на въртене чрез регулиране на тока в намотките. Освен това трябва да изберете най-много оптимални параметриза ускорение и забавяне. Също така си струва да се отбележи, че контролерът трябва да бъде оборудван с блок, който ви позволява да контролирате работата му. Външен видтакова многофункционално устройство може да се види на фигура 8.

Ориз. 8. Многофункционален контролер на безчетков мотор

Предимства и недостатъци

Електрическият безчетков двигател има много предимства, а именно:

• Срокът на експлоатация е много по-дълъг от този на конвенционалните колекционери.
• Висока ефективност.
• бързо набиране максимална скоростзавъртане.
• По-мощен е от CD.
• Липсата на искри по време на работа позволява задвижването да се използва в пожароопасни условия.
• Не е необходимо допълнително охлаждане.
• Лесна работа.

Сега нека да разгледаме минусите. Съществен недостатък, което ограничава използването на базата данни - относително високата им цена (като се вземе предвид цената на драйвера). Сред неудобствата е невъзможността да се използва базата данни без драйвер, дори и за краткосрочно активиране, например за проверка на производителността. Проблем с ремонта, особено ако се налага пренавиване.

Публикувана на 19.03.2013 г

С тази статия започвам поредица от публикации за безчеткови постояннотокови двигатели. Ще опиша на достъпен език Главна информация, устройство, алгоритми за управление на безчетков двигател. Ще бъдат разгледани различни видоведвигатели са дадени примери за избор на параметри на регулатора. Ще опиша устройството и алгоритъма на регулатора, метода за избор на превключватели на мощността и основните параметри на регулатора. Логичният завършек на публикациите ще бъде схемата на регулатора.

Безчетковите двигатели станаха широко разпространени поради развитието на електрониката и по-специално поради появата на евтини силови транзисторни превключватели. Важна роля изигра и появата на мощни неодимови магнити.

Безчетковият двигател обаче не трябва да се счита за новост. Идеята за безчетков двигател се появи в зората на електричеството. Но поради недостъпността на технологията, той чака своето време до 1962 г., когато се появява първият комерсиален безчетков DC двигател. Тези. Повече от половин век има различни серийни реализации на този тип електрическо задвижване!

Малко терминология

Безчетковите постояннотокови двигатели се наричат ​​още вентилни двигатели, в чуждестранната литература BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) или PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor).

В структурно отношение безчетковият двигател се състои от ротор с постоянни магнити и статор с намотки. Обръщам внимание на факта, че в колекторния двигател, напротив, намотките са на ротора. Следователно, по-нататък в текста, роторът е магнити, статорът е намотки.

За управление на двигателя се използва електронен регулатор. В чуждестранната литература Speed ​​​​Controller или ESC (Electronic speed control).

Какво е безчетков двигател?

Обикновено хората, изправени пред нещо ново, търсят аналогии. Понякога трябва да чуете фразата „добре, това е като синхронизатор“ или дори по-лошо „изглежда като степер“. Тъй като повечето безчеткови двигатели са 3-фазни, това е още по-объркващо, което води до погрешното схващане, че регулаторът "захранва" двигателя с 3-фазен променлив ток. Всичко по-горе е вярно само отчасти. Факт е, че всички двигатели, с изключение на асинхронните, могат да се нарекат синхронни. Всички постояннотокови двигатели са синхронни със самосинхронизация, но принципът им на действие се различава от синхронните променливотокови двигатели, които нямат самосинхронизация. Като стъпков безчетков двигател вероятно също може да работи. Но ето нещо: тухла също може да лети ... но не далеч, защото не е предназначена за това. Като стъпков моторпо-подходящ е безчетков реактивен двигател.

Нека се опитаме да разберем какво е безчетков DC двигател (Brushles Direct Current Motor). В самата тази фраза отговорът вече е скрит - това е DC двигател без колектор. Функциите на колектора се изпълняват от електроника.

Предимства и недостатъци

Доста сложен, тежък и искрищ възел, колекторът, е премахнат от конструкцията на двигателя. Дизайнът на двигателя е значително опростен. Двигателят е по-лек и компактен. Значително намалени загуби при превключване, тъй като контактите на комутатора и четката се сменят електронни ключове. В резултат на това получаваме електродвигател с най-добра ефективност и мощност на килограм. собствено тегло, с най-широк диапазон на промяна на скоростта на въртене. На практика безчетковите двигатели се нагряват по-малко от колекционерските си братя. издържам тежък товарпо момент. Използването на мощни неодимови магнити направи безчетковите двигатели още по-компактни. Дизайнът на безчетковия мотор позволява да работи във вода и агресивни среди (разбира се, само моторът, регулаторът ще бъде много скъп за намокряне). Безчетковите двигатели практически не създават радиосмущения.

Единственият недостатък се счита за комплекс скъп електронният блокуправление (копче или ESC). Въпреки това, ако искате да контролирате оборотите на двигателя, електрониката е незаменима. Ако не е необходимо да контролирате скоростта на безчетков двигател, все още не можете да правите без електронен блок за управление. Безчетков мотор без електроника е просто парче желязо. Няма как да му подадеш напрежение и да постигнеш нормално въртене като на другите двигатели.

Какво се случва в безчетков контролер на мотор?

За да разберем какво се случва в електрониката на регулатора, който управлява безчетковия мотор, нека се върнем малко назад и първо да разберем как работи безчетковият мотор. От училищния курс по физика си спомняме как магнитното поле действа върху рамка с ток. Рамка с ток се върти в магнитно поле. Той обаче не се върти постоянно, а се върти до определена позиция. За да се получи непрекъснато въртене, е необходимо да се превключи посоката на тока в контура в зависимост от положението на контура. В нашия случай рамката с ток е намотката на двигателя, а комутаторът е включен в превключването - устройство с четки и контакти. Устройството на най-простия двигател, вижте фигурата.

Електрониката, която управлява безчетковия мотор, прави същото - в правилните моментисвързва директно напрежение към желаните статорни намотки.

Енкодери, двигатели без енкодери

От гореизложеното е важно да се разбере, че е необходимо да се приложи напрежение към намотките на двигателя в зависимост от позицията на ротора. Следователно електрониката трябва да може да определи позицията на ротора на двигателя . За това се използват сензори за положение. Те могат да бъдат различни видове, оптични, магнитни и др. В момента дискретните сензори, базирани на ефекта на Хол (например SS41), са много разпространени. 3-фазен безчетков двигател използва 3 сензора. Благодарение на такива сензори електронният блок за управление винаги знае в каква позиция е роторът и кои намотки да подава напрежение във всеки един момент. По-късно ще бъде разгледан алгоритъмът за управление на трифазен безчетков двигател.

Има безчеткови двигатели, които нямат сензори. При такива двигатели позицията на ротора се определя чрез измерване на напрежението на неизползвания в този моментвреме за навиване. Тези методи също ще бъдат обсъдени по-късно. Трябва да обърнете внимание на съществен момент: този метод е приложим само когато двигателят се върти. Когато моторът не се върти или се върти много бавно, този метод не работи.

В какви случаи се използват безчеткови двигатели със сензори и в какви случаи без сензори? Каква е тяхната разлика?

Двигателите с енкодери са предпочитани от техническа гледна точка. Алгоритъмът за управление на такива двигатели е много по-прост. Има обаче и недостатъци: необходимо е да се осигури захранване на сензорите и да се прокарат проводници от сензорите в двигателя към управляващата електроника; в случай на повреда на един от сензорите, двигателят спира да работи, а подмяната на сензорите по правило изисква разглобяване на двигателя.

В случаите, когато е конструктивно невъзможно да се поставят сензори в корпуса на двигателя, се използват двигатели без сензори. Структурно такива двигатели практически не се различават от двигателите със сензори. Но електронният блок трябва да може да управлява двигателя без сензори. В този случай контролният блок трябва да отговаря на характеристиките специфичен моделдвигател.

Ако двигателят трябва да стартира със значително натоварване на вала на двигателя (електрически транспорт, повдигащи механизми и др.), Използват се двигатели със сензори.
Ако двигателят стартира без натоварване на вала (вентилация, въздушно витло, използва се центробежен съединител и др.), могат да се използват двигатели без сензори. Запомнете: двигател без енкодери трябва да стартира без натоварване на вала. Ако това условие не е изпълнено, трябва да се използва двигател с енкодери. Освен това, в момента на стартиране на двигателя без сензори, са възможни въртеливи колебания на оста на двигателя в различни страни. Ако това е критично за вашата система, използвайте двигател със сензори.

Три фази

Закупени трифазни безчеткови двигатели най-разпространени. Но те могат да бъдат едно, дву, три или повече фази. Колкото повече фази, толкова по-плавно е въртенето на магнитното поле, но толкова по-сложна е системата за управление на двигателя. 3-фазната система е най-оптималната по отношение на съотношението ефективност/сложност, поради което е толкова широко разпространена. Освен това ще се разглежда само трифазната верига като най-често срещаната. Всъщност фазите са намотките на двигателя. Следователно, ако кажете „три намотки“, мисля, че това също ще бъде правилно. Три намотки са свързани по схемата "звезда" или "триъгълник". Трифазен безчетков двигател има три проводника - проводници за намотаване, вижте фигурата.

Двигателите с енкодери имат допълнителни 5 проводника (2 за захранване на позиционния енкодер и 3 за сигнали на енкодера).

В трифазна система напрежението се прилага към две от трите намотки във всеки един момент. По този начин има 6 опции за прилагане на постоянно напрежение към намотките на двигателя, както е показано на фигурата по-долу.

Характеристики на постояннотоков двигател. Подобно на постояннотокови двигатели, безчеткови двигателиработят на постоянен ток. VD може да се разглежда като двигател с постоянен ток, в който възелът на четката-колектор е заменен от електроника, което се подчертава от думата „клапан“, тоест „управляван от ключове за захранване" (клапани). Фазовите токове на безчетков двигател имат синусоидална форма. По правило като усилвател на мощност се използва автономен инвертор на напрежение с широчинно-импулсна модулация (PWM).

Вентилният двигател трябва да се разграничава от безчетковия постояннотоков двигател (BDC), който има трапецовидно разпределение на магнитното поле в междината и се характеризира с правоъгълна форма на фазовите напрежения. Структурата BLDT е по-проста от структурата VD (няма преобразувател на координати, вместо PWM се използва 120- или 180-градусово превключване, чието изпълнение е по-просто от PWM).

В литературата на руски език двигателят се нарича клапанен двигател, ако обратната ЕМП на управляваната синхронна машина е синусоидална и безконтактен мотор DC, ако обратната ЕМП е трапецовидна.

В англоезичната литература такива двигатели обикновено не се разглеждат отделно от електрическото задвижване и се означават със съкращенията PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) или BLDC (Brushless Direct Current Motor). Струва си да се отбележи, че съкращението PMSM в англоезичната литература се използва по-често за обозначаване на самите синхронни машини с постоянни магнити и със синусоидална форма на обратнофазовата EMF, докато съкращението BLDC е подобно на руското съкращение BDPT и се отнася до двигатели с трапецовидна форма на обратно ЕМП (ако не е посочена друга форма).

Най-общо казано, безчетковият двигател не е електрическа машина в традиционния смисъл, тъй като неговите проблеми засягат редица въпроси, свързани с теорията на електрическите задвижвания и системите за автоматично управление: структурна организация, използване на сензори и електронни компоненти, както и софтуер.

BLDC двигателите, които съчетават надеждността на AC машините с добрата управляемост на DC машините, са алтернатива на DC двигателите, които се характеризират с редица недостатъци, свързани с контролния панел, като искри, шум, износване на четки, лоша арматура разсейване на топлината и т.н. Липсата на контролния панел позволява използването на VD в онези приложения, където използването на DPT е трудно или невъзможно.

Описание и принцип на действие[ | ]

Ориз. 2. Устройството на двуфазен безчетков двигател със синхронна машина с постоянни магнити на ротора. PC - координатен преобразувател, PA - усилвател на мощност,
SEMP - синхронен електромеханичен преобразувател (синхронна машина), DPR - датчик за положение на ротора.

U α = − u q ⋅ sin ⁡ θ , (\displaystyle u_(\alpha )=-u_(q)\cdot \sin (\theta ),)

U β = (\displaystyle u_(\beta )=) u q ⋅ cos ⁡ θ , (\displaystyle u_(q)\cdot \cos (\theta ),)

където е ъгълът на въртене на ротора (и системата от въртящи се координати) спрямо оста α (\displaystyle \alpha )фиксирана координатна система. За измерване на моментната стойност на ъгъл θ (\displaystyle \theta )сензор за положение на ротора (RPS) е монтиран на вала на HP.

Всъщност в този случай това е задаването на стойността на амплитудата на фазовите напрежения. Компютър, осъществяващ позиционна модулация на сигнала u q (\displaystyle u_(q)), генерира хармонични сигнали u α, u β (\displaystyle u_(\alpha),u_(\beta)), които усилвателят на мощност (PA) преобразува във фазови напрежения u A , u B (\displaystyle u_(A),u_(B)). Синхронен двигателкато част от безчетков двигател, често се нарича синхронен електромеханичен преобразувател (SEMC).

По правило електронната част на HP превключва фазите на статора на синхронната машина, така че векторът на магнитния поток на статора да е ортогонален на вектора на магнитния поток на ротора (така нареченото векторно управление). При спазване на ортогоналността на потоците на статора и ротора се поддържа максималният въртящ момент на HP при промяна на скоростта на въртене, което предотвратява изпадането на ротора от синхрон и осигурява работата на синхронната машина с най-висока възможна ефективност за него. За определяне на текущата позиция на потока на ротора могат да се използват сензори за ток вместо сензора за позиция на ротора (индиректно измерване на позицията).

Електронната част на модерен VD съдържа микроконтролер и транзисторен мост, а принципът на широчинно-импулсната модулация (PWM) се използва за формиране на фазови токове. Микроконтролерът следи за спазването на зададените закони за управление, а също така извършва диагностика на системата и нейната софтуерна защита срещу аварийни ситуации.

Понякога няма сензор за положение на ротора и позицията се оценява от системата за управление от измервания на текущи сензори с помощта на наблюдатели (така нареченото "безсензорно" управление на HP). В такива случаи, поради премахването на скъп и често тромав сензор за позиция, цената и теглото и размерите на електрическото задвижване с HP намаляват, но контролът става по-сложен и точността на определяне на позицията и скоростта намалява.

При приложения със средна до висока мощност към системата могат да се добавят електрически филтри за смекчаване на отрицателните ефекти от ШИМ: пренапрежения на намотките, лагерни токове и намалена ефективност. Това обаче важи за всички видове двигатели.

Предимства и недостатъци[ | ]

Клапанните двигатели са проектирани да се комбинират най-добри качества AC двигатели и DC двигатели. Това определя тяхното достойнство.

Предимства:

Вентилните двигатели също се характеризират с някои недостатъци, основният от които е високата цена. Говорейки обаче за висока цена, трябва да се вземе предвид и фактът, че безчетковите двигатели обикновено се използват в скъпи системи с повишени изисквания за точност и надеждност.

недостатъци:

Дизайн [ | ]

В структурно отношение съвременните вентилни задвижвания се състоят от електромеханична част (синхронна машина и датчик за положение на ротора) и управляваща част (микроконтролер и захранващ мост).

Когато се говори за дизайна на VD, е полезно да се има предвид неконструктивен елемент на системата - управляващата програма (логика).

Синхронната машина, използвана в HP, се състои от ламиниран (сглобен от отделни електрически изолирани листове от електротехническа стомана - за намаляване на вихровите токове) статор, в който е разположена многофазна (обикновено дву- или трифазна) намотка и ротор (обикновено на постоянни магнити).

Като сензори за положение на ротора в BDPT се използват сензори на Хол, а във VD се използват въртящи се трансформатори и акумулиращи сензори. В т.нар. В "безсензорни" системи информацията за позицията се определя от системата за управление от моментните стойности на фазовите токове.

Информацията за положението на ротора се обработва от микропроцесора, който според управляващата програма генерира управляващи PWM сигнали. Нисковолтовите PWM сигнали от микроконтролера след това се преобразуват от усилвател на мощност (обикновено транзисторен мост) в захранващи напрежения, приложени към двигателя.

Комбинацията от сензора за положение на ротора и електронния модул в HP и BDPT може да се сравни с известна степен на надеждност с четково-колекторния блок на DT. Не забравяйте обаче, че двигателите рядко се използват извън задвижването. По този начин електронното оборудване е характерно за VD почти в същата степен, както за DPT.

статор [ | ]

Статорът има традиционен дизайн. Състои се от корпус, сърцевина от електротехническа стомана и медна намотка, положена в жлебове по периметъра на сърцевината. Намотката е разделена на фази, които са положени в жлебове по такъв начин, че да са пространствено изместени една спрямо друга под ъгъл, определен от броя на фазите. Известно е, че две фази са достатъчни за равномерно въртене на вала на двигателя на AC машина. Обикновено синхронните машини, използвани в HP, са трифазни, но се срещат и HP с четири- и шестфазни намотки.

Ротор [ | ]

Според разположението на ротора безчетковите двигатели се делят на вътрешнороторни (англ. inrunner) и външнороторни (англ. outrunner).

Роторът е направен с помощта на постоянни магнити и обикновено има две до шестнадесет двойки полюси с редуващи се северен и южен полюс.

Появата на безчеткови двигатели се обяснява с необходимостта да се създаде електрическа машина с много предимства. Безчетковият двигател е устройство без колектор, чиято функция се поема от електрониката.

BKEPT - безчеткови DC двигатели, могат да бъдат мощност, например, 12, 30 волта.

• Избор на правилния двигател
• Принцип на действие
• BKEPT устройство
• Сензори и тяхното отсъствие
• Няма сензор
• Концепцията за честотата на ШИМ
• система ардуино
• Монтаж на двигателя

Избор на правилния двигател

За да изберете единица, е необходимо да сравните принципа на работа и характеристиките на колекторните и безчетковите двигатели.

Отляво надясно: колекторен двигател и мотор FK 28-12 без четки

Колекторните струват по-малко, но развиват ниска скорост на въртене. Те работят на постоянен ток, имат малко тегло и размери, достъпен ремонтза резервни части. Проявата на отрицателно качество се разкрива, когато се получи огромен брой обороти. Четките влизат в контакт с комутатора, причинявайки триене, което може да повреди механизма. Производителността на уреда е намалена.

Четките не само изискват ремонт поради бързо износване, но може да доведе и до прегряване на механизма.

Основното предимство на безчетковия DC двигател е липсата на въртящ момент и превключващи щифтове. Това означава, че няма източници на загуби, както при двигателите с постоянен магнит. Техните функции се изпълняват от MOS транзистори. Преди това цената им беше висока, така че не бяха налични. Днес цената стана приемлива и производителността се подобри значително. При липса на радиатор в системата мощността е ограничена от 2,5 до 4 вата, а работният ток е от 10 до 30 ампера. ефективност безчеткови двигателимного висок.

Второто предимство са настройките на механиката. Оста е монтирана на широки лагери. В конструкцията няма чупещи и изтриващи се елементи.

Единственият минус е скъпият електронен блок за управление.

Помислете за пример за механиката на CNC машина с шпиндел.

Смяната на колекторния двигател с безчетков ще предпази CNC шпиндела от счупване. Под шпиндела се има предвид вал с десен и ляв въртящ момент. CNC шпинделът има голяма сила. Скоростта на въртящия момент се контролира от серво тестера, а скоростта се контролира от автоматичния контролер. Цената на CNC с шпиндел е около 4 хиляди рубли.

Принцип на действие

Основната характеристика на механизма е липсата на колектор. И постоянните магнити са монтирани на шпиндела, който е роторът. Около него има жични намотки, които имат различни магнитни полета. Разликата между 12-волтовите безчеткови двигатели е сензорът за управление на ротора, разположен върху него. Сигналите се подават в блока за контрол на скоростта.

BKEPT устройство

Разположението на магнитите вътре в статора обикновено се използва за двуфазни двигатели с малък брой полюси. Принципът на въртящия момент около статора се използва, когато е необходимо да се получи двуфазен двигател с ниска скорост.

На ротора има четири полюса. Магнитите с правоъгълна форма се монтират чрез редуване на полюсите. Броят на полюсите обаче не винаги е равен на броя на магнитите, които могат да бъдат 12, 14. Но броят на полюсите трябва да е четен.Няколко магнита могат да съставят един полюс.

Картината показва 8 магнита, образуващи 4 полюса. Силовият момент зависи от мощността на магнитите.

Сензори и тяхното отсъствие

Контролерите за пътуване са разделени на две групи: със и без сензор за положение на ротора.

Силите на тока се прилагат към намотките на двигателя при специална позицияротор.Определя се от електронна системас помощта на датчик за положение. Те са различни видове. Популярен контролер за пътуване е дискретен сензор с ефект на Хол. Трифазен 30-волтов двигател ще използва 3 сензора. Електронният блок постоянно има данни за положението на ротора и насочва напрежението във времето към желаните намотки.

Често срещано устройство, което променя заключенията си при превключване на намотките.

Устройство с отворена верига измерва ток, скорост. ШИМ каналите са прикрепени към дъното на системата за управление.

Три входа са свързани към сензора на Хол. В случай на промяна на датчика на Хол започва процесът на обработка на прекъсването. За да се осигури бърз отговор на прекъсването, към долните щифтове на порта е свързан сензор на Хол.

Използване на датчик за положение с микроконтролер

За да спестите сметки за електричество, нашите читатели препоръчват Electricity Saving Box. Месечните плащания ще бъдат с 30-50% по-малко, отколкото са били преди използването на спасителя. Той премахва реактивния компонент от мрежата, в резултат на което натоварването и в резултат на това консумацията на ток намалява. Електрическите уреди консумират по-малко електроенергия, намалявайки разходите за нейното плащане.

Каскадният контролер на силата е в основата на ядрото на AVR, което осигурява интелигентно управление на безчетков DC мотор. AVR е чип за изпълнение на определени задачи.

Принципът на действие на ходовия контролер може да бъде със или без датчик. Програмата на платката AVR прави:

• стартиране на двигателя възможно най-бързо без използване на външни допълнителни устройства;
• контрол на скоростта чрез един външен потенциометър.

отделен изглед автоматично управление sma, използвани в перални машини.

Няма сензор

За да се определи позицията на ротора, е необходимо да се измери напрежението на намотката на празен ход. Този методприложимо, когато двигателят се върти, в противен случай няма да работи.

Безсензорните контролери за пътуване са с по-леко тегло, което обяснява широкото им използване.

Контролерите имат следните свойства:

• стойност на максималния постоянен ток;
• стойността на максималното работно напрежение;
• номер максимална скорост;
• съпротивление на силовите превключватели;
• импулсна честота.

Когато свързвате контролера, е важно проводниците да са възможно най-къси. Поради появата на токови удари в началото. Ако жицата е дълга, тогава могат да възникнат грешки при определяне на позицията на ротора. Следователно контролерите се продават с проводник 12 - 16 cm.

Контролерите имат много софтуерни настройки:

• контрол на изключване на двигателя;
• меко или твърдо изключване;
• спиране и плавно изключване;
• напредваща мощност и ефективност;
• мек, твърд, бърз старт;
• ограничение на тока;
• газов режим;
• промяна на посоката.

Контролерът LB11880, показан на фигурата, съдържа мощен драйвер за безчетков двигател, тоест можете да стартирате двигателя директно към микросхемата без допълнителни драйвери.

Концепцията за честотата на ШИМ

Когато ключовете са включени, пълното натоварване се прилага към двигателя. Устройството достига максимална скорост. За да управлявате двигателя, трябва да осигурите регулатор на мощността. Точно това прави широчинно-импулсната модулация (PWM).

Задава се необходимата честота на отваряне и затваряне на клавишите. Напрежението се променя от нула до работно. За да контролирате скоростта, е необходимо да насложите PWM сигнала върху ключовите сигнали.

ШИМ сигналът може да се генерира от устройството на няколко изхода. Или създайте ШИМ за отделен ключ с програма. Веригата става по-проста. ШИМ сигналът е 4-80 килохерца.

Увеличаването на честотата води до повече преходни процеси, което води до топлина. Височината на честотата на ШИМ увеличава броя на преходните процеси, което води до загуби на ключовете. Малката честота не дава желаната плавност на управлението.

За да се намалят загубите на клавишите по време на преходни процеси, PWM сигналите се прилагат отделно към горните или долните превключватели. Преките загуби се изчисляват по формулата P=R*I2, където P е мощността на загубата, R е съпротивлението на превключвателя, I е силата на тока.

По-малкото съпротивление минимизира загубите, повишава ефективността.

система ардуино

Често хардуерен компютър се използва за управление на безчеткови двигатели. платформа ардуино. Базиран е на платка и среда за разработка на езика Wiring.

Платката Arduino включва микроконтролер Atmel AVR и програмиране на елементи и взаимодействие с вериги. Платката има регулатор на напрежението. Платката Serial Arduino е проста инвертираща схема за преобразуване на сигнали от едно ниво на друго. Програмите се инсталират през USB. Някои модели, като Arduino Mini, изискват допълнителна таксаза програмиране.

Езикът за програмиране Arduino използва стандартна обработка. Някои модели arduino ви позволяват да контролирате няколко сървъра едновременно. Програмите се обработват от процесора и се компилират от AVR.

Проблеми с контролера могат да възникнат поради спадове на напрежението и прекомерно натоварване.

Монтаж на двигателя

Монтажът на двигателя е механизъм, който монтира двигател. Използва се в двигателни инсталации. Монтажът на двигателя се състои от свързани помежду си пръти и рамкови елементи. Стойките на двигателя са плоски, пространствени по елементи. Монтаж на мотор за един 30 волтов мотор или множество устройства. захранваща веригамонтаж на двигателя се състои от набор от пръти. Монтажът на двигателя е монтиран в комбинация от елементи на ферма и рамка.

Безчетковият постояннотоков двигател е незаменим агрегат, използван както в ежедневието, така и в индустрията. Например CNC машина, медицинско оборудване, автомобилни механизми.

BKEPT се отличават с надеждност, високопрецизен принцип на работа, автоматично интелигентно управление и регулиране.