Výkonné bezkomutátorové stejnosměrné motory. Bezkomutátorové motory

Trocha historie:

Hlavním problémem všech motorů je přehřívání. Rotor se točil uvnitř jakéhosi statoru, a proto teplo z přehřátí nikam neodcházelo. Lidé přišli s geniálním nápadem: otáčet ne rotorem, ale statorem, který by byl při rotaci chlazen vzduchem. Když takový motor vznikl, stal se široce používaným v letectví a stavbě lodí, a proto dostal přezdívku Brushless Motor.

Brzy byl vytvořen elektrický analog bezkomutátorového motoru. Říkali tomu bezkomutátorový motor, protože neměl sběrače (kartáče).

Bezkartáčový motor.

Brushless (bezkartáčové anglické) elektromotory k nám přišly relativně nedávno, v nedávné době 10-15 let. Na rozdíl od kolektorové motory jsou napájeny třífázovým střídavým proudem. Bezkomutátorové motory pracují efektivně v širším rozsahu otáček a mají více vysoká účinnost . Konstrukce motoru je přitom poměrně jednoduchá, nemá kartáčovou sestavu, která neustále dře o rotor a vytváří jiskry. Dá se říci, že bezkomutátorové motory se prakticky neopotřebovávají. Náklady na bezkomutátorové motory jsou o něco vyšší než na kartáčové motory. Je to proto, že všechny bezkomutátorové motory mají ložiska a jsou obecně kvalitnější.

Testy ukázaly:
Tyč se šroubem 8x6 = 754 gramů,
RPM = 11550 ot./min,
Spotřeba energie = 9 wattů(bez šroubu) , 101 wattů(se šroubem),

Výkon a účinnost

Výkon lze vypočítat takto:
1) Výkon v mechanice se vypočítá podle následujícího vzorce: N=F*v, kde F je síla a v je rychlost. Ale protože je šroub ve statickém stavu, nedochází k žádnému pohybu, kromě rotace. Pokud je tento motor instalován na modelu letadla, pak by bylo možné měřit rychlost (rovná se 12 m / s) a vypočítat užitečný výkon:
N užitečné \u003d 7,54 * 12 \u003d 90,48 wattů
2) účinnost elektrický motor se nachází podle následujícího vzorce: Efektivita = N užitečných / N vynaložených * 100 %, Kde N náklady = 101 wattů
Účinnost = 90,48/101 * 100 % = 90 %
V průměru je účinnost bezkomutátorových motorů reálná a kolísá kolem 90 % (nejvyšší účinnost dosahovaná tímto typem motoru je 99.68% )

Specifikace motoru:

Napětí: 11,1 voltů
Obraty: 11550 ot./min
Maximální proud: 15A
Napájení: 200 wattů
Tah: 754 gramů (šroub 8x6)

Závěr:

Cena jakékoli věci závisí na rozsahu její výroby. Výrobci bezkomutátorové motory množí se jako houby po dešti. Proto chci věřit, že v blízké budoucnosti cena řadičů a bezkartáčových motory padnou jak to padlo na radiové ovládací zařízení ... Možnosti mikroelektroniky se každým dnem rozšiřují, velikost a hmotnost ovladačů se postupně zmenšuje. Dá se předpokládat, že v blízké budoucnosti budou regulátory zabudovány přímo do motorů! Třeba se dožijeme dnešního dne...

Domácí a lékařské přístroje, letecké modelářství, uzavírací pohony pro plynovody a ropovody - to je daleko od kompletní seznam aplikace bezkomutátorových motorů (BD) stejnosměrný proud. Podívejme se na zařízení a princip činnosti těchto elektromechanických pohonů, abychom lépe porozuměli jejich výhodám a nevýhodám.

Obecné informace, zařízení, rozsah

Jedním z důvodů zájmu o DB je zvýšená potřeba vysokootáčkových mikromotorů s přesným polohováním. Vnitřní struktura takových pohonů je znázorněna na obrázku 2.

Rýže. 2. Zařízení Imp komutátorový motor

Jak vidíte, konstrukce je rotor (kotva) a stator, první má permanentní magnet (nebo několik magnetů uspořádaných v určitém pořadí) a druhý je vybaven cívkami (B) pro vytvoření magnetického pole.

Je pozoruhodné, že tyto elektromagnetické mechanismy mohou být buď s vnitřní kotvou (tento typ konstrukce je vidět na obrázku 2) nebo vnější (viz obrázek 3).

Rýže. 3. Provedení s vnější kotvou (outrunner)

V souladu s tím má každý z návrhů specifický rozsah. Zařízení s vnitřní armaturou mají vysoká rychlost rotace, proto se používají v chladicích soustavách, as elektrárny drony atd. Jezdí s vnější rotor se používají tam, kde je vyžadováno přesné polohování a odolnost proti přetížení točivého momentu (robotika, lékařská zařízení, CNC stroje atd.).

Princip činnosti

Na rozdíl od jiných pohonů, např. asynchronní stroj střídavý proud, pro provoz DB ​​je nutný speciální regulátor, který zapíná vinutí tak, že vektory magnetických polí kotvy a statoru jsou vůči sobě ortogonální. To znamená, že hnací zařízení ve skutečnosti reguluje točivý moment působící na kotvu DB. Tento proces je jasně znázorněn na obrázku 4.

Jak vidíte, pro každý pohyb kotvy je nutné provést určitou komutaci ve vinutí statoru bezkomutátorového motoru. Tento princip fungování neumožňuje plynulé ovládání rotace, ale umožňuje rychle získat hybnost.

Rozdíly mezi kartáčovanými a bezkomutátorovými motory

Pohon typu kolektoru se liší od DB as Designové vlastnosti(viz obr. 5.), a princip činnosti.

Rýže. 5. A - kolektorový motor, B - bezkomutátorový

Zvážit konstrukční rozdíly. Obrázek 5 ukazuje, že rotor (1 na obrázku 5) motoru kolektorového typu, na rozdíl od bezkomutátorového, má cívky, ve kterých jednoduchý obvod vinutí a permanentní magnety(obvykle dva) jsou namontovány na statoru (2 na obr. 5). Kromě toho je na hřídeli instalován kolektor, ke kterému jsou připojeny kartáče, které přivádějí napětí do vinutí kotvy.

Stručně popište princip fungování sběratelské stroje. Při přivedení napětí na jednu z cívek dojde k jejímu vybuzení a vytvoření magnetického pole. Spolupracuje s permanentními magnety, což způsobuje rotaci kotvy a na ní umístěného kolektoru. Výsledkem je, že energie je dodávána do druhého vinutí a cyklus se opakuje.

Frekvence otáčení kotvy této konstrukce přímo závisí na intenzitě magnetického pole, které je zase přímo úměrné napětí. To znamená, že ke zvýšení nebo snížení rychlosti stačí zvýšit nebo snížit úroveň výkonu. A pro obrácení je nutné přepnout polaritu. Tento způsob ovládání nevyžaduje speciální ovladač, protože ovladač pojezdu může být vyroben na základě proměnného odporu a konvenční spínač bude fungovat jako invertor.

Konstrukční vlastnosti bezkomutátorových motorů jsme zvažovali v předchozí části. Jak si pamatujete, jejich připojení vyžaduje speciální ovladač, bez kterého prostě nebudou fungovat. Ze stejného důvodu nelze tyto motory použít jako generátor.

Je třeba také poznamenat, že v některých pohonech tohoto typu pro efektivnější řízení jsou polohy rotoru monitorovány pomocí Hallových senzorů. To výrazně zlepšuje vlastnosti bezkomutátorových motorů, ale vede to ke zvýšení nákladů na již tak nákladnou konstrukci.

Jak nastartovat bezkomutátorový motor?

Aby tento typ pohonu fungoval, je nutný speciální ovladač (viz obrázek 6). Bez něj je spuštění nemožné.

Rýže. 6. Střídavé regulátory motorů pro modelování

Nemá smysl sestavit takové zařízení sami, bude levnější a spolehlivější koupit hotové. Můžete si to vyzvednout následující charakteristiky, charakteristika kanálových ovladačů PWM:

• Maximální přípustný proud, tato charakteristika je uvedena pro normální provoz zařízení. Poměrně často výrobci uvádějí tento parametr v názvu modelu (například Phoenix-18). V některých případech je uvedena hodnota pro špičkový režim, kterou může regulátor udržovat několik sekund.
• Maximální jmenovité napětí pro nepřetržitý provoz.
• Odpor vnitřních obvodů regulátoru.
• Přípustný počet otáček, udávaný v ot./min. Nad tuto hodnotu regulátor nedovolí zvýšit otáčky (omezení je implementováno na softwarové úrovni). Vezměte prosím na vědomí, že rychlost je vždy uvedena pro 2-pólové pohony. Pokud je pólových párů více, vydělte hodnotu jejich počtem. Například číslo 60000 ot./min je uvedeno pro 6 magnetický motor rychlost otáčení bude 60000/3=20000 prm.
• Frekvence generovaných impulsů, u většiny regulátorů leží tento parametr v rozsahu od 7 do 8 kHz, více drahé modely umožňují přeprogramovat parametr zvýšením na 16 nebo 32 kHz.

Všimněte si, že první tři charakteristiky určují kapacitu databáze.

Bezkartáčové ovládání motoru

Jak bylo uvedeno výše, komutace vinutí pohonu je řízena elektronicky. Aby řidič určil, kdy přepnout, sleduje polohu kotvy pomocí Hallových senzorů. Pokud pohon není vybaven takovými detektory, pak zpět emf, který se vyskytuje v nezapojených statorových cívkách. Kontrolér, který je ve skutečnosti hardwarově-softwarovým komplexem, tyto změny sleduje a nastavuje pořadí přepínání.

Třífázový bezkomutátorový DC motor

Většina databází se provádí v třífázovém provedení. Pro ovládání takového pohonu má regulátor převodník konstantní napětí do třífázového pulzu (viz obr. 7).

Obrázek 7. Diagramy napětí DB

Abychom vysvětlili, jak takový bezkomutátorový motor funguje, měli bychom zvážit obrázek 4 spolu s obrázkem 7, kde jsou postupně znázorněny všechny fáze provozu pohonu. Pojďme si je zapsat:

1. Kladný impuls je aplikován na cívky "A", zatímco záporný impuls je aplikován na "B", v důsledku toho se kotva pohne. Senzory zaznamenají jeho pohyb a vydají signál pro další komutaci.
2. Cívka "A" se vypne a kladný impuls přejde na "C" ("B" zůstane nezměněn), poté je dán signál další sadě impulsů.
3. Na "C" - kladné, "A" - záporné.
4. Funguje dvojice „B“ a „A“, které dostávají pozitivní a negativní impulsy.
5. Kladný puls je znovu aplikován na "B" a záporný puls na "C".
6. Cívky "A" jsou zapnuty (+ je dodáváno) a záporný impuls se opakuje na "C". Poté se cyklus opakuje.

Ve zjevné jednoduchosti řízení je mnoho obtíží. Je nutné nejen sledovat polohu kotvy, aby se vytvořila další série impulsů, ale také řídit rychlost otáčení úpravou proudu v cívkách. Navíc byste si měli vybrat co nejvíce optimální parametry pro zrychlení a zpomalení. Za zmínku také stojí, že ovladač musí být vybaven blokem, který umožňuje ovládat jeho provoz. Vzhled takové multifunkční zařízení je vidět na obrázku 8.

Rýže. 8. Multifunkční bezkomutátorový regulátor motoru

Výhody a nevýhody

Elektrický bezkomutátorový motor má mnoho výhod, jmenovitě:

• Životnost je mnohem delší než u běžných kolektorů.
• Vysoká účinnost.
• rychlé vytáčení nejvyšší rychlost otáčení.
• Je výkonnější než CD.
• Absence jisker během provozu umožňuje použití pohonu v podmínkách nebezpečí požáru.
• Není potřeba žádné další chlazení.
• Jednoduchá obsluha.

Nyní se podíváme na nevýhody. Značná nevýhoda, což omezuje použití databáze - jejich relativně vysoká cena (s přihlédnutím k ceně řidiče). Mezi nepříjemnosti patří nemožnost použití databáze bez ovladače ani pro krátkodobou aktivaci, například pro kontrolu výkonu. Oprava problému, zejména pokud je nutné převinutí.

Zveřejněno 19.03.2013

Tímto článkem zahajuji sérii publikací o bezkomutátorových stejnosměrných motorech. Popíšu přístupným jazykem obecná informace, zařízení, řídicí algoritmy pro bezkomutátorový motor. Bude zváženo odlišné typy motory, jsou uvedeny příklady výběru parametrů regulátoru. Popíšu zařízení a algoritmus regulátoru, způsob volby výkonových spínačů a hlavní parametry regulátoru. Logickým závěrem publikací bude schéma regulátora.

Bezkomutátorové motory se rozšířily díky vývoji elektroniky a zejména díky vzhledu levných výkonových tranzistorových spínačů. Důležitou roli sehrál i vzhled výkonných neodymových magnetů.

Bezkomutátorový motor by však neměl být považován za novinku. Myšlenka bezkomutátorového motoru se objevila na úsvitu elektřiny. Kvůli nedostupnosti technologie však čekal na svůj čas až do roku 1962, kdy se objevil první komerční bezkomutátorový stejnosměrný motor. Tito. Již více než půl století existují různé sériové realizace tohoto typu elektrického pohonu!

Nějaká terminologie

Bezkomutátorové stejnosměrné motory se také nazývají ventilové motory, v zahraniční literatuře BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) nebo PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor).

Konstrukčně se bezkomutátorový motor skládá z rotoru s permanentními magnety a statoru s vinutím. Upozorňuji na skutečnost, že u kolektorového motoru jsou naopak vinutí na rotoru. Proto dále v textu jsou rotorem magnety, statorem vinutí.

K ovládání motoru se používá elektronický regulátor. V zahraniční literatuře Speed ​​​​Controller nebo ESC (Electronic speed control).

Co je to bezkomutátorový motor?

Lidé, kteří čelí něčemu novému, obvykle hledají analogie. Někdy musíte slyšet frázi „no, je to jako synchronizátor“, nebo ještě hůř, „vypadá to jako stepper“. Protože většina bezkomutátorových motorů je 3-fázových, je to ještě matoucí, což vede k mylné představě, že regulátor „napájí“ motor 3-fázovým střídavým proudem. Vše výše uvedené je pravda jen částečně. Faktem je, že všechny motory kromě asynchronních lze nazvat synchronní. Všechny stejnosměrné motory jsou synchronní se samosynchronizací, ale jejich princip činnosti se liší od synchronních střídavých motorů, které samosynchronizaci nemají. Jako krokový bezkomutátorový motor může také pravděpodobně fungovat. Ale jde o to: cihla může také létat ... však ne daleko, protože k tomu není určena. Tak jako krokový motor vhodnější je bezkomutátorový reluktanční motor.

Zkusme přijít na to, co je to bezkomutátorový stejnosměrný motor (Brushles Direct Current Motor). V této frázi samotné se již skrývá odpověď – jedná se o stejnosměrný motor bez kolektoru. Funkce kolektoru zastává elektronika.

Výhody a nevýhody

Z konstrukce motoru je odstraněna poměrně složitá, těžká a jiskřící sestava, sběrač. Konstrukce motoru je značně zjednodušená. Motor je lehčí a kompaktnější. Výrazně snížené spínací ztráty díky výměně komutátorových a kartáčových kontaktů elektronické klíče. Výsledkem je elektromotor s nejlepší účinností a výkonem na kilogram. vlastní hmotnost, s nejširším rozsahem změny rychlosti otáčení. V praxi se bezkomutátorové motory zahřívají méně než jejich sběratelé. vydržet těžký náklad okamžikem. Díky použití výkonných neodymových magnetů jsou bezkomutátorové motory ještě kompaktnější. Konstrukce bezkomutátorového motoru umožňuje provoz ve vodě a agresivním prostředí (samozřejmě pouze motor, regulátor bude velmi drahý na mokro). Bezkomutátorové motory nevytvářejí prakticky žádné rádiové rušení.

Jedinou nevýhodou je komplexní nákladnost elektronickou jednotku ovládání (knoflík nebo ESC). Pokud však chcete ovládat otáčky motoru, elektronika je nepostradatelná. Pokud nepotřebujete řídit otáčky bezkomutátorového motoru, stále se neobejdete bez elektronické řídicí jednotky. Střídavý motor bez elektroniky je jen kus železa. Neexistuje způsob, jak na něj přivést napětí a dosáhnout normální rotace jako u jiných motorů.

Co se děje v bezkomutátorovém regulátoru motoru?

Abychom pochopili, co se děje v elektronice regulátoru, který řídí střídavý motor, vraťme se trochu zpět a nejprve pochopíme, jak střídavý motor funguje. Ze školního kurzu fyziky si pamatujeme, jak magnetické pole působí na rám s proudem. Rám s proudem se otáčí v magnetickém poli. Netočí se však neustále, ale otáčí se do určité polohy. Aby došlo k plynulému otáčení, je nutné přepínat směr proudu ve smyčce v závislosti na poloze smyčky. V našem případě je rám s proudem vinutí motoru a komutátor je zapojen do spínání - zařízení s kartáči a kontakty. Zařízení nejjednoduššího motoru, viz obrázek.

Elektronika, která řídí bezkomutátorový motor, dělá totéž - in správné okamžiky připojuje stejnosměrné napětí k požadovanému vinutí statoru.

Snímače, motory bez snímačů

Z výše uvedeného je důležité pochopit, že je nutné přivést napětí na vinutí motoru v závislosti na poloze rotoru. Proto musí být elektronika schopna určit polohu rotoru motoru . K tomu slouží snímače polohy. Oni mohou být různé typy, optické, magnetické atd. V současné době jsou velmi běžné diskrétní snímače založené na Hallově jevu (například SS41). Třífázový bezkomutátorový motor používá 3 senzory. Díky takovým senzorům elektronická řídicí jednotka vždy ví, v jaké poloze je rotor a na která vinutí má v daném okamžiku přivést napětí. Později bude zvažován řídicí algoritmus pro třífázový bezkomutátorový motor.

Existují bezkomutátorové motory, které nemají senzory. U takových motorů je poloha rotoru určena měřením napětí na nevyužitém vstupu tento moment doba navíjení. Tyto metody budou také diskutovány později. Měli byste věnovat pozornost základnímu bodu: tato metoda je relevantní pouze tehdy, když se motor točí. Když se motor neotáčí nebo se točí velmi pomalu, tato metoda nefunguje.

V jakých případech se používají bezkomutátorové motory se senzory a v jakých případech bez senzorů? Jaký je jejich rozdíl?

Z technického hlediska jsou preferovány motory s enkodéry. Řídicí algoritmus pro takové motory je mnohem jednodušší. Existují však také nevýhody: je nutné zajistit napájení snímačů a položit vodiče od snímačů v motoru k řídicí elektronice; v případě poruchy jednoho ze snímačů motor přestane fungovat a výměna snímačů zpravidla vyžaduje demontáž motoru.

V případech, kdy je konstrukčně nemožné umístit snímače do krytu motoru, se používají motory bez snímačů. Strukturálně se takové motory prakticky neliší od motorů se snímači. Elektronická jednotka ale musí být schopna řídit motor bez senzorů. V tomto případě musí řídicí jednotka odpovídat charakteristikám konkrétní model motor.

Pokud motor musí startovat se značným zatížením hřídele motoru (elektrická doprava, zvedací mechanismy atd.), používají se motory se snímači.
Pokud se motor spustí bez zatížení hřídele (větrání, vzduchová vrtule, používá se odstředivá spojka apod.), lze použít motory bez snímačů. Pamatujte: motor bez enkodéru se musí spustit bez zatížení hřídele. Pokud tato podmínka není splněna, měl by být použit motor s enkodéry. Navíc v okamžiku spouštění motoru bez snímačů jsou možné rotační oscilace osy motoru v různé strany. Pokud je to pro váš systém kritické, použijte motor se senzory.

Třífázové

Zakoupeny třífázové bezkomutátorové motory nejrozšířenější. Ale mohou být jedno, dvou, tří nebo vícefázové. Čím více fází, tím hladší rotace magnetického pole, ale složitější systém řízení motoru. 3-fázový systém je z hlediska poměru účinnost/složitost nejoptimálnější, proto se tak rozšířil. Dále bude uvažován pouze třífázový obvod jako nejběžnější. Ve skutečnosti jsou fázemi vinutí motoru. Pokud tedy řeknete „třívinutí“, myslím, že to bude také správné. Tři vinutí jsou připojena podle schématu "hvězda" nebo "trojúhelník". Třífázový bezkomutátorový motor má tři vodiče - vodiče vinutí, viz obrázek.

Motory s enkodéry mají dalších 5 vodičů (2 pro napájení pozičního enkodéru a 3 signály enkodéru).

V třífázovém systému je napětí přiváděno na dvě ze tří vinutí v daném okamžiku. Existuje tedy 6 možností pro přivedení stejnosměrného napětí na vinutí motoru, jak je znázorněno na obrázku níže.

Charakteristika stejnosměrného motoru. Stejně jako stejnosměrné motory, bezkomutátorové motory pracovat na stejnosměrný proud. VD lze považovat za stejnosměrný motor, u kterého je sestava kartáč-kolektor nahrazena elektronikou, což je zdůrazněno slovem „ventil“, tedy „ovládaný vypínači“ (ventily). Fázové proudy bezkomutátorového motoru mají sinusový tvar. Jako výkonový zesilovač se zpravidla používá autonomní napěťový střídač s pulzně šířkovou modulací (PWM).

Ventilový motor je třeba odlišit od bezkomutátorového stejnosměrného motoru (BLDC), který má lichoběžníkové rozložení magnetického pole v mezeře a vyznačuje se pravoúhlým tvarem fázových napětí. Struktura BLDT je ​​jednodušší než struktura VD (není zde převodník souřadnic, místo PWM je použito přepínání 120 nebo 180 stupňů, jehož implementace je jednodušší než PWM).

V ruskojazyčné literatuře se motor nazývá ventilový motor, pokud je zpětné EMF řízeného synchronního stroje sinusové a bezkontaktní motor DC, pokud je zadní EMF lichoběžníkový.

V anglicky psané literatuře se takové motory obvykle neuvažují odděleně od elektrického pohonu a jsou označovány zkratkami PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) nebo BLDC (Brushless Direct Current Motor). Stojí za zmínku, že zkratka PMSM se v anglické literatuře častěji používá k označení samotných synchronních strojů s permanentními magnety a se sinusovou formou fázového zpětného EMF, zatímco zkratka BLDC je podobná ruské zkratce BDPT a označuje motory s lichoběžníkovým tvarem zpětného EMF (pokud není specifikován jiný tvar).

Obecně řečeno, bezkomutátorový motor není elektrický stroj v tradičním slova smyslu, protože jeho problémy ovlivňují řadu problémů souvisejících s teorií elektrických pohonů a automatických řídicích systémů: strukturální organizace, použití senzorů a elektronických součástek, jakož i software.

BLDC motory, které kombinují spolehlivost střídavých strojů s dobrou ovladatelností stejnosměrných strojů, jsou alternativou stejnosměrných motorů, které se vyznačují řadou nedostatků spojených s ovládacím panelem, jako je jiskření, hluk, opotřebení kartáčů, špatná kotva odvod tepla atd. Absence ovládacího panelu umožňuje použití VD v těch aplikacích, kde je použití DPT obtížné nebo nemožné.

Popis a princip činnosti[ | ]

Rýže. 2. Konstrukce dvoufázového bezkomutátorového motoru se synchronním strojem s permanentními magnety na rotoru. PC - převodník souřadnic, PA - výkonový zesilovač,
SEMP - synchronní elektromechanický měnič (synchronní stroj), DPR - snímač polohy rotoru.

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),)

kde je úhel natočení rotoru (a systému rotačních souřadnic) vzhledem k ose α (\displaystyle \alpha ) pevný souřadnicový systém. K měření okamžité hodnoty úhlu θ (\displaystyle \theta ) na VT hřídeli je instalován snímač polohy rotoru (RPS).

Ve skutečnosti se v tomto případě jedná o přiřazení hodnoty amplitudy fázových napětí. PC, provádějící polohovou modulaci signálu u q (\displaystyle u_(q)), generuje harmonické signály u α , u β (\displaystyle u_(\alpha ),u_(\beta )), které výkonový zesilovač (PA) převádí na fázová napětí u A , u B (\displaystyle u_(A),u_(B)). Synchronní motor jako součást bezkomutátorového motoru se často nazývá synchronní elektromechanický měnič (SEMC).

Elektronická část HP zpravidla spíná statorové fáze synchronního stroje tak, že vektor magnetického toku statoru je ortogonální k vektoru magnetického toku rotoru (tzv. vektorové řízení). Při dodržení ortogonality proudění statorem a rotorem je maximální krouticí moment HP zachován za podmínek změny otáček, což zabraňuje vypadnutí rotoru ze synchronismu a zajišťuje provoz synchronního stroje s nejvyšším možná účinnost pro to. Pro určení aktuální polohy rotorového toku lze místo snímače polohy rotoru použít proudové snímače (nepřímé měření polohy).

Elektronická část moderního VD obsahuje mikrokontrolér a tranzistorový můstek a pro tvorbu fázových proudů je použit princip pulzně šířkové modulace (PWM). Mikrokontrolér hlídá dodržování stanovených regulačních zákonů a také provádí diagnostiku systému a jeho softwarovou ochranu před nouzovými situacemi.

Někdy chybí snímač polohy rotoru a polohu odhaduje řídicí systém z měření proudových snímačů pomocí pozorovatelů (tzv. "bezsenzorové" řízení HP). V takových případech se v důsledku odstranění drahého a často těžkopádného snímače polohy snižuje cena a hmotnost a rozměry elektropohonu s HP, ale řízení se komplikuje, přesnost určování polohy a rychlosti klesá.

V aplikacích středního až vysokého výkonu lze do systému přidat elektrické filtry, které zmírní negativní účinky PWM: rázy ve vinutí, ložiskové proudy a sníženou účinnost. To však platí pro všechny typy motorů.

Výhody a nevýhody[ | ]

Ventilové motory jsou navrženy pro kombinování nejlepší vlastnosti Střídavé a stejnosměrné motory. To určuje jejich důstojnost.

výhody:

Ventilové motory se také vyznačují některými nevýhodami, z nichž hlavní je vysoká cena. Když však mluvíme o vysoké ceně, je třeba vzít v úvahu také skutečnost, že bezkomutátorové motory se obvykle používají v drahých systémech se zvýšenými požadavky na přesnost a spolehlivost.

nedostatky:

Design [ | ]

Konstrukčně se moderní ventilové pohony skládají z elektromechanické části (synchronní stroj a snímač polohy rotoru) a řídicí části (mikrokontrolér a silový můstek).

Při odkazu na konstrukci VD je užitečné mít na paměti nekonstruktivní prvek systému - řídicí program (logiku).

Synchronní stroj používaný v HP se skládá z vrstveného (sestaveného ze samostatných elektricky izolovaných plechů elektrooceli - pro snížení vířivých proudů) statoru, ve kterém je umístěno vícefázové (obvykle dvou nebo třífázové) vinutí, a rotor (obvykle na permanentní magnety).

Hallovy snímače se používají jako snímače polohy rotoru v BDPT a rotační transformátory a akumulační snímače jsou použity ve VD. V tzv. V „bezsenzorových“ systémech jsou informace o poloze určeny řídicím systémem z okamžitých hodnot fázových proudů.

Informace o poloze rotoru zpracovává mikroprocesor, který podle řídicího programu generuje řídicí PWM signály. Nízkonapěťové signály PWM z mikrokontroléru jsou poté převedeny pomocí výkonového zesilovače (obvykle tranzistorový můstek) na výkonová napětí přiváděná do motoru.

Kombinaci snímače polohy rotoru a elektronické sestavy u HP a BDPT lze s jistou mírou spolehlivosti porovnat s kartáčovo-sběrnou jednotkou DT. Pamatujte však, že motory se mimo měnič používají jen zřídka. Elektronické vybavení je tedy pro VD charakteristické téměř ve stejné míře jako pro DPT.

stator [ | ]

Stator má tradiční design. Skládá se z pouzdra, jádra z elektrooceli a měděného vinutí uloženého v drážkách po obvodu jádra. Vinutí je rozděleno na fáze, které jsou uloženy v drážkách tak, že jsou vůči sobě prostorově posunuty o úhel určený počtem fází. Je známo, že dvě fáze jsou dostatečné pro rovnoměrné otáčení hřídele motoru střídavého stroje. Typicky jsou synchronní stroje používané v HP třífázové, ale lze nalézt také HP se čtyř- a šestifázovým vinutím.

Rotor [ | ]

Podle umístění rotoru se bezkomutátorové motory dělí na vnitrorotorové (eng. inrunner) a externí-rotorové (eng. outrunner).

Rotor je vyroben pomocí permanentních magnetů a má obvykle dva až šestnáct párů pólů se střídajícími se severními a jižními póly.

Vznik bezkomutátorových motorů se vysvětluje potřebou vytvořit elektrický stroj s mnoha výhodami. Střídavý motor je zařízení bez kolektoru, jehož funkci přebírá elektronika.

BKEPT - bezkomutátorové stejnosměrné elektromotory, mohou být dimenzovány například na 12, 30 voltů.

• Výběr správného motoru
• Princip činnosti
• Zařízení BKEPT
• Senzory a jejich absence
• Žádný senzor
• Pojem frekvence PWM
• systém arduino
• Držák motoru

Výběr správného motoru

Pro výběr jednotky je nutné porovnat princip činnosti a vlastnosti kolektorových a střídavých motorů.

Zleva doprava: kolektorový motor a motor FK 28-12 bezkomutátorový

Kolektorové stojí méně, ale mají nízkou rychlost otáčení točivého momentu. Pracují na stejnosměrný proud, mají malou hmotnost a velikost, cenově dostupná oprava na náhradní díly. Projev negativní kvality se odhalí, když je přijato velké množství obratů. Kartáče se dotýkají komutátoru a způsobují tření, které může poškodit mechanismus. Výkon jednotky je snížen.

Štětce vyžadují opravu nejen kvůli rychlé opotřebení, ale může také vést k přehřátí mechanismu.

Hlavní výhodou bezkomutátorového stejnosměrného motoru je nedostatek točivého momentu a spínacích kolíků. To znamená, že neexistují žádné zdroje ztrát, jako u motorů s permanentními magnety. Jejich funkce plní tranzistory MOS. Dříve byly jejich náklady vysoké, takže nebyly dostupné. Dnes se cena stala přijatelnou a výkon se výrazně zlepšil. Při absenci radiátoru v systému je výkon omezen od 2,5 do 4 wattů a provozní proud je od 10 do 30 ampér. účinnost bezkomutátorové motory velmi vysoký.

Druhou výhodou je nastavení mechaniky. Náprava je uložena na širokých ložiskách. Ve struktuře nejsou žádné lámací a mazací prvky.

Jediným negativem je drahá elektronická řídicí jednotka.

Vezměme si příklad mechaniky CNC stroje s vřetenem.

Výměna kolektorového motoru za bezkomutátorový ochrání CNC vřeteno před zlomením. Pod vřetenem je myšlena hřídel s pravým a levým otáčením točivého momentu. CNC vřeteno má velkou moc. Rychlost točivého momentu je řízena servotesterem a rychlost je řízena automatickým regulátorem. Náklady na CNC s vřetenem jsou asi 4 tisíce rublů.

Princip činnosti

Hlavním rysem mechanismu je absence kolektoru. A permanentní magnety jsou instalovány na vřetenu, což je rotor. Kolem něj jsou drátová vinutí, která mají různá magnetické pole. Rozdíl mezi 12voltovými bezkomutátorovými motory je na něm umístěný snímač ovládání rotoru. Signály jsou přiváděny do jednotky regulátoru rychlosti.

Zařízení BKEPT

Rozložení magnetů uvnitř statoru se obvykle používá u dvoufázových motorů s malým počtem pólů. Princip točivého momentu kolem statoru se používá, když je potřeba získat dvoufázový motor s nízkými otáčkami.

Na rotoru jsou čtyři póly. Magnety ve tvaru obdélníku jsou instalovány střídavými póly. Počet pólů však není vždy roven počtu magnetů, kterých může být 12, 14. Počet pólů však musí být sudý, jeden pól může tvořit několik magnetů.

Na obrázku je 8 magnetů tvořících 4 póly. Moment síly závisí na síle magnetů.

Senzory a jejich absence

Pojezdové regulátory se dělí do dvou skupin: s a bez snímače polohy rotoru.

Na vinutí motoru působí proudové síly zvláštní postavení rotor.Je určeno elektronický systém pomocí snímače polohy. Jsou různého typu. Oblíbeným cestovním ovladačem je diskrétní Hallův senzor. Třífázový 30V motor bude používat 3 senzory. Elektronická jednotka má neustále údaje o poloze rotoru a včas směruje napětí do požadovaných vinutí.

Běžné zařízení, které při přepínání vinutí mění své závěry.

Zařízení s otevřenou smyčkou měří proud, rychlost. PWM kanály jsou připojeny ke spodní části řídicího systému.

K Hallově čidlu jsou připojeny tři vstupy. V případě změny Hallova snímače začíná proces zpracování přerušení. Pro zajištění rychlé odezvy na přerušení je na spodní piny portu připojen Hallův senzor.

Použití snímače polohy s mikrokontrolérem

Chcete-li ušetřit na účtech za elektřinu, naši čtenáři doporučují Electricity Saving Box. Měsíční platby budou o 30–50 % nižší, než byly před použitím spořiče. Odstraňuje jalovou složku ze sítě, v důsledku čehož se snižuje zátěž a v důsledku toho i spotřeba proudu. Elektrické spotřebiče spotřebují méně elektřiny, čímž se snižují náklady na její platbu.

Kaskádový regulátor síly je srdcem jádra AVR, které zajišťuje inteligentní ovládání bezkomutátorového stejnosměrného motoru. AVR je čip pro provádění určitých úkolů.

Princip činnosti regulátoru zdvihu může být se snímačem nebo bez něj. Program desky AVR dělá:

• co nejrychlejší spuštění motoru bez použití externích přídavných zařízení;
• regulace otáček jedním externím potenciometrem.

samostatný pohled automatické ovládání sma, používaný v pračkách.

Žádný senzor

Pro určení polohy rotoru je nutné změřit napětí na volnoběžném vinutí. Tato metoda použitelné, když se motor točí, jinak nebude fungovat.

Bezsenzorové cestovní ovladače jsou lehčí, což vysvětluje jejich široké použití.

Ovladače mají následující vlastnosti:

• hodnota maximálního stejnosměrného proudu;
• hodnota maximálního provozního napětí;
• číslo maximální rychlost;
• odpor výkonových spínačů;
• impulsní frekvence.

Při připojování ovladače je důležité, aby vodiče byly co nejkratší. Kvůli výskytu proudových rázů při startu. Pokud je drát dlouhý, může dojít k chybám při určování polohy rotoru. Proto se ovladače prodávají s drátem 12 - 16 cm.

Ovladače mají mnoho softwarových nastavení:

• kontrola vypínání motoru;
• měkké nebo tvrdé vypnutí;
• brzdění a plynulé vypínání;
• rostoucí výkon a účinnost;
• měkký, tvrdý, rychlý start;
• proudový limit;
• plynový režim;
• změna směru.

Regulátor LB11880 zobrazený na obrázku obsahuje výkonný měnič bezkomutátorového motoru, to znamená, že můžete motor spustit přímo na mikroobvod bez dalších ovladačů.

Pojem frekvence PWM

Když jsou klíče zapnuté, motor je plně zatížen. Jednotka dosahuje maximální rychlosti. Abyste mohli řídit motor, musíte zajistit regulátor výkonu. To je přesně to, co dělá pulzně-šířková modulace (PWM).

Je nastavena požadovaná frekvence otevírání a zavírání klíčů. Napětí se změní z nuly na pracovní. Pro ovládání rychlosti je nutné superponovat signál PWM na klíčové signály.

PWM signál může být generován zařízením na několika výstupech. Nebo vytvořte PWM pro samostatný klíč pomocí programu. Obvod se stává jednodušším. PWM signál má 4-80 kilohertzů.

Zvýšení frekvence vede k dalším přechodovým procesům, což vede ke vzniku tepla. Výška frekvence PWM zvyšuje počet přechodových jevů, což má za následek ztráty na klávesách. Malá frekvence neposkytuje požadovanou plynulost ovládání.

Pro snížení ztrát na klávesách během přechodových jevů jsou signály PWM aplikovány na horní nebo dolní spínač samostatně. Přímé ztráty se vypočítají podle vzorce P=R*I2, kde P je ztrátový výkon, R je odpor spínače, I je proudová síla.

Menší odpor minimalizuje ztráty, zvyšuje účinnost.

systém arduino

K řízení bezkomutátorových motorů se často používá hardwarový počítač. platforma arduino. Je založen na desce a vývojovém prostředí v jazyce Wiring.

Deska arduino obsahuje mikrokontrolér Atmel AVR a programování prvků a interakci s obvody. Deska má regulátor napětí. Deska Serial Arduino je jednoduchý invertující obvod pro převod signálů z jedné úrovně na druhou. Programy se instalují přes USB. Některé modely, jako například Arduino Mini, vyžadují dodatečný poplatek pro programování.

Programovací jazyk Arduino používá standardní zpracování. Některé modely arduino umožňují ovládat více serverů současně. Programy zpracovává procesor a kompiluje je AVR.

Problémy s ovladačem mohou nastat kvůli poklesu napětí a nadměrné zátěži.

Držák motoru

Držák motoru je mechanismus, který upevňuje motor. Používá se v instalacích motorů. Držák motoru se skládá z propojených tyčí a prvků rámu. Uložení motoru jsou plochá, prostorová z hlediska prvků. Držák motoru pro jeden 30V motor nebo více zařízení. napájecí obvod držák motoru se skládá ze sady tyčí. Držák motoru je instalován v kombinaci prvků vazníku a rámu.

Bezkomutátorový stejnosměrný motor je nepostradatelnou jednotkou používanou v každodenním životě i v průmyslu. Například CNC stroj, lékařské vybavení, automobilové mechanismy.

BKEPT se vyznačují spolehlivostí, vysoce přesným principem činnosti, automatickým inteligentním řízením a regulací.