Třífázový bezkomutátorový motor. Bezkartáčový motor

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).

Bes komutátorový 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 elektromotoru se zjistí 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...

motor stejnosměrný proud volal Elektrický motor který je napájen stejnosměrným proudem. V případě potřeby si pořiďte motor s vysokým točivým momentem a relativně nízkou rychlostí. Konstrukčně jsou Inrunnery jednodušší díky tomu, že pevný stator může sloužit jako pouzdro. Lze na něj namontovat montážní zařízení. U Outrunnerů se otáčí celá vnější část. Motor je upevněn pevnou nápravou nebo statorovými díly. U motorového kola se upevnění provádí pro pevnou osu statoru, dráty jsou ke statoru přivedeny dutou osou, která je menší než 0,5 mm.

motor střídavý proud volal elektromotor napájený střídavým proudem. Existují následující typy střídavých motorů:

K dispozici je také UKD (univerzální komutátorový motor) s funkcí provozního režimu jak na střídavý, tak i stejnosměrný proud.

Dalším typem motoru je krokový motor s konečným počtem poloh rotoru. Určitá naznačená poloha rotoru je fixována napájením potřebných odpovídajících vinutí. Když je napájecí napětí z jednoho vinutí odstraněno a převedeno na jiné, dojde k procesu přechodu do jiné polohy.

Střídavý motor při napájení z komerční sítě obvykle nedosáhne rychlosti více než tři tisíce otáček za minutu. Z tohoto důvodu si v případě potřeby pořiďte další vysoké frekvence je použit kolektorový motor, jehož dalšími výhodami je lehkost a kompaktnost při zachování požadovaného výkonu.

Někdy se používá i speciální převodový mechanismus zvaný multiplikátor, který mění kinematické parametry zařízení na požadované technické ukazatele. Kolektorové sestavy někdy zabírají až polovinu prostoru celého motoru, takže střídavé motory jsou zmenšeny a odlehčeny díky použití frekvenčního měniče a někdy kvůli přítomnosti sítě se zvýšenou frekvencí až 400 Hz.

Jakýkoli zdroj indukční motor střídavý proud je znatelně vyšší než kolektor. Je určeno stav izolace vinutí a ložisek. Synchronní motor při použití měniče a snímače polohy rotoru je považován za elektronický analog klasického kolektorového motoru, který podporuje stejnosměrný provoz.

Bezkomutátorový DC motor. Obecné informace a zařízení zařízení

Bezkartáčový motor Stejnosměrný proud se také nazývá třífázový bezkomutátorový motor. Jedná se o synchronní zařízení, jehož princip je založen na samosynchronizované frekvenční regulaci, díky které vektorové řízení (na základě polohy rotoru) magnetické pole stator.

Tyto typy motorových ovladačů jsou často napájeny stejnosměrným napětím, odtud název. V anglicky psané technické literatuře se bezkomutátorový motor nazývá PMSM nebo BLDC.

Bezkomutátorový motor byl vytvořen především pro optimalizaci jakýkoli stejnosměrný motor obvykle. NA výkonný mechanismus na takové zařízení (zejména na vysokorychlostní mikropohon s přesným polohováním) byly kladeny velmi vysoké požadavky.

To možná vedlo k použití takových specifických DC zařízení, bezkomutátorových třífázové motory, nazývaný také BDPT. Svou konstrukcí jsou téměř totožné se střídavými synchronními motory, kde je rotace magnetický rotor se vyskytuje u konvenčního vrstveného statoru v přítomnosti třífázových vinutí a počet otáček závisí na napětí a zatížení statoru. Na základě určitých souřadnic rotoru se přepínají různá statorová vinutí.

Bezkomutátorové stejnosměrné motory mohou existovat bez jakýchkoliv samostatných snímačů, avšak někdy jsou přítomny na rotoru, jako je Hallův snímač. Pokud zařízení funguje bez přídavného senzoru, pak statorová vinutí působí jako upevňovací prvek. Poté proud vzniká rotací magnetu, kdy rotor indukuje EMF ve vinutí statoru.

Pokud je jedno z vinutí vypnuto, bude indukovaný signál změřen a dále zpracován, ale takový princip fungování není možný bez profesora zpracování signálu. Ale pro zpětný chod nebo brzdění takového elektromotoru není nutný můstkový obvod - bude stačit dodávat řídicí impulsy v opačném pořadí do vinutí statoru.

U VD (spínaný motor) je induktor ve formě permanentního magnetu umístěn na rotoru a vinutí kotvy je na statoru. Na základě polohy rotoru tvoří se napájecí napětí všech vinutí elektrický motor. Při použití v takových konstrukcích kolektoru bude jeho funkci v motoru ventilu plnit polovodičový spínač.

Hlavním rozdílem mezi synchronními a bezkomutátorovými motory je jejich samosynchronizace pomocí DPR, která určuje proporcionální frekvenci otáčení rotoru a pole.

Nejčastěji najde bezkomutátorový stejnosměrný motor uplatnění v následujících oblastech:

stator

Toto zařízení má klasický design a připomíná stejné zařízení asynchronní stroj. Kompozice zahrnuje měděné jádro vinutí(položený po obvodu do drážek), který určuje počet fází, a pouzdro. Obvykle jsou sinusové a kosinové fáze dostačující pro rotaci a samočinné spuštění, ale často bezkartáčový motor vytvořit třífázové a dokonce čtyřfázové.

Elektromotory se zpětným chodem elektromotorická síla Podle typu uložení závitů na vinutí statoru se dělí na dva typy:

• sinusová forma;
• lichoběžníkový tvar.

U odpovídajících typů motorů se elektrický fázový proud také mění podle způsobu napájení sinusově nebo lichoběžníkově.

Rotor

Obvykle je rotor vyroben z permanentních magnetů se dvěma až osmi páry pólů, které se naopak střídají od severu k jihu nebo naopak.

Nejběžnější a nejlevnější pro výrobu rotoru jsou feritové magnety, ale jejich nevýhodou je nízká úroveň magnetická indukce, proto zařízení vyrobená ze slitin různých prvků vzácných zemin nyní nahrazují takový materiál, protože mohou poskytnout vysoká úroveň magnetická indukce, která zase umožňuje zmenšit velikost rotoru.

DPR

Poskytuje snímač polohy rotoru zpětná vazba. Podle principu činnosti je zařízení rozděleno do následujících poddruhů:

• induktivní;
• fotoelektrické;
• Hallův senzor.

Poslední typ je díky svému nejoblíbenějšímu téměř absolutní bez setrvačnosti vlastnosti a schopnost zbavit se zpoždění ve zpětnovazebních kanálech polohou rotoru.

Kontrolní systém

Řídicí systém tvoří výkonové spínače, někdy také tyristory nebo výkonové tranzistory, včetně izolovaného hradla, vedoucí ke sběru proudového nebo napěťového měniče. Nejčastěji se implementuje proces správy těchto klíčů pomocí mikrokontroléru, což vyžaduje obrovské množství výpočetních operací pro ovládání motoru.

Princip činnosti

Činnost motoru spočívá v tom, že regulátor spíná určitý počet statorových vinutí tak, že vektor magnetických polí rotoru a statoru je ortogonální. S PWM (Pulse Width Modulation) regulátor řídí proud protékající motorem a reguluje točivý moment působící na rotor. Směr tohoto působícího momentu je určen značkou úhlu mezi vektory. Při výpočtech se používají elektrické stupně.

Spínání by mělo být provedeno tak, aby Ф0 (buzení rotoru) bylo udržováno konstantní vzhledem k toku kotvy. Při interakci takového buzení a toku kotvou vzniká krouticí moment M, který má tendenci otáčet rotor a paralelně zajistit shodu buzení a toku kotvou. Během otáčení rotoru však dojde k přepnutí různá vinutí pod vlivem snímače polohy rotoru, v důsledku čehož se tok kotvy obrací k dalšímu kroku.

V takové situaci se výsledný vektor posune a stane se stacionárním vzhledem k toku rotoru, což zase vytváří potřebný krouticí moment na hřídeli motoru.

Řízení motoru

Regulátor bezkomutátorového stejnosměrného elektromotoru reguluje moment působící na rotor změnou hodnoty pulzně-šířkové modulace. Spínání je řízeno a prováděny elektronicky na rozdíl od běžného kartáčovaného stejnosměrného motoru. Běžné jsou také řídicí systémy, které implementují pulsně-šířkovou modulaci a pulsně-šířkové regulační algoritmy pro pracovní postup.

Motory vektorového řízení poskytují nejširší známý rozsah řízení vlastní rychlost. Regulace této rychlosti, stejně jako udržování zapnuté vazby toku požadovaná úroveň, je způsoben frekvenčním měničem.

Charakteristickým rysem regulace elektrického pohonu na základě vektorového řízení je přítomnost řízených souřadnic. Jsou v pevném systému a převedena na rotační, zvýraznění konstantní hodnoty úměrné řízeným parametrům vektoru, díky čemuž se vytvoří řídicí akce, a poté zpětný přechod.

Přes všechny výhody takového systému jej provází i nevýhoda v podobě složitosti ovládání zařízení pro ovládání rychlosti v širokém rozsahu.

Výhody a nevýhody

V dnešní době je v mnoha průmyslových odvětvích tento typ motoru velmi žádaný, protože bezkomutátorový stejnosměrný motor spojuje téměř všechny nejv. nejlepší vlastnosti bezkontaktní a jiné typy motorů.

Nesporné výhody bezkomutátorového motoru jsou:

I přes významná pozitiva, bezkomutátorový stejnosměrný motor má také několik nevýhod:

Na základě výše uvedeného a nedostatečného rozvoje moderní elektronika v regionu, mnozí stále zvažují vhodné použití konvenční asynchronní motor s frekvenčním měničem.

Třífázový bezkomutátorový DC motor

Tento typ motoru má vynikající výkon, zejména při provádění řízení pomocí polohových snímačů. Jestli se moment odporu mění nebo není vůbec znám, a také jestli je potřeba dosáhnout vyšší rozběhový moment používá se senzorové ovládání. Pokud není čidlo použito (obvykle ve ventilátorech), řízení eliminuje potřebu drátové komunikace.

Vlastnosti ovládání třífázového bezkomutátorového motoru bez snímače polohy:

Ovládací prvky třífázový bezkomutátorový motor s kodérem polohy na příkladu snímače Hallova efektu:

Závěr

Bezkomutátorový stejnosměrný motor má mnoho výhod a stane se hodná volba pro použití jak odborníky, tak laiky.

Domácí a lékařské přístroje, letecké modelářství, uzavírací pohony pro plynovody a ropovody - to je daleko od kompletní seznam oblasti použití bezkomutátorových stejnosměrných motorů (BD). 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 střídavého motoru

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. asynchronního stroje na střídavý proud, je pro provoz DB ​​zapotřebí speciální regulátor, který zapíná vinutí tak, že vektory magnetických polí kotvy a statoru jsou vůči sobě ortogonální. jiný. 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 motoru bezkartáčový typ. 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.

Za zmínku také stojí, že u některých pohonů tohoto typu jsou pro efektivnější řízení polohy rotoru sledovány 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 měnič není vybaven takovými detektory, pak se bere v úvahu zpětná EMF, která 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 nutné žádné dodatečné chlazení.
• Jednoduchá obsluha.

Nyní se podíváme na nevýhody. Významná 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.

Motory se používají v mnoha oblastech techniky. Aby se rotor motoru otáčel, je zapotřebí rotující magnetické pole. U běžných stejnosměrných motorů se toto otáčení provádí mechanicky pomocí kartáčů klouzajících po kolektoru. To způsobuje jiskření a navíc v důsledku tření a opotřebení kartáčů vyžadují takové motory neustálou údržbu.

Díky rozvoji technologie bylo možné generovat rotující magnetické pole elektronicky, který byl začleněn do bezkomutátorových stejnosměrných motorů (BLDC).

Zařízení a princip činnosti

Hlavní prvky BDPT jsou:

• rotor na které jsou upevněny permanentní magnety;
• stator na kterém jsou instalována vinutí;
• elektronický ovladač.

Podle návrhu může být takový motor dvou typů:

s vnitřním uspořádáním rotoru (inrunner)

s vnějším uspořádáním rotoru (outrunner)

V prvním případě se rotor otáčí uvnitř statoru a ve druhém případě se rotor otáčí kolem statoru.

vnitřní motor používá se, když potřebujete získat vysoká rychlost otáčení. Tento motor má jednodušší standardní konstrukci, která umožňuje použití pevného statoru pro montáž motoru.

outrunner motor vhodné pro příjem velký okamžik na nízké otáčky. V tomto případě je motor namontován pomocí pevné nápravy.

vnitřní motor vysoké otáčky, nízký točivý moment. outrunner motor- nízké otáčky, vysoký točivý moment.

Počet pólů v BLDT může být různý. Podle počtu pólů lze posoudit některé vlastnosti motoru. Například motor s rotorem se 2 póly má vyšší počet otáček a malý točivý moment. Motory se zvýšeným počtem pólů mají větší okamžik, ale méně zatáček. Změnou počtu pólů rotoru můžete změnit počet otáček motoru. Změnou konstrukce motoru si tedy výrobce může vybrat požadované parametry točivý moment motoru a otáčky.

Ředitelství BDPT

Regulátor rychlosti, vzhled

Používá se k ovládání střídavého motoru speciální regulátor - regulátor otáček hřídele motoru stejnosměrný proud. Jeho úkolem je generovat a dodávat ve správný čas do správného vinutí požadované napětí. Regulátor pro zařízení napájená napětím 220 V využívá nejčastěji invertorový obvod, ve kterém se proud o frekvenci 50 Hz převádí nejprve na stejnosměrný, a poté na signály pulsně šířkové modulace (PWM). Pro napájení statorových vinutí napětím slouží výkonné elektronické spínače na bipolárních tranzistorech nebo jiných výkonových prvcích.

Nastavení výkonu a rychlosti motoru se provádí změnou pracovního cyklu impulsů a následně efektivní hodnoty napětí přiváděného do statorových vinutí motoru.

Schematické schéma regulátoru otáček. K1-K6 - klíče D1-D3 - snímače polohy rotoru (Hallovy snímače)

Důležitou otázkou je včasné připojení elektronických klíčů ke každému vinutí. Abychom to zajistili regulátor musí určit polohu rotoru a jeho otáčky. K získání takových informací lze použít optické nebo magnetické senzory (např. halové senzory), stejně jako reverzní magnetická pole.

Běžnější použití halové senzory, který reagovat na přítomnost magnetického pole. Snímače jsou umístěny na statoru tak, aby na ně působilo magnetické pole rotoru. V některých případech jsou senzory instalovány v zařízeních, která umožňují změnit polohu senzorů a podle toho upravit načasování.

Regulátory otáček rotoru jsou velmi citlivé na velikost proudu, který jím prochází. Pokud si vyberete dobíjecí baterie při vyšším výstupním proudu regulátor shoří! Vyberte si správnou kombinaci vlastností!

Výhody a nevýhody

Ve srovnání s konvenční motory BDPT má následující výhody:

• vysoká účinnost;
• vysoký výkon;
• možnost změny rychlosti;
• žádné šumivé štětce;
• malé zvuky, a to jak v audio, tak i vysokofrekvenčním rozsahu;
• spolehlivost;
• schopnost odolávat přetížení točivého momentu;
• vynikající poměr velikosti k výkonu.

Bezkomutátorový motor je vysoce účinný. Může dosáhnout 93-95%.

Vysoká spolehlivost mechanické části DB je vysvětlena tím, že používá kuličková ložiska a nejsou zde žádné kartáče. Demagnetizace permanentních magnetů je poměrně pomalá, zvláště pokud jsou vyrobeny z prvků vzácných zemin. Při použití v regulátoru proudové ochrany je životnost tohoto uzlu poměrně vysoká. Vlastně životnost BLDC může být určena životností kuličkových ložisek.

Nevýhodou BDP je složitost řídicího systému a vysoká cena.

aplikace

Rozsahy BDTP jsou následující:

• vytváření modelů;
• lék;
• automobilový průmysl;
• Ropný a plynárenský průmysl;
• Spotřebiče;
• vojenské vybavení.

Používání DB pro modely letadel poskytuje významnou výhodu z hlediska výkonu a rozměrů. Porovnání běžného kartáčovaného motoru Speed-400 a BDTP stejné třídy Astro Flight 020 ukazuje, že motor prvního typu má účinnost 40-60 %. Účinnost druhého motor za stejných podmínek může dosáhnout 95%. Použití DB tedy umožňuje téměř zdvojnásobit výkon výkonové části modelu nebo jeho dobu letu.

Vzhledem k nízké hlučnosti a nedostatku zahřívání během provozu jsou BLDC široce používány v medicíně, zejména ve stomatologii.

V automobilech se takové motory používají sklápěče, elektrické stěrače, ostřikovače světlometů a elektrické ovládání zdvihu sedadel.

Žádné jiskry z komutátoru a kartáčů umožňuje použití databáze jako prvků uzamykacích zařízení v ropném a plynárenském průmyslu.

Jako příklad použití databáze v domácí přístroje můžete poznamenat pračka s přímým pohonem bubnu LG. Tato společnost používá BDTP typu Outrunner. Na rotoru motoru je 12 magnetů, na statoru 36 tlumivek, které jsou navinuty drátem o průměru 1 mm na magneticky vodivých ocelových jádrech. Cívky jsou zapojeny do série s 12 cívkami na fázi. Odpor každé fáze je 12 ohmů. Hallův snímač se používá jako snímač polohy rotoru. Rotor motoru je připevněn k vaně pračky.

Všude se tento motor používá v pevných discích pro počítače, které je činí kompaktními, v jednotkách CD a DVD a chladicích systémech pro mikroelektronická zařízení a nejen to.

Spolu s DU s nízkým a středním výkonem se stále častěji používají velké BLDC v těžkém, námořním a vojenském průmyslu.

DB vysoký výkon určeno pro americké námořnictvo. Například Powertec vyvinul 220 kW 2000 ot./min CBTP. Točivý moment motoru dosahuje hodnoty 1080 Nm.

Až na specifikované oblasti, DB se používají při konstrukci obráběcích strojů, lisů, linek na zpracování plastů, ale i ve větrné energii a využití energie přílivových vln.

Charakteristika

Hlavní vlastnosti motoru:

• jmenovitý výkon;
• maximální výkon;
• maximální proud;
• maximum provozní napětí ;
• maximální rychlost(nebo Kv faktor);
• odpor vinutí;
• úhel předstihu;
• pracovní režim;
• celkové hmotnostní charakteristiky motor.

Hlavním ukazatelem motoru je jeho jmenovitý výkon, to znamená výkon generovaný motorem po dlouhou dobu jeho provozu.

Maximální výkon- to je výkon, který motor dokáže dát krátkodobě, aniž by zkolaboval. Například u výše zmíněného bezkomutátorového motoru Astro Flight 020 je to 250 wattů.

Maximální proud. Pro Astro Flight 020 je to 25 A.

Maximální provozní napětí- napětí, které vydrží vinutí motoru. Astro Flight 020 je nastaven na provoz při 6V až 12V.

Maximální otáčky motoru. Někdy pas uvádí koeficient Kv - počet otáček motoru na volt. Pro Astro Flight 020 Kv= 2567 ot./min. V tomto případě maximální počet ot/min lze určit vynásobením tohoto faktoru maximálním provozním napětím.

Obvykle odpor vinutí pro motory jsou desetiny nebo tisíciny ohmu. Pro Astro Flight 020 R= 0,07 ohm. Tento odpor ovlivňuje účinnost BPDT.

úhel náběhu představuje předstih spínacích napětí na vinutích. Je to spojeno s indukčním charakterem odporu vinutí.

Režim provozu může být dlouhodobý nebo krátkodobý. Při dlouhodobém provozu může motor běžet dlouhou dobu. Teplo, které jím vzniká, je přitom zcela odváděno a nepřehřívá se. V tomto režimu pracují motory například ve ventilátorech, dopravnících nebo eskalátorech. Momentální režim se používá pro zařízení, jako je výtah, elektrický holicí strojek. V těchto případech motor běží krátce a poté na dlouhou dobu se ochladí.

V pasu pro motor jsou uvedeny jeho rozměry a hmotnost. Navíc např. u motorů určených pro modely letadel jsou uvedeny přistávací rozměry a průměr hřídele. Pro motor Astro Flight 020 jsou uvedeny zejména následující specifikace:

• délka je 1,75”;
• průměr je 0,98”;
• průměr hřídele je 1/8”;
• váha je 2,5 unce.

Závěry:

1. V modelingu, v různých technické produkty, v průmyslu a v obranné technice se používají BLDT, ve kterých je rotující magnetické pole generováno elektronickým obvodem.
2. Podle jejich konstrukce mohou být BLDC s vnitřním (inrunner) a externím (outrunner) uspořádáním rotoru.
3. Ve srovnání s jinými motory mají BLDC motory řadu výhod, z nichž hlavní jsou absence kartáčů a jisker, vysoká účinnost a vysoká spolehlivost.

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 synchronní motory AC, které nemají samosynchronizaci. 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. V důsledku toho získáme elektromotor s nejlepší výkonÚčinnost a výkon 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 elektronická jednotka 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.