موتورهای DC بدون جاروبک قدرتمند. موتورهای براشلس

کمی تاریخ:

مشکل اصلی همه موتورها داغ شدن بیش از حد است. روتور درون نوعی استاتور می چرخید و بنابراین گرمای ناشی از گرمای بیش از حد به جایی نمی رسید. مردم ایده درخشانی داشتند: چرخاندن نه روتور، بلکه استاتور که در حین چرخش توسط هوا خنک می شود. هنگامی که چنین موتوری ساخته شد، به طور گسترده ای در حمل و نقل هوایی و کشتی سازی مورد استفاده قرار گرفت و به همین دلیل به آن موتور بدون برس لقب داده شد.

به زودی یک آنالوگ الکتریکی از موتور براشلس ایجاد شد. به دلیل نداشتن کلکتور (برس) به آن می گفتند موتور براشلس.

موتور بدون جارو.

موتورهای برقی براشلس (انگلیسی بدون برس) نسبتاً اخیراً به ما رسیده است 10-15 ساله. بر خلاف موتورهای کلکتورآنها با جریان متناوب سه فاز تغذیه می شوند. موتورهای براشلس به طور موثر در محدوده دور در دقیقه گسترده تر عمل می کنند و تعداد بیشتری دارند بازدهی بالا . در عین حال، طراحی موتور نسبتاً ساده است، مجموعه ای برس ندارد که دائماً به روتور ساییده شود و جرقه ایجاد کند. می توان گفت که موتورهای براشلس عملا فرسوده نمی شوند. هزینه موتورهای براشلس کمی بیشتر از موتورهای براش است. این به این دلیل است که تمام موتورهای براشلس دارای بلبرینگ هستند و عموماً کیفیت بالاتری دارند.

آزمایشات نشان داده است:
میله با پیچ 8x6 = 754 گرم,
دور در دقیقه = 11550 دور در دقیقه,
مصرف برق = 9 وات(بدون پیچ) 101 وات(با پیچ)،

قدرت و کارایی

قدرت را می توان به صورت زیر محاسبه کرد:
1) توان در مکانیک با فرمول زیر محاسبه می شود: N=F*v، که در آن F نیرو و v سرعت است. اما از آنجایی که پیچ در حالت استاتیک است، هیچ حرکتی به جز چرخشی وجود ندارد. اگر این موتور روی مدل هواپیما نصب شود، می توان سرعت را اندازه گیری کرد (معادل 12 متر بر ثانیه) و توان مفید را محاسبه کرد:
N مفید \u003d 7.54 * 12 \u003d 90.48 وات
2) کارایی موتور الکتریکیطبق فرمول زیر یافت می شود: کارایی = N مفید / N صرف شده * 100٪، جایی که N هزینه = 101 وات
بازده = 90.48/101 * 100% = 90%
راندمان موتورهای براشلس به طور متوسط ​​واقعی است و حدود 90 درصد در نوسان است (بیشترین راندمان به دست آمده توسط این نوع موتورها 99.68% )

مشخصات موتور:

ولتاژ: 11.1 ولت
گردش مالی: 11550 دور در دقیقه
حداکثر جریان: 15A
قدرت: 200 وات
رانش: 754 گرم (پیچ 8*6)

نتیجه:

قیمت هر چیزی بستگی به مقیاس تولید آن دارد. تولید کنندگان موتورهای براشلسمثل قارچ بعد از باران تکثیر کنید. بنابراین، من می خواهم بر این باورند که در آینده نزدیک قیمت کنترل و براشلس موتورها سقوط خواهند کردچگونه روی تجهیزات رادیویی کنترل افتاد ... امکانات میکروالکترونیک هر روز در حال گسترش است، اندازه و وزن کنترل کننده ها به تدریج کاهش می یابد. می توان فرض کرد که در آینده نزدیک کنترل کننده ها مستقیماً در موتورها ساخته می شوند! شاید زنده باشیم تا این روز را ببینیم...

لوازم خانگی و پزشکی، مدل سازی هوا، درایوهای قطع کننده لوله برای خطوط لوله گاز و نفت - این بسیار دور از ذهن است. لیست کاملکاربردهای موتورهای براشلس (BD) جریان مستقیم. بیایید دستگاه و اصل عملکرد این درایوهای الکترومکانیکی را بررسی کنیم تا مزایا و معایب آنها را بهتر درک کنیم.

اطلاعات عمومی، دستگاه، محدوده

یکی از دلایل علاقه به DB افزایش نیاز به میکروموتورهای پرسرعت با موقعیت یابی دقیق است. ساختار داخلی چنین درایوهایی در شکل 2 نشان داده شده است.

برنج. 2. دستگاه Imp موتور کموتاتور

همانطور که می بینید، طرح یک روتور (آرماتور) و یک استاتور است، اولی دارای یک آهنربای دائمی (یا چندین آهنربا که به ترتیب خاصی چیده شده اند) و دومی مجهز به سیم پیچ (B) برای ایجاد میدان مغناطیسی است.

قابل ذکر است که این مکانیسم های الکترومغناطیسی می توانند با یک لنگر داخلی (این نوع ساختار در شکل 2 دیده می شود) یا خارجی (نگاه کنید به شکل 3) باشند.

برنج. 3. طراحی با لنگر خارجی (بیرونی)

بر این اساس، هر یک از طرح ها دارای محدوده خاصی هستند. دستگاه هایی با آرمیچر داخلی دارند سرعت بالاچرخش، بنابراین از آنها در سیستم های خنک کننده استفاده می شود نیروگاه هاهواپیماهای بدون سرنشین و غیره درایو با روتور خارجیدر جاهایی استفاده می شود که موقعیت دقیق و مقاومت در برابر اضافه بارهای گشتاور مورد نیاز است (رباتیک، تجهیزات پزشکی، ماشین های CNC و غیره).

اصل عملیات

بر خلاف درایوهای دیگر، برای مثال، ماشین ناهمزمان جریان متناوب، برای عملکرد DB به یک کنترلر مخصوص نیاز است که سیم پیچ ها را به گونه ای روشن می کند که بردارهای میدان مغناطیسی آرمیچر و استاتور متعامد با یکدیگر باشند. یعنی در واقع دستگاه درایور گشتاور عمل بر آرمیچر DB را تنظیم می کند. این فرآیند به وضوح در شکل 4 نشان داده شده است.

همانطور که می بینید برای هر حرکت آرمیچر باید یک کموتاسیون مشخص در سیم پیچ استاتور یک موتور براشلس انجام داد. این اصل عملکرد اجازه کنترل صاف چرخش را نمی دهد، اما امکان به دست آوردن سریع حرکت را فراهم می کند.

تفاوت بین موتورهای براش و براشلس

درایو نوع جمع کننده با DB متفاوت است ویژگی های طراحی(نگاه کنید به شکل 5.)، و اصل عملیات.

برنج. 5. A - موتور کلکتور، B - بدون جاروبک

در نظر گرفتن تفاوت های طراحی. شکل 5 نشان می دهد که روتور (1 در شکل 5) یک موتور از نوع کلکتور، بر خلاف موتور بدون جاروبک، دارای سیم پیچ هایی است که در آنها مدار سادهسیم پیچ، و آهنرباهای دائمی(معمولا دو عدد) روی استاتور نصب می شوند (2 در شکل 5). علاوه بر این، یک کلکتور روی شفت تعبیه شده است که برس هایی به آن متصل می شوند که ولتاژ سیم پیچ های آرمیچر را تامین می کنند.

به طور خلاصه اصل کار را شرح دهید ماشین های جمع کننده. هنگامی که ولتاژ به یکی از سیم پیچ ها اعمال می شود، برانگیخته شده و یک میدان مغناطیسی تشکیل می شود. با آهنرباهای دائمی تعامل دارد، این باعث می شود آرمیچر و کلکتور قرار گرفته روی آن بچرخند. در نتیجه، برق به سیم پیچ دیگر تامین می شود و چرخه تکرار می شود.

فرکانس چرخش آرمیچر این طرح مستقیماً به شدت میدان مغناطیسی بستگی دارد که به نوبه خود مستقیماً با ولتاژ متناسب است. یعنی برای افزایش یا کاهش سرعت کافی است سطح توان را کم یا زیاد کنید. و برای معکوس کردن، باید قطبیت را تغییر دهید. این روش کنترلی به کنترل کننده خاصی نیاز ندارد، زیرا کنترل کننده سفر را می توان بر اساس یک مقاومت متغیر ساخت و یک سوئیچ معمولی به عنوان یک اینورتر کار می کند.

ویژگی های طراحی موتورهای براشلس را در قسمت قبل در نظر گرفتیم. همانطور که به یاد دارید، اتصال آنها به یک کنترلر خاص نیاز دارد که بدون آن به سادگی کار نخواهند کرد. به همین دلیل نمی توان از این موتورها به عنوان ژنراتور استفاده کرد.

همچنین لازم به ذکر است که در برخی درایوها از این نوعبرای کنترل کارآمدتر، موقعیت های روتور با استفاده از سنسورهای هال نظارت می شود. این به طور قابل توجهی ویژگی های موتورهای بدون جاروبک را بهبود می بخشد، اما منجر به افزایش هزینه یک طراحی گران قیمت می شود.

چگونه یک موتور براشلس را راه اندازی کنیم؟

برای کارکرد این نوع درایو، به یک کنترلر مخصوص نیاز است (شکل 6 را ببینید). بدون آن راه اندازی غیرممکن است.

برنج. 6. کنترل کننده های موتور بدون جاروبک برای مدل سازی

مونتاژ چنین دستگاهی خود بی معنی است، خرید یک دستگاه آماده ارزان تر و قابل اعتمادتر خواهد بود. می توانید آن را بردارید ویژگی های زیرمشخصه درایورهای کانال PWM:

• حداکثر جریان مجاز، این مشخصه برای عملکرد عادی دستگاه داده می شود. اغلب، سازندگان این پارامتر را در نام مدل نشان می دهند (به عنوان مثال، Phoenix-18). در برخی موارد، مقداری برای حالت پیک داده می شود که کنترل کننده می تواند آن را برای چند ثانیه حفظ کند.
• حداکثر ولتاژ اسمی برای کار مداوم.
• مقاومت مدارهای داخلی کنترلر.
• تعداد دورهای مجاز، برحسب دور در دقیقه نشان داده شده است. بالاتر از این مقدار، کنترل کننده اجازه نمی دهد چرخش را افزایش دهد (محدودیت در سطح نرم افزار اجرا می شود). لطفاً توجه داشته باشید که سرعت همیشه برای درایوهای 2 قطبی داده می شود. اگر جفت قطب های بیشتری وجود دارد، مقدار را بر تعداد آنها تقسیم کنید. به عنوان مثال، عدد 60000 دور در دقیقه نشان داده شده است، بنابراین، برای 6 نشان داده شده است موتور مغناطیسیسرعت چرخش 60000/3=20000 prm خواهد بود.
• فرکانس پالس های تولید شده، برای اکثر کنترل کننده ها، این پارامتر در محدوده 7 تا 8 کیلوهرتز قرار دارد، بیشتر مدل های گران قیمتبه شما امکان می دهد پارامتر را دوباره برنامه ریزی کنید و آن را به 16 یا 32 کیلوهرتز افزایش دهید.

توجه داشته باشید که سه مشخصه اول ظرفیت پایگاه داده را تعیین می کند.

کنترل موتور بدون جاروبک

همانطور که در بالا ذکر شد، کموتاسیون سیم پیچ های درایو به صورت الکترونیکی کنترل می شود. برای تعیین زمان تعویض، راننده موقعیت آرمیچر را با استفاده از سنسورهای هال نظارت می کند. اگر درایو مجهز به چنین آشکارسازهایی نباشد، EMF پشت، که در سیم پیچ های استاتور غیر متصل رخ می دهد. کنترلر که در واقع یک مجموعه سخت افزاری-نرم افزاری است، این تغییرات را رصد کرده و ترتیب سوئیچینگ را تنظیم می کند.

موتور سه فاز براشلس DC

اکثر پایگاه های داده در یک طراحی سه فاز انجام می شوند. برای کنترل چنین درایوی، کنترلر دارای یک مبدل است ولتاژ ثابتبه یک پالس سه فاز (نگاه کنید به شکل 7).

شکل 7. نمودارهای ولتاژ DB

برای توضیح نحوه عملکرد چنین موتور بدون جاروبکی، باید شکل 4 را همراه با شکل 7 در نظر گرفت، جایی که تمام مراحل عملیات درایو به نوبه خود نشان داده شده است. بیایید آنها را بنویسیم:

1. یک ضربه مثبت به سیم پیچ "A" اعمال می شود، در حالی که یک ضربه منفی به "B" اعمال می شود، در نتیجه آرمیچر حرکت می کند. حسگرها حرکت آن را ثبت می کنند و سیگنالی برای کموتاسیون بعدی می دهند.
2. سیم پیچ "A" خاموش می شود و یک پالس مثبت به "C" می رود ("B" بدون تغییر باقی می ماند)، سپس یک سیگنال به مجموعه پالس های بعدی داده می شود.
3. در "C" - مثبت، "A" - منفی.
4. یک جفت «ب» و «الف» کار می‌کند که تکانه‌های مثبت و منفی دریافت می‌کنند.
5. یک پالس مثبت دوباره به "B" و یک پالس منفی به "C" اعمال می شود.
6. سیم پیچ های "A" روشن می شوند (+ عرضه می شود) و یک پالس منفی روی "C" تکرار می شود. سپس چرخه تکرار می شود.

در سادگی ظاهری مدیریت، مشکلات زیادی وجود دارد. برای تولید سری بعدی پالس ها نه تنها باید موقعیت آرمیچر را ردیابی کرد، بلکه با تنظیم جریان در سیم پیچ ها، سرعت چرخش را نیز کنترل کرد. علاوه بر این، شما باید بیشترین را انتخاب کنید پارامترهای بهینهبرای شتاب و کاهش سرعت همچنین شایان ذکر است که کنترل کننده باید به بلوکی مجهز باشد که به شما امکان می دهد عملکرد آن را کنترل کنید. ظاهرچنین دستگاه چند منظوره ای را می توان در شکل 8 مشاهده کرد.

برنج. 8. کنترل کننده موتور براشلس چند منظوره

مزایا و معایب

موتور براشلس الکتریکی دارای مزایای بسیاری است که عبارتند از:

• عمر سرویس بسیار بیشتر از همتایان کلکتور معمولی است.
• بازدهی بالا.
• شماره گیری سریع حداکثر سرعتچرخش
• از سی دی قوی تره
• عدم وجود جرقه در حین کار اجازه می دهد تا درایو در شرایط خطرناک آتش سوزی استفاده شود.
• بدون نیاز به خنک کننده اضافی
• عملیات ساده.

حالا بیایید به معایب نگاه کنیم. اشکال قابل توجه، که استفاده از پایگاه داده را محدود می کند - هزینه نسبتاً بالای آنها (با در نظر گرفتن قیمت درایور). از جمله مزاحمت ها عدم امکان استفاده از پایگاه داده بدون درایور، حتی برای فعال سازی کوتاه مدت، به عنوان مثال، برای بررسی عملکرد است. تعمیر مشکل، به خصوص اگر به عقب نیاز باشد.

منتشر شده در 1392/03/19

با این مقاله، من مجموعه ای از انتشارات در مورد موتورهای DC بدون جاروبک را شروع می کنم. به زبانی در دسترس شرح خواهم داد اطلاعات کلی، دستگاه، الگوریتم های کنترل برای موتور بدون جاروبک. در نظر گرفته خواهد شد انواع متفاوتموتورها، نمونه هایی از انتخاب پارامترهای تنظیم کننده آورده شده است. من دستگاه و الگوریتم رگولاتور، روش انتخاب کلیدهای برق و پارامترهای اصلی رگولاتور را شرح خواهم داد. نتیجه منطقی انتشارات، طرح تنظیم کننده خواهد بود.

موتورهای براشلس به دلیل توسعه الکترونیک و به ویژه به دلیل ظاهر شدن سوئیچ های ترانزیستور قدرت ارزان قیمت گسترده شده اند. ظهور آهنرباهای نئودیمیوم قدرتمند نیز نقش مهمی ایفا کرد.

با این حال، موتور براشلس را نباید یک چیز جدید در نظر گرفت. ایده یک موتور بدون جاروبک در سپیده دم برق ظاهر شد. اما، به دلیل در دسترس نبودن فناوری، تا سال 1962 منتظر زمان خود بود، زمانی که اولین موتور DC بدون جاروبک تجاری ظاهر شد. آن ها بیش از نیم قرن است که اجرای سریال های مختلفی از این نوع درایوهای الکتریکی وجود دارد!

برخی از اصطلاحات

موتورهای DC بدون جاروبک را موتورهای سوپاپ نیز می نامند، در ادبیات خارجی BLDCM (موتور جریان مستقیم BrushLes) یا PMSM (موتور سنکرون مغناطیسی دائم).

از نظر ساختاری، یک موتور بدون جاروبک از یک روتور با آهنرباهای دائمی و یک استاتور با سیم پیچ تشکیل شده است. توجه شما را به این واقعیت جلب می کنم که در موتور کلکتور، برعکس، سیم پیچ ها روی روتور هستند. بنابراین، در ادامه متن، روتور آهنربا است، استاتور سیم پیچ است.

برای کنترل موتور از رگولاتور الکترونیکی استفاده می شود. در ادبیات خارجی Speed ​​​​Controller یا ESC (Electronic speed control).

موتور براشلس چیست؟

معمولاً افراد در مواجهه با چیز جدیدی به دنبال تشبیه می گردند. گاهی اوقات باید این جمله را بشنوید که "خوب، شبیه همگام سازی است" یا حتی بدتر از آن، "مثل استپر به نظر می رسد". از آنجایی که اکثر موتورهای براشلس 3 فاز هستند، این موضوع حتی بیشتر گیج کننده است و این تصور غلط را به وجود می آورد که رگولاتور با جریان متناوب 3 فاز به موتور "تغذیه" می کند. همه موارد فوق فقط تا حدی درست است. واقعیت این است که همه موتورها به جز ناهمزمان را می توان سنکرون نامید. همه موتورهای DC با خود همگام سازی سنکرون هستند، اما اصل عملکرد آنها با موتورهای AC سنکرون که خود سنکرون ندارند، متفاوت است. به عنوان یک موتور براشلس پله ای، احتمالاً می تواند کار کند. اما نکته اینجاست: یک آجر نیز می تواند پرواز کند ... با این حال، نه چندان دور، زیرا برای این منظور در نظر گرفته نشده است. مانند موتور پله اییک موتور رلوکتانس بدون جاروبک مناسب تر است.

بیایید سعی کنیم بفهمیم موتور DC بدون جاروبک (Brushles Direct Current Motor) چیست. در خود این عبارت، پاسخ از قبل پنهان است - این یک موتور DC بدون کلکتور است. عملکرد کلکتور توسط الکترونیک انجام می شود.

مزایا و معایب

یک مجموعه نسبتاً پیچیده، سنگین و جرقه زن، کلکتور، از طراحی موتور حذف شده است. طراحی موتور بسیار ساده شده است. موتور سبک تر و فشرده تر است. کاهش قابل توجهی تلفات سوئیچینگ با تعویض کنتاکت های کموتاتور و برس کلیدهای الکترونیکی. در نتیجه موتور الکتریکی با بهترین بازده و قدرت در هر کیلوگرم بدست می آید. وزن خود، با گسترده ترین محدوده تغییر سرعت چرخش. در عمل، موتورهای براشلس کمتر از برادران کلکتور خود گرم می شوند. تحمل کن بار سنگینبه لحظه استفاده از آهنرباهای نئودیمیوم قدرتمند موتورهای براشلس را فشرده تر کرده است. طراحی موتور براشلس به آن اجازه می دهد تا در آب و محیط های تهاجمی کار کند (البته فقط موتور، رگولاتور خیس شدن بسیار گران خواهد بود). موتورهای براشلس عملاً هیچ تداخل رادیویی ایجاد نمی کنند.

تنها اشکال پیچیده گران قیمت در نظر گرفته می شود واحد الکترونیکیکنترل (شستی یا ESC). با این حال، اگر می خواهید دور موتور را کنترل کنید، الکترونیک ضروری است. اگر نیازی به کنترل سرعت موتور براشلس ندارید، باز هم نمی توانید بدون واحد کنترل الکترونیکی کار کنید. یک موتور براشلس بدون وسایل الکترونیکی فقط یک تکه آهن است. هیچ راهی برای اعمال ولتاژ به آن و رسیدن به چرخش نرمال مانند سایر موتورها وجود ندارد.

در کنترل کننده موتور بدون جاروبک چه اتفاقی می افتد؟

برای اینکه بفهمیم در الکترونیک رگولاتور کنترل کننده موتور براشلس چه اتفاقی می افتد، اجازه دهید کمی به عقب برگردیم و ابتدا نحوه عملکرد موتور براشلس را درک کنیم. از درس فیزیک مدرسه، ما به یاد می آوریم که چگونه یک میدان مغناطیسی بر روی یک قاب حامل جریان عمل می کند. یک قاب با جریان در یک میدان مغناطیسی می چرخد. با این حال، به طور مداوم نمی چرخد، بلکه به یک موقعیت خاص می چرخد. برای اینکه چرخش مداوم اتفاق بیفتد، باید جهت جریان در حلقه را بسته به موقعیت حلقه تغییر دهید. در مورد ما، قاب با جریان سیم پیچ موتور است و کموتاتور درگیر سوئیچینگ است - دستگاهی با برس ها و مخاطبین. دستگاه ساده ترین موتور، شکل را ببینید.

وسایل الکترونیکی که موتور براشلس را کنترل می کنند همین کار را می کنند - in لحظات مناسبولتاژ مستقیم را به سیم پیچ های استاتور مورد نظر متصل می کند.

انکودرها، موتورهای بدون رمزگذار

با توجه به موارد فوق، درک این نکته مهم است که بسته به موقعیت روتور، لازم است ولتاژ به سیم پیچ های موتور اعمال شود. بنابراین، الکترونیک باید بتواند موقعیت روتور موتور را تعیین کند . برای این کار از سنسورهای موقعیت استفاده می شود. اونها می تونند ... باشند انواع مختلف، نوری، مغناطیسی و غیره در حال حاضر، سنسورهای گسسته بر اساس اثر هال (به عنوان مثال، SS41) بسیار رایج هستند. یک موتور 3 فاز براشلس از 3 سنسور استفاده می کند. به لطف چنین سنسورهایی، واحد کنترل الکترونیکی همیشه می داند که روتور در چه موقعیتی قرار دارد و در هر زمان معینی ولتاژ را به کدام سیم پیچ اعمال کند. بعداً الگوریتم کنترل برای موتور سه فاز براشلس در نظر گرفته خواهد شد.

موتورهای براشلس وجود دارند که سنسور ندارند. در چنین موتورهایی، موقعیت روتور با اندازه‌گیری ولتاژ در موتورهای بلااستفاده تعیین می‌شود. این لحظهزمان سیم پیچ این روش ها نیز بعداً مورد بحث قرار خواهند گرفت. باید به یک نکته ضروری توجه کنید: این روش فقط زمانی که موتور در حال چرخش است مربوط می شود. وقتی موتور نمی چرخد ​​یا خیلی کند می چرخد، این روش جواب نمی دهد.

در چه مواردی از موتورهای براشلس سنسوردار و در چه مواردی بدون سنسور استفاده می شود؟ تفاوت آنها چیست؟

موتورهای دارای رمزگذار از نقطه نظر فنی ترجیح داده می شوند. الگوریتم کنترل برای چنین موتورهایی بسیار ساده تر است. با این حال، معایبی نیز وجود دارد: لازم است به سنسورها نیرو داده شود و سیم ها را از سنسورهای موتور به الکترونیک کنترل قرار دهید. در صورت خرابی یکی از سنسورها، موتور از کار می افتد و تعویض سنسورها معمولاً مستلزم جداسازی موتور است.

در مواردی که از نظر ساختاری امکان قرار دادن سنسور در محفظه موتور وجود ندارد، از موتورهای بدون سنسور استفاده می شود. از نظر ساختاری، چنین موتورهایی عملاً با موتورهای دارای سنسور تفاوتی ندارند. اما واحد الکترونیکی باید بتواند موتور را بدون سنسور کنترل کند. در این مورد، واحد کنترل باید با ویژگی ها مطابقت داشته باشد مدل خاصموتور

اگر موتور باید با بار قابل توجهی روی شفت موتور روشن شود (حمل و نقل الکتریکی، مکانیسم های بالابر و غیره)، از موتورهای دارای سنسور استفاده می شود.
اگر موتور بدون بار روی شفت روشن شود (تهویه، پروانه هوا، از کلاچ گریز از مرکز و غیره استفاده می شود)، می توان از موتورهای بدون سنسور استفاده کرد. به یاد داشته باشید: موتور بدون رمزگذار باید بدون بار روی شفت راه اندازی شود. در صورت عدم رعایت این شرط، باید از موتور دارای رمزگذار استفاده شود. علاوه بر این، در لحظه راه اندازی موتور بدون سنسور، نوسانات چرخشی محور موتور در طرف های مختلف. اگر این برای سیستم شما حیاتی است، از موتوری با سنسور استفاده کنید.

سه فاز

موتورهای براشلس سه فاز خریداری شده است گسترده ترین. اما آنها می توانند یک، دو، سه یا چند فاز باشند. هرچه تعداد فازها بیشتر باشد، چرخش میدان مغناطیسی نرم‌تر است، اما سیستم کنترل موتور پیچیده‌تر است. سیستم 3 فاز از نظر نسبت راندمان/پیچیدگی بهینه ترین است، به همین دلیل است که بسیار گسترده شده است. علاوه بر این، تنها مدار سه فاز به عنوان رایج ترین مدار در نظر گرفته می شود. در واقع فازها سیم پیچ موتور هستند. بنابراین، اگر بگویید "سه سیم پیچ"، فکر می کنم این نیز درست باشد. سه سیم پیچ با توجه به طرح "ستاره" یا "مثلث" متصل می شوند. یک موتور سه فاز بدون جاروبک دارای سه سیم است - سیم پیچ سیم پیچ، شکل را ببینید.

موتورهای دارای رمزگذار دارای 5 سیم اضافی هستند (2 سیم برای قدرت انکودر موقعیت و 3 سیگنال رمزگذار).

در یک سیستم سه فاز، ولتاژ به دو تا از سه سیم پیچ در هر لحظه اعمال می شود. بنابراین 6 گزینه برای اعمال ولتاژ DC به سیم پیچ های موتور وجود دارد که در شکل زیر نشان داده شده است.

ویژگی های موتور DC مانند موتورهای DC، موتورهای براشلسبا جریان مستقیم کار کند VD را می توان به عنوان یک موتور DC در نظر گرفت که در آن مجموعه برس-کلکتور با الکترونیک جایگزین می شود که با کلمه "شیر" یعنی "کنترل شده توسط کلیدهای برق" (سوپاپ) تأکید می شود. جریان فاز یک موتور براشلس شکل سینوسی دارد. به عنوان یک قاعده، یک اینورتر ولتاژ مستقل با مدولاسیون عرض پالس (PWM) به عنوان تقویت کننده قدرت استفاده می شود.

موتور شیر باید از موتور DC بدون جاروبک (BDC) متمایز شود که دارای توزیع ذوزنقه ای میدان مغناطیسی در شکاف است و با شکل مستطیلی ولتاژهای فاز مشخص می شود. ساختار BLDT ساده تر از ساختار VD است (بدون مبدل مختصات وجود ندارد، به جای PWM از سوئیچینگ 120 یا 180 درجه استفاده می شود که اجرای آن ساده تر از PWM است).

در ادبیات روسی زبان، اگر EMF پشتی ماشین سنکرون کنترل شده سینوسی باشد، موتور شیر نامیده می شود. موتور بدون تماس DC اگر back-EMF ذوزنقه ای باشد.

در ادبیات انگلیسی زبان، چنین موتورهایی معمولاً جدا از درایو الکتریکی در نظر گرفته نمی شوند و تحت اختصارات PMSM (موتور سنکرون مغناطیسی دائمی) یا BLDC (موتور جریان مستقیم بدون جاروبک) نامیده می شوند. شایان ذکر است که مخفف PMSM در ادبیات انگلیسی بیشتر برای اشاره به خود ماشین های سنکرون با آهنرباهای دائمی و با شکل سینوسی فاز back-EMF استفاده می شود، در حالی که مخفف BLDC مشابه مخفف روسی BDPT است و به موتورهایی با شکل ذوزنقه ای پشت EMF (اگر شکل دیگری مشخص نشده باشد).

به طور کلی، یک موتور براشلس به معنای سنتی یک ماشین الکتریکی نیست، زیرا مشکلات آن بر تعدادی از مسائل مربوط به تئوری درایوهای الکتریکی و سیستم های کنترل خودکار تأثیر می گذارد: سازماندهی ساختاری، استفاده از سنسورها و قطعات الکترونیکی و همچنین نرم افزار.

موتورهای BLDC که قابلیت اطمینان ماشین‌های AC را با قابلیت کنترل خوب ماشین‌های DC ترکیب می‌کنند، جایگزینی برای موتورهای DC هستند که با تعدادی از کاستی‌های مرتبط با پانل کنترل، مانند جرقه، صدا، سایش برس، آرمیچر ضعیف مشخص می‌شوند. اتلاف گرما و غیره. عدم وجود کنترل پنل امکان استفاده از VD را در برنامه هایی که استفاده از DPT دشوار یا غیرممکن است، می دهد.

شرح و اصل عملیات[ | ]

برنج. 2. ساختار موتور براشلس دو فاز با دستگاه سنکرون با آهنرباهای دائمی روی روتور. PC - مبدل مختصات، PA - تقویت کننده قدرت،
SEMP - مبدل الکترومکانیکی سنکرون (ماشین سنکرون)، DPR - سنسور موقعیت روتور.

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

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

زاویه چرخش روتور (و سیستم مختصات دوار) نسبت به محور کجاست؟ α (\displaystyle \alpha)سیستم مختصات ثابت برای اندازه گیری مقدار لحظه ای یک زاویه θ (\displaystyle \theta)یک سنسور موقعیت روتور (RPS) روی شفت HP نصب شده است.

در واقع در این حالت تخصیص مقدار دامنه ولتاژهای فاز است. یک رایانه شخصی که مدولاسیون موقعیت سیگنال را انجام می دهد u q (\displaystyle u_(q))، سیگنال های هارمونیک تولید می کند u α، u β (\displaystyle u_(\alpha)،u_(\بتا))، که تقویت کننده قدرت (PA) آن را به ولتاژ فاز تبدیل می کند u A , u B (\displaystyle u_(A),u_(B)). موتور سنکرونبه عنوان بخشی از یک موتور بدون جاروبک، اغلب به آن مبدل الکترومکانیکی سنکرون (SEMC) می گویند.

به عنوان یک قاعده، بخش الکترونیکی HP، فازهای استاتور ماشین سنکرون را سوئیچ می کند تا بردار شار مغناطیسی استاتور متعامد با بردار شار مغناطیسی روتور (به اصطلاح کنترل برداری) باشد. اگر متعامد بودن جریان استاتور و روتور رعایت شود، حداکثر گشتاور HP تحت شرایط تغییر در سرعت چرخش حفظ می شود، که از همگام شدن روتور جلوگیری می کند و عملکرد ماشین سنکرون با بالاترین را تضمین می کند. کارایی ممکن برای آن برای تعیین موقعیت فعلی شار روتور، می توان از سنسورهای جریان به جای سنسور موقعیت روتور (اندازه گیری موقعیت غیر مستقیم) استفاده کرد.

بخش الکترونیکی یک VD مدرن شامل یک میکروکنترلر و یک پل ترانزیستوری است و از اصل مدولاسیون عرض پالس (PWM) برای تشکیل جریان های فاز استفاده می شود. میکروکنترلر انطباق با قوانین کنترل مشخص شده را نظارت می کند و همچنین عیب یابی سیستم و محافظت نرم افزاری آن را در برابر شرایط اضطراری انجام می دهد.

گاهی اوقات هیچ سنسور موقعیت روتور وجود ندارد و موقعیت توسط سیستم کنترل از اندازه گیری سنسورهای جریان با کمک ناظران تخمین زده می شود (به اصطلاح کنترل "بدون حسگر" HP). در چنین مواردی به دلیل حذف یک سنسور موقعیت گران قیمت و اغلب دست و پا گیر، قیمت و وزن و ابعاد یک درایو الکتریکی با HP کاهش می یابد، اما کنترل پیچیده تر می شود و دقت تعیین موقعیت و سرعت کاهش می یابد.

در کاربردهای با توان متوسط ​​تا زیاد، فیلترهای الکتریکی را می توان به سیستم اضافه کرد تا اثرات منفی PWM را کاهش دهد: نوسانات سیم پیچ، جریان یاتاقان و کاهش راندمان. با این حال، این برای همه انواع موتورها صادق است.

مزایا و معایب[ | ]

موتورهای سوپاپ برای ترکیب طراحی شده اند بهترین کیفیت هاموتورهای AC و موتورهای DC. این شأن آنها را مشخص می کند.

مزایای:

موتورهای سوپاپ نیز دارای معایبی هستند که اصلی ترین آنها هزینه بالا است. با این حال، صحبت از هزینه بالا، باید این واقعیت را نیز در نظر گرفت که موتورهای براشلس معمولاً در سیستم‌های گران قیمت با افزایش نیاز به دقت و قابلیت اطمینان استفاده می‌شوند.

ایرادات:

طرح [ | ]

از نظر ساختاری، درایوهای سوپاپ مدرن از یک بخش الکترومکانیکی (سنجشگر موقعیت سنکرون ماشین و روتور) و یک بخش کنترل (میکروکنترلر و پل برق) تشکیل شده‌اند.

هنگام اشاره به طراحی VD، مفید است که یک عنصر غیر سازنده سیستم - برنامه کنترل (منطق) را در نظر داشته باشید.

ماشین سنکرون مورد استفاده در HP از یک استاتور چند لایه (مجموعه از ورق های عایق الکتریکی جداگانه فولاد الکتریکی - برای کاهش جریان های گردابی) تشکیل شده است که در آن یک سیم پیچ چند فاز (معمولاً دو یا سه فاز) قرار دارد و یک روتور (معمولاً روی آهنرباهای دائمی).

سنسورهای هال به عنوان حسگرهای موقعیت روتور در BDPT و ترانسفورماتورهای دوار و سنسورهای تجمعی در VD استفاده می شوند. در اصطلاح. در سیستم های "بدون حسگر"، اطلاعات موقعیت توسط سیستم کنترل از مقادیر لحظه ای جریان فاز تعیین می شود.

اطلاعات مربوط به موقعیت روتور توسط ریزپردازنده پردازش می شود که طبق برنامه کنترلی سیگنال های PWM کنترلی را تولید می کند. سیگنال های ولتاژ پایین PWM از میکروکنترلر سپس توسط یک تقویت کننده قدرت (معمولاً یک پل ترانزیستوری) به ولتاژهای قدرت اعمال شده به موتور تبدیل می شوند.

ترکیب سنسور موقعیت روتور و مجموعه الکترونیکی در HP و BDPT را می توان با درجه خاصی از قابلیت اطمینان با واحد جمع کننده براش DT مقایسه کرد. با این حال، به یاد داشته باشید که موتورها به ندرت در خارج از درایو استفاده می شوند. بنابراین، تجهیزات الکترونیکی تقریباً به همان اندازه برای DPT مشخصه VD است.

استاتور [ | ]

استاتور طراحی سنتی دارد. این شامل یک محفظه، یک هسته ساخته شده از فولاد الکتریکی و یک سیم پیچ مسی است که در شیارهایی در امتداد محیط هسته قرار گرفته است. سیم پیچ به فازهایی تقسیم می شود که در شیارهایی قرار می گیرند به گونه ای که با زاویه ای که بر اساس تعداد فازها تعیین می شود نسبت به یکدیگر جابجا می شوند. مشخص است که دو فاز برای چرخش یکنواخت شفت موتور یک ماشین AC کافی است. به طور معمول، ماشین‌های سنکرون مورد استفاده در HP سه فاز هستند، اما HP با سیم‌پیچ‌های چهار و شش فاز نیز یافت می‌شوند.

روتور [ | ]

موتورهای براشلس با توجه به محل قرارگیری روتور به دو دسته داخل روتور (eng. inrunner) و خارجی روتور (eng. outrunner) تقسیم می شوند.

روتور با استفاده از آهنرباهای دائمی ساخته می شود و معمولاً دارای دو تا شانزده جفت قطب با قطب شمال و جنوب متناوب است.

ظهور موتورهای براشلس با نیاز به ایجاد یک ماشین الکتریکی با مزایای بسیاری توضیح داده می شود. موتور براشلس وسیله ای بدون کلکتور است که وظیفه آن را الکترونیک بر عهده می گیرد.

BKEPT - موتورهای DC بدون جاروبک، به عنوان مثال، 12، 30 ولت می توانند قدرت داشته باشند.

• انتخاب موتور مناسب
• اصل عملیات
• دستگاه BKEPT
• حسگرها و عدم وجود آنها
• بدون سنسور
• مفهوم فرکانس PWM
• سیستم آردوینو
• پایه موتور

انتخاب موتور مناسب

برای انتخاب یک واحد، لازم است که اصل عملکرد و ویژگی های موتورهای کلکتور و براشلس مقایسه شود.

از چپ به راست: موتور کلکتور و موتور FK 28-12 براشلس

کلکتورها هزینه کمتری دارند، اما سرعت چرخش گشتاور پایینی دارند. آنها با جریان مستقیم کار می کنند، وزن و اندازه کمی دارند، تعمیر مقرون به صرفهبرای قطعات تعویضی تجلی کیفیت منفی زمانی آشکار می شود که تعداد زیادی گردش مالی دریافت شود. برس ها با کموتاتور تماس می گیرند و باعث ایجاد اصطکاک می شوند که می تواند به مکانیسم آسیب برساند. عملکرد واحد کاهش می یابد.

برس ها نه تنها به دلیل نیاز به تعمیر دارند سایش سریع، اما همچنین می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد مکانیسم شود.

مزیت اصلی یک موتور DC بدون جاروبک، فقدان گشتاور و پایه های سوئیچینگ است. این بدان معنی است که مانند موتورهای آهنربای دائم هیچ منبع تلفاتی وجود ندارد. عملکرد آنها توسط ترانزیستورهای MOS انجام می شود. قبلاً هزینه آنها بالا بود، بنابراین در دسترس نبودند. امروز، قیمت قابل قبول شده است و عملکرد به طور قابل توجهی بهبود یافته است. در صورت عدم وجود رادیاتور در سیستم، توان از 2.5 تا 4 وات محدود می شود و جریان کار از 10 تا 30 آمپر است. بهره وری موتورهای براشلسخیلی بلند.

مزیت دوم تنظیمات مکانیک است. محور بر روی بلبرینگ های عریض نصب شده است. هیچ عنصر شکسته و پاک کننده در سازه وجود ندارد.

تنها منفی واحد کنترل الکترونیکی گران قیمت است.

مثالی از مکانیک یک دستگاه CNC با دوک را در نظر بگیرید.

تعویض موتور کلکتور با موتور بدون جاروبک از شکستن اسپیندل CNC محافظت می کند. زیر دوک به معنای شفت با چرخش راست و چپ گشتاور است. اسپیندل CNC دارد قدرت بزرگ. سرعت گشتاور توسط سروو تستر کنترل می شود و سرعت توسط کنترل کننده اتوماتیک کنترل می شود. هزینه CNC با دوک حدود 4 هزار روبل است.

اصل عملیات

ویژگی اصلی مکانیسم عدم وجود کلکتور است. و آهنرباهای دائمی در اسپیندل که روتور است نصب می شود. در اطراف آن سیم پیچی وجود دارد که متفاوت است میدانهای مغناطیسی. تفاوت بین موتورهای براشلس 12 ولتی سنسور کنترل روتور است که روی آن قرار دارد. سیگنال ها به واحد کنترل کننده سرعت وارد می شوند.

دستگاه BKEPT

طرح آهنرباهای داخل استاتور معمولاً برای موتورهای دو فاز با تعداد قطب کم استفاده می شود. اصل گشتاور در اطراف استاتور زمانی استفاده می شود که نیاز به یک موتور دو فاز با سرعت کم باشد.

روی روتور چهار قطب وجود دارد. آهنرباهای مستطیلی شکل توسط قطب های متناوب نصب می شوند. با این حال، تعداد قطب ها همیشه با تعداد آهنرباها برابر نیست، که می تواند 12، 14 باشد، اما تعداد قطب ها باید زوج باشد، چندین آهنربا می توانند یک قطب را تشکیل دهند.

تصویر 8 آهنربا را نشان می دهد که 4 قطب را تشکیل می دهند. لحظه نیرو به قدرت آهنرباها بستگی دارد.

حسگرها و عدم وجود آنها

کنترلرهای سفر به دو گروه با و بدون سنسور موقعیت روتور تقسیم می شوند.

نیروهای جریان به سیم پیچ موتور در موقعیت ویژهروتور تعیین می شود سیستم الکترونیکیبا استفاده از سنسور موقعیت آنها انواع مختلفی دارند. یک کنترلر مسافرتی محبوب یک سنسور اثر هال مجزا است. یک موتور سه فاز 30 ولتی از 3 سنسور استفاده می کند. واحد الکترونیک دائماً اطلاعاتی در مورد موقعیت روتور دارد و ولتاژ را به موقع به سیم پیچ های مورد نظر هدایت می کند.

یک دستگاه معمولی که نتیجه گیری خود را هنگام تعویض سیم پیچ تغییر می دهد.

یک دستگاه حلقه باز جریان، سرعت را اندازه گیری می کند. کانال های PWM به پایین سیستم کنترل متصل می شوند.

سه ورودی به سنسور هال متصل است. در صورت تغییر در سنسور هال، فرآیند پردازش وقفه آغاز می شود. برای اطمینان از کنترل سریع پاسخ وقفه، یک سنسور هال به پایه های پایینی پورت متصل می شود.

استفاده از سنسور موقعیت با میکروکنترلر

برای صرفه جویی در قبوض برق، خوانندگان ما جعبه پس انداز برق را توصیه می کنند. پرداخت های ماهانه 30 تا 50 درصد کمتر از قبل از استفاده از ذخیره کننده خواهد بود. مولفه راکتیو را از شبکه حذف می کند که در نتیجه بار و در نتیجه مصرف جریان کاهش می یابد. وسایل برقی برق کمتری مصرف می کنند و هزینه پرداخت آن را کاهش می دهند.

کنترل کننده قدرت آبشاری در قلب هسته AVR قرار دارد که کنترل هوشمند یک موتور DC بدون جاروبک را فراهم می کند. AVR یک تراشه برای انجام وظایف خاص است.

اصل عملکرد کنترل کننده ضربه می تواند با سنسور یا بدون سنسور باشد. برنامه برد AVR این کار را انجام می دهد:

• راه اندازی موتور در سریع ترین زمان ممکن بدون استفاده از دستگاه های اضافی خارجی؛
• کنترل سرعت توسط یک پتانسیومتر خارجی

نمای جداگانه کنترل خودکار sma، مورد استفاده در ماشین لباسشویی.

بدون سنسور

برای تعیین موقعیت روتور، اندازه گیری ولتاژ روی سیم پیچ بیکار ضروری است. این روشزمانی که موتور در حال چرخش است قابل استفاده است، در غیر این صورت کار نخواهد کرد.

کنترلرهای مسافرتی بدون سنسور وزن سبک تری دارند و همین امر کاربرد گسترده آنها را توضیح می دهد.

کنترلرها دارای ویژگی های زیر هستند:

• مقدار حداکثر جریان مستقیم؛
• مقدار حداکثر ولتاژ عملیاتی؛
• عدد حداکثر سرعت، بیشینه سرعت;
• مقاومت سوئیچ های قدرت؛
• فرکانس ضربه

هنگام اتصال کنترلر، مهم است که سیم ها را تا حد امکان کوتاه نگه دارید. به دلیل وقوع نوسانات جریان در شروع. اگر سیم بلند باشد، ممکن است خطاهایی در تعیین موقعیت روتور رخ دهد. بنابراین، کنترلرها با سیم 12 - 16 سانتی متر فروخته می شوند.

کنترلرها تنظیمات نرم افزاری زیادی دارند:

• کنترل خاموش شدن موتور؛
• خاموش شدن نرم یا سخت؛
• ترمز و خاموش شدن صاف؛
• افزایش قدرت و کارایی؛
• شروع نرم، سخت، سریع؛
• محدودیت فعلی؛
• حالت گاز؛
• تغییر جهت

کنترلر LB11880 که در شکل نشان داده شده است حاوی یک درایور موتور قدرتمند بدون جاروبک است، یعنی می توانید بدون درایورهای اضافی، موتور را مستقیماً روی ریز مدار اجرا کنید.

مفهوم فرکانس PWM

هنگامی که کلیدها روشن می شوند، بار کامل به موتور وارد می شود. دستگاه به حداکثر سرعت می رسد. برای کنترل موتور باید یک رگولاتور برق تهیه کنید. این دقیقاً همان کاری است که مدولاسیون عرض پالس (PWM) انجام می دهد.

فرکانس مورد نیاز باز و بسته شدن کلیدها تنظیم شده است. ولتاژ از صفر به کار تغییر می کند. برای کنترل سرعت، باید سیگنال PWM را روی سیگنال های کلیدی قرار داد.

سیگنال PWM می تواند توسط دستگاه در چندین خروجی تولید شود. یا یک PWM برای یک کلید جداگانه با یک برنامه ایجاد کنید. مدار ساده تر می شود. سیگنال PWM دارای 4-80 کیلوهرتز است.

افزایش فرکانس منجر به فرآیندهای انتقال بیشتر می شود که منجر به گرما می شود. ارتفاع فرکانس PWM تعداد گذراها را افزایش می دهد که منجر به تلفات کلیدها می شود. فرکانس کوچک نرمی مطلوب کنترل را نمی دهد.

برای کاهش تلفات کلیدها در هنگام گذرا، سیگنال های PWM به طور جداگانه به سوئیچ های بالا یا پایین اعمال می شود. تلفات مستقیم با فرمول P=R*I2 محاسبه می شود که در آن P توان تلفات، R مقاومت سوئیچ، I قدرت جریان است.

مقاومت کمتر تلفات را به حداقل می رساند، کارایی را افزایش می دهد.

سیستم آردوینو

اغلب، یک کامپیوتر سخت افزاری برای کنترل موتورهای براشلس استفاده می شود. پلتفرم آردوینو. این بر اساس یک برد و یک محیط توسعه در زبان Wiring است.

برد آردوینو شامل یک میکروکنترلر Atmel AVR و برنامه ریزی المان و تعامل با مدارها می باشد. برد دارای رگولاتور ولتاژ می باشد. برد سریال آردوینو یک مدار معکوس کننده ساده برای تبدیل سیگنال از یک سطح به سطح دیگر است. برنامه ها از طریق USB نصب می شوند. برخی از مدل ها مانند آردوینو مینی نیاز دارند هزینه های اضافیبرای برنامه نویسی

زبان برنامه نویسی آردوینو از پردازش استاندارد استفاده می کند. برخی از مدل های آردوینو به شما اجازه می دهند چندین سرور را همزمان کنترل کنید. برنامه ها توسط پردازنده پردازش و توسط AVR کامپایل می شوند.

مشکلات کنترل کننده ممکن است به دلیل کاهش ولتاژ و بار زیاد رخ دهد.

پایه موتور

پایه موتور مکانیزمی است که موتور را سوار می کند. در نصب موتور استفاده می شود. پایه موتور از میله های متصل به هم و عناصر قاب تشکیل شده است. پایه های موتور از نظر عناصر مسطح و فضایی هستند. پایه موتور برای یک موتور 30 ​​ولتی یا چندین دستگاه. مدار قدرتپایه موتور از مجموعه ای از میله ها تشکیل شده است. پایه موتور در ترکیبی از عناصر خرپا و قاب نصب می شود.

موتور DC بدون جاروبک یک واحد ضروری است که هم در زندگی روزمره و هم در صنعت استفاده می شود. به عنوان مثال، دستگاه CNC، تجهیزات پزشکی، مکانیزم های خودرو.

BKEPT با قابلیت اطمینان، اصل عملکرد با دقت بالا، کنترل هوشمند و تنظیم خودکار متمایز می شود.