Galingi nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių. Varikliai be šepetėlių

Truputis istorijos:

Pagrindinė visų variklių problema yra perkaitimas. Rotorius sukosi kažkokio statoriaus viduje, todėl šiluma nuo perkaitimo niekur nedingo. Žmonės sugalvojo genialią idėją: sukti ne rotorių, o statorių, kuris sukimosi metu būtų vėsinamas oru. Sukūrus tokį variklį, jis buvo plačiai naudojamas aviacijoje ir laivų statyboje, todėl buvo pramintas vožtuvų varikliu.

Netrukus buvo sukurtas elektrinis vožtuvo variklio analogas. Jie pavadino jį varikliu be šepetėlių, nes jame nebuvo komutatorių (šepečių).

Variklis be šepetėlių.

Bešepetėliai elektros varikliai pas mus atkeliavo palyginti neseniai, neseniai 10-15 metų. Skirtingai nei komutatorių varikliai jie maitinami trifaze kintama srove. Varikliai be šepetėlių efektyviai veikia platesniu apsukų diapazonu ir turi daugiau didelis efektyvumas . Variklio konstrukcija palyginti paprastesnė, jame nėra šepečio mazgo, kuris nuolat trinasi su rotoriumi ir sukuria kibirkštis. Galima sakyti, kad varikliai be šepetėlių praktiškai nesusidėvi. Variklių be šepetėlių kaina yra šiek tiek didesnė nei variklių su šepečiu. Taip yra dėl to, kad visi varikliai be šepetėlių yra su guoliais ir, kaip taisyklė, yra pagaminti kokybiškiau.

Testai parodė:
Strypas su varžtu 8x6 = 754 gramai,
Sukimosi greitis = 11550 aps./min,
Energijos suvartojimas = 9 vatai(be varžto) , 101 vatas(su varžtu),

Galia ir efektyvumas

Galią galima apskaičiuoti taip:
1) Galia mechanikoje apskaičiuojama pagal šią formulę: N = F*v, kur F yra jėga, o v yra greitis. Tačiau kadangi varžtas yra statinėje būsenoje, nėra jokio judėjimo, išskyrus sukimąsi. Jei šis variklis būtų sumontuotas ant lėktuvo modelio, būtų galima išmatuoti greitį (jis lygus 12 m/s) ir apskaičiuoti naudingąją galią:
N naudoti = 7,54 * 12 = 90,48 vatai
2) efektyvumas elektrinis variklis randama pagal šią formulę: Efektyvumas = N naudinga / N išleista * 100 %, Kur N kaina = 101 vatas
Efektyvumas = 90,48/101 *100 % = 90 %
Vidutiniškai bešepetėlių variklių efektyvumas iš tikrųjų svyruoja apie 90% (didžiausias tokio tipo variklių efektyvumas yra 99.68% )

Variklio charakteristikos:

Įtampa: 11,1 volto
Revoliucijos: 11550 aps./min
Didžiausia srovė: 15A
Galia: 200 vatų
Trauka: 754 gramai (8x6 varžtas)

Išvada:

Bet kurio daikto kaina priklauso nuo jo gamybos masto. Gamintojai varikliai be šepetėlių dauginasi kaip grybai po lietaus. Todėl norėčiau tikėti, kad artimiausiu metu valdiklių ir bešepetėlių kaina varikliai kris, kaip nukrito ant radijo valdymo įrangos... Mikroelektronikos galimybės kasdien plečiasi, valdiklių dydis ir svoris po truputį mažėja. Galime manyti, kad artimiausiu metu valdikliai bus pradėti montuoti tiesiai į variklius! Gal pagyvensime iki tos dienos...

Buitinė ir medicinos įranga, orlaivių modeliavimas, dujotiekių ir naftotiekių vamzdžių uždarymo pavaros - tai toli gražu visas sąrašas bešepetėlių variklių (BD) naudojimo sritys nuolatinė srovė. Pažvelkime į šių elektromechaninių pavarų konstrukciją ir veikimo principą, kad geriau suprastume jų pranašumus ir trūkumus.

Bendra informacija, prietaisas, taikymo sritis

Viena iš susidomėjimo BD priežasčių – išaugęs greitaeigių mikrovariklių su tiksliu padėties nustatymu poreikis. Tokių pavarų vidinė struktūra parodyta 2 pav.

Ryžiai. 2. Prietaiso demonas komutatoriaus variklis

Kaip matote, dizainą sudaro rotorius (armatūra) ir statorius, pirmasis turi nuolatinį magnetą (arba kelis magnetus, išdėstytus tam tikra tvarka), o antrasis turi ritinius (B), kad sukurtų magnetinį lauką. .

Pastebėtina, kad šie elektromagnetiniai mechanizmai gali būti su vidine armatūra (tokio tipo konstrukcija matoma 2 pav.) arba išoriniai (žr. 3 pav.).

Ryžiai. 3. Outrunner dizainas

Atitinkamai, kiekvienas dizainas turi tam tikrą taikymo sritį. Prietaisai su vidine armatūra turi didelis greitis sukimosi, todėl jie naudojami aušinimo sistemose kaip elektrinės dronai ir kt. Varo su išorinis rotorius naudojamas ten, kur reikalingas tikslus padėties nustatymas ir atsparumas sukimo momento perkrovoms (robotika, medicininė įranga, CNC staklės ir kt.).

Veikimo principas

Skirtingai nuo kitų diskų, pvz. asinchroninė mašina kintamoji srovė, DB darbui reikalingas specialus valdiklis, kuris įjungia apvijas taip, kad armatūros ir statoriaus magnetinių laukų vektoriai būtų statmeni vienas kitam. Tai yra, iš esmės vairuotojo įtaisas reguliuoja sukimo momentą, veikiantį DB armatūrą. Šis procesas aiškiai parodytas 4 paveiksle.

Kaip matote, kiekvienam armatūros judesiui reikia atlikti tam tikrą komutaciją bešepetinio tipo variklio statoriaus apvijoje. Šis veikimo principas neleidžia sklandžiai valdyti sukimosi, tačiau leidžia greitai įgyti pagreitį.

Skirtumai tarp šepečių ir bešepetėlių variklių

Kolektoriaus tipo pavara skiriasi nuo BD as dizaino elementai(žr. 5 pav.), ir veikimo principą.

Ryžiai. 5. A – šepetinis variklis, B – bešepetėlis

Pasvarstykime dizaino skirtumai. Iš 5 paveikslo matyti, kad kolektorinio tipo variklio rotorius (1 pav. 5), skirtingai nei bešepetėlis, turi ritinius su paprasta grandinė apvija ir nuolatiniai magnetai(dažniausiai du) yra sumontuoti ant statoriaus (2 pav. 5). Be to, ant veleno sumontuotas komutatorius, prie kurio prijungti šepečiai, tiekiantys įtampą į armatūros apvijas.

Trumpai pakalbėkime apie veikimo principą kolektorių mašinos. Kai vienai iš ritių įjungiama įtampa, ji sužadinama ir susidaro magnetinis laukas. Jis sąveikauja su nuolatiniais magnetais, todėl sukasi armatūra ir ant jo esantis kolektorius. Dėl to maitinimas tiekiamas kitai apvijai ir ciklas kartojasi.

Šios konstrukcijos armatūros sukimosi dažnis tiesiogiai priklauso nuo magnetinio lauko intensyvumo, kuris, savo ruožtu, yra tiesiogiai proporcingas įtampai. Tai yra, norint padidinti arba sumažinti greitį, pakanka padidinti arba sumažinti galios lygį. O norint pakeisti, būtina pakeisti poliškumą. Šiam valdymo metodui nereikia specialaus valdiklio, nes greičio reguliatorius gali būti pagamintas remiantis kintamu rezistorius, o įprastas jungiklis veiks kaip keitiklis.

Ankstesniame skyriuje aptarėme bešepetėlių variklių dizaino ypatybes. Kaip prisimenate, norint juos prijungti, reikia specialaus valdiklio, be kurio jie tiesiog neveiks. Dėl tos pačios priežasties šie varikliai negali būti naudojami kaip generatorius.

Taip pat verta paminėti, kad kai kuriuose diskuose šio tipo efektyvesniam valdymui rotoriaus padėtys stebimos naudojant Hall jutiklius. Tai žymiai pagerina variklių be šepetėlių charakteristikas, tačiau padidina ir taip brangaus dizaino kainą.

Kaip užvesti variklį be šepetėlių?

Kad tokio tipo diskai veiktų, jums reikės specialaus valdiklio (žr. 6 pav.). Be jo paleidimas neįmanomas.

Ryžiai. 6. Modeliavimui skirti variklių valdikliai be šepetėlių

Nėra prasmės tokio įrenginio surinkti patiems, pigiau ir patikimiau bus įsigyti gatavą. Galite pasirinkti pagal šias charakteristikas, būdinga PWM kanalo tvarkyklėms:

• Didžiausia leistina srovės stipris, ši charakteristika nurodyta normaliam įrenginio veikimui. Gana dažnai gamintojai šį parametrą nurodo modelio pavadinime (pavyzdžiui, Phoenix-18). Kai kuriais atvejais suteikiama piko režimo reikšmė, kurią valdiklis gali palaikyti kelias sekundes.
• Didžiausia vardinė įtampa nuolatiniam darbui.
• Valdiklio vidinių grandinių varža.
• Leistinas greitis nurodomas aps./min. Viršijus šią vertę, valdiklis neleis padidinti sukimosi (ribojimas įgyvendinamas programinės įrangos lygiu). Atkreipkite dėmesį, kad greitis visada nurodomas dviejų polių pavaroms. Jei polių porų yra daugiau, reikšmę padalinkite iš jų skaičiaus. Pavyzdžiui, nurodytas skaičius yra 60 000 aps./min., todėl 6 magnetinis variklis sukimosi greitis bus 60000/3=20000 prm.
• Generuojamų impulsų dažnis, daugumai valdiklių šis parametras svyruoja nuo 7 iki 8 kHz, daugiau brangūs modeliai leidžia perprogramuoti parametrą, padidinant jį iki 16 arba 32 kHz.

Atkreipkite dėmesį, kad pirmosios trys charakteristikos lemia duomenų bazės galią.

Variklio valdymas be šepetėlių

Kaip minėta aukščiau, pavaros apvijų perjungimas valdomas elektroniniu būdu. Kad nustatytų, kada perjungti, vairuotojas stebi armatūros padėtį naudodamas Hall jutiklius. Jei diske nėra tokių detektorių, tada nugaros emf, kuris atsiranda neprijungtose statoriaus ritėse. Valdiklis, kuris iš esmės yra aparatinės ir programinės įrangos kompleksas, stebi šiuos pokyčius ir nustato perjungimo tvarką.

Trifazis bešepetėlis nuolatinės srovės variklis

Dauguma duomenų bazių yra įdiegtos trifaziu dizainu. Tokiai pavarai valdyti valdiklis turi keitiklį DC įtampaį trifazį impulsą (žr. 7 pav.).

7 pav. OBD įtampos diagramos

Norėdami paaiškinti, kaip veikia toks vožtuvo variklis, kartu su 7 paveikslu, turėtumėte atsižvelgti į 4 paveikslą, kuriame paeiliui pavaizduoti visi pavaros veikimo etapai. Užsirašykime juos:

1. Teigiamas impulsas suteikiamas ritėms „A“, o neigiamas impulsas – „B“, todėl armatūra juda. Jutikliai užfiksuos jo judėjimą ir išsiųs signalą kitam perjungimui.
2. Ritė „A“ išjungiama, o teigiamas impulsas pereina į „C“ („B“ lieka nepakitęs), tada signalas siunčiamas į kitą impulsų rinkinį.
3. „C“ yra teigiamas, „A“ yra neigiamas.
4. „B“ ir „A“ kūrinių pora, kuri gauna teigiamų ir neigiamų impulsų.
5. Teigiamas impulsas vėl taikomas "B", o neigiamas impulsas - "C".
6. Ritės „A“ įjungiamos (+ tiekiamas), o „C“ neigiamas impulsas kartojamas. Tada ciklas kartojasi.

Dėl akivaizdaus valdymo paprastumo kyla daug sunkumų. Būtina ne tik stebėti armatūros padėtį, kad būtų galima gaminti kitą impulsų seriją, bet ir valdyti sukimosi greitį reguliuojant srovę ritėse. Be to, reikėtų rinktis labiausiai optimalūs parametrai greitėjimui ir stabdymui. Taip pat verta prisiminti, kad valdiklyje turi būti įrenginys, leidžiantis valdyti jo veikimą. Išvaizda tokį daugiafunkcį įrenginį galima pamatyti 8 pav.

Ryžiai. 8. Daugiafunkcis bešepetis variklio valdymo valdiklis

Privalumai ir trūkumai

Elektrinis variklis be šepetėlių turi daug privalumų, būtent:

• Tarnavimo laikas yra žymiai ilgesnis nei įprastų kolektorių analogų.
• Didelis efektyvumas.
• Greitasis rinkimas Maksimalus greitis sukimasis.
• Jis yra galingesnis nei CD.
• Jei veikimo metu nėra kibirkščių, pavarą galima naudoti gaisro pavojingomis sąlygomis.
• Nereikia papildomo aušinimo.
• Paprasta naudoti.

Dabar pažvelkime į minusus. Reikšmingas trūkumas, o tai riboja duomenų bazių naudojimą – gana didelė jų kaina (atsižvelgiant į vairuotojo kainą). Tarp nepatogumų galima paminėti ir nesugebėjimą naudotis duomenų baze be tvarkyklės, net ir trumpalaikiam aktyvinimui, pavyzdžiui, patikrinti jos funkcionalumą. Probleminis remontas, ypač jei reikia pervynioti.

Paskelbta 2013-03-19

Šiuo straipsniu pradedu seriją publikacijų apie nuolatinės srovės variklius be šepetėlių. Aprašysiu tai prieinama kalba Bendra informacija, prietaisas, bešepetėlio variklio valdymo algoritmai. Bus svarstoma skirtingi tipai varikliai, pateikti reguliatoriaus parametrų parinkimo pavyzdžiai. Aprašysiu reguliatoriaus įrenginį ir veikimo algoritmą, galios jungiklių parinkimo būdą bei pagrindinius reguliatoriaus parametrus. Logiška publikacijų išvada bus reguliatoriaus schema.

Varikliai be šepetėlių tapo plačiai paplitę dėl elektronikos plėtros, įskaitant nebrangių galios tranzistorių jungiklių atsiradimą. Svarbų vaidmenį atliko ir galingų neodimio magnetų atsiradimas.

Tačiau variklis be šepetėlių neturėtų būti laikomas nauju gaminiu. Variklio be šepetėlių idėja kilo dar elektros aušroje. Tačiau dėl technologijų neprieinamumo jis laukė savo laiko iki 1962 m., Kai pasirodė pirmasis komercinis bešepetėlis nuolatinės srovės variklis. Tie. Jau daugiau nei pusę amžiaus buvo įvairių serijinių tokio tipo elektrinių pavarų diegimų!

Tam tikra terminija

Bešepetėliai nuolatinės srovės varikliai dar vadinami vožtuvo tipo varikliais, užsienio literatūroje BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) arba PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor).

Struktūriškai variklis be šepetėlių susideda iš rotoriaus su nuolatiniais magnetais ir statoriaus su apvijomis. Atkreipiu jūsų dėmesį į tai, kad komutatoriaus variklyje, priešingai, apvijos yra ant rotoriaus. Todėl toliau tekste rotorius yra magnetai, statorius – apvijos.

Varikliui valdyti naudojamas elektroninis reguliatorius. Užsienio literatūroje Speed ​​​​Controller arba ESC (Elektroninis greičio valdymas).

Kas yra variklis be šepetėlių?

Dažniausiai žmonės, susidūrę su kažkuo nauja, ieško analogijų. Kartais išgirstate frazes „na, tai kaip sinchronizuota mašina“ arba, dar blogiau, „atrodo kaip steperis“. Kadangi dauguma variklių be šepetėlių yra trifaziai, tai sukelia dar daugiau painiavos, todėl susidaro klaidinga nuomonė, kad reguliatorius „maitina“ variklio 3 fazių kintamąją srovę. Visa tai, kas išdėstyta aukščiau, yra tik iš dalies tiesa. Faktas yra tas, kad visi varikliai, išskyrus asinchroninius, gali būti vadinami sinchroniniais. Visi nuolatinės srovės varikliai yra savaime sinchronizuojantys varikliai, tačiau jų veikimo principas skiriasi nuo kintamosios srovės sinchroninių variklių, kurie nėra savaime sinchronizuojantys. Jis taip pat tikriausiai gali veikti kaip žingsninis variklis be šepetėlių. Bet štai kas: plyta taip pat gali skristi... nors ir ne toli, nes ji ne tam skirta. Kaip žingsninis variklis Tinkamesnis yra perjungtas pasipriešinimo variklis.

Pabandykime išsiaiškinti, kas yra nuolatinės srovės variklis be šepetėlių (Brushles Direct Current Motor). Šioje frazėje jau yra atsakymas – tai nuolatinės srovės variklis be komutatoriaus. Kolektoriaus funkcijas atlieka elektronika.

Privalumai ir trūkumai

Gana sudėtingas, sunkus ir kibirkščiuojantis agregatas, kuriam reikia priežiūros, pašalinamas iš variklio konstrukcijos - kolektoriaus. Variklio konstrukcija žymiai supaprastinta. Variklis yra lengvesnis ir kompaktiškesnis. Perjungimo nuostoliai žymiai sumažėja, nes pakeičiami komutatoriaus ir šepečio kontaktai elektroniniai raktai. Rezultate gauname elektrinį variklį su geriausiais naudingumo rodikliais ir galia kilogramui savo svorio, su plačiausiu sukimosi greičio diapazonu. Praktiškai varikliai be šepetėlių veikia vėsiau nei jų šepečiu varomi varikliai. Perdavimas sunkus krūvis akimirka. Dėl galingų neodimio magnetų varikliai be šepetėlių tapo dar kompaktiškesni. Bešepetėlio variklio konstrukcija leidžia jį naudoti vandenyje ir agresyvioje aplinkoje (žinoma, sušlapinti tik variklį ir reguliatorių bus labai brangu). Varikliai be šepetėlių praktiškai nesukelia radijo trukdžių.

Vienintelis trūkumas laikomas sudėtingu ir brangiu elektroninis blokas valdikliai (reguliatorius arba ESC). Tačiau jei norite valdyti variklio sūkius, neapsieisite be elektronikos. Jei nereikia reguliuoti bešepetėlio variklio greičio, vis tiek neapsieisite be elektroninio valdymo bloko. Variklis be šepetėlių be elektronikos yra tik techninės įrangos dalis. Jokiu būdu negalima įjungti įtampos ir pasiekti normalaus sukimosi, kaip ir kitiems varikliams.

Kas nutinka variklio reguliatoriuje be šepetėlių?

Norėdami suprasti, kas vyksta reguliatoriaus, valdančio bešepetį variklį, elektronikoje, grįžkime šiek tiek atgal ir pirmiausia suprasime, kaip veikia šepečiu varomas variklis. Iš mokyklos fizikos kurso prisimename, kaip magnetinis laukas veikia rėmą su srove. Srovę nešantis rėmas sukasi magnetiniame lauke. Tuo pačiu metu jis nesisuka nuolat, o sukasi į tam tikrą padėtį. Kad vyktų nuolatinis sukimasis, reikia keisti srovės kryptį kadre, priklausomai nuo kadro padėties. Mūsų atveju srovę nešantis rėmas yra variklio apvija, o perjungimą atlieka komutatorius, įrenginys su šepečiais ir kontaktais. Paprasčiausio variklio struktūra parodyta paveikslėlyje.

Elektronika, valdanti variklį be šepetėlių, daro tą patį – į tinkamas akimirkas jungia nuolatinę įtampą prie reikiamų statoriaus apvijų.

Padėties davikliai, varikliai be jutiklių

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, svarbu suprasti, kad įtampa turi būti tiekiama į variklio apvijas priklausomai nuo rotoriaus padėties. Todėl elektronika turi sugebėti nustatyti variklio rotoriaus padėtį . Tam naudojami padėties jutikliai. Jie gali būti įvairių tipų, optinis, magnetinis ir kt. Šiuo metu labai paplitę atskiri jutikliai, pagrįsti Holo efektu (pavyzdžiui, SS41). Trifazis bešepetėlis variklis naudoja 3 jutiklius. Tokių daviklių dėka elektroninis valdymo blokas visada žino, kokioje padėtyje yra rotorius ir į kokias apvijas bet kuriuo metu duoti įtampą. Trifazio bešepetėlio variklio valdymo algoritmas bus aptartas vėliau.

Yra bešepetėlių variklių, kurie neturi jutiklių. Tokiuose varikliuose rotoriaus padėtis nustatoma matuojant įtampą per nenaudojamą Šis momentas vyniojimo laikas. Šie metodai taip pat bus aptarti vėliau. Turėtumėte atkreipti dėmesį į svarbų dalyką: šis metodas aktualus tik tada, kai variklis sukasi. Kai variklis nesisuka arba sukasi labai lėtai, šis metodas neveikia.

Kokiais atvejais naudojami varikliai be šepetėlių su jutikliais, o kokiais – be jutiklių? Kuo jie skiriasi?

Techniniu požiūriu labiau pageidautina varikliai su padėties jutikliais. Tokių variklių valdymo algoritmas yra daug paprastesnis. Tačiau yra ir trūkumų: reikia tiekti maitinimą jutikliams ir nutiesti laidus nuo jutiklių variklyje iki valdymo elektronikos; Jei vienas iš jutiklių sugenda, variklis nustoja veikti, o keičiant jutiklius dažniausiai reikia išardyti variklį.

Tais atvejais, kai struktūriškai neįmanoma sumontuoti jutiklių variklio korpuse, naudojami varikliai be jutiklių. Struktūriškai tokie varikliai praktiškai nesiskiria nuo variklių su jutikliais. Tačiau elektroninis blokas turi turėti galimybę valdyti variklį be jutiklių. Tokiu atveju valdymo blokas turi atitikti charakteristikas konkretus modelis variklis.

Jei variklis turi užvesti didelę apkrovą variklio velenui (elektrotransporto priemonės, kėlimo mechanizmai ir kt.), naudojami varikliai su jutikliais.
Jei variklis užvedamas be apkrovos velenui (vėdinimas, oro sraigtas, naudojama išcentrinė sankaba ir pan.), galima naudoti variklius be jutiklių. Atminkite: variklis be padėties jutiklių turi įsijungti be veleno apkrovos. Jei ši sąlyga neįvykdyta, reikia naudoti variklį su jutikliais. Be to, šiuo metu variklis užvedamas be jutiklių, galimos variklio ašies sukimosi vibracijos skirtingos pusės. Jei tai labai svarbu jūsų sistemai, naudokite variklį su jutikliais.

Trys fazės

Nupirkti trifaziai varikliai be šepetėlių didžiausias paskirstymas. Bet jie gali būti vienos, dviejų, trijų ar daugiau fazių. Kuo daugiau fazių, tuo sklandesnis magnetinio lauko sukimasis, bet tuo sudėtingesnė variklio valdymo sistema. 3 fazių sistema yra pati optimaliausia efektyvumo/sudėtingumo santykio požiūriu, todėl ji taip išplito. Be to, tik trifazė grandinė bus laikoma labiausiai paplitusi. Tiesą sakant, fazės yra variklio apvijos. Todėl, jei sakote „trys apvijos“, manau, kad taip pat būtų teisinga. Trys apvijos yra sujungtos žvaigždute arba trikampiu. Trifazis variklis be šepetėlių turi tris laidus - apvijų laidus, žr.

Varikliai su jutikliais turi papildomus 5 laidus (2 maitinimo šaltiniai padėties jutikliams ir 3 signalai iš jutiklių).

Trifazėje sistemoje bet kuriuo metu įtampa įvedama dviem iš trijų apvijų. Taigi, yra 6 nuolatinės srovės įtampos tiekimo variklio apvijų parinktys, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau.

Nuolatinės srovės variklio charakteristikos. Kaip ir nuolatinės srovės varikliai, vožtuvų varikliai veikti iš nuolatinės srovės tinklo. Aukšto slėgio variklis gali būti laikomas nuolatinės srovės varikliu, kuriame šepečio-komutatoriaus mazgas pakeičiamas elektronika, kurią pabrėžia žodis „vožtuvas“, tai yra „valdomas maitinimo jungikliais“ (vožtuvais). Jungiklio variklio fazinės srovės yra sinusinės formos. Paprastai kaip galios stiprintuvas naudojamas autonominis įtampos keitiklis su impulso pločio moduliacija (PWM).

Vožtuvo variklis turėtų būti atskirtas nuo nuolatinės srovės variklio be šepetėlių (BLDC), kurio magnetinis laukas tarpelyje pasiskirsto trapeciškai ir pasižymi stačiakampio fazinės įtampos forma. BLDC struktūra paprastesnė nei VD struktūra (nėra koordinačių keitiklio; vietoj PWM naudojamas 120 arba 180 laipsnių komutavimas, kurio įgyvendinimas yra paprastesnis nei PWM).

Rusų kalbos literatūroje variklis vadinamas vožtuvo tipo, jei valdomos sinchroninės mašinos galinis EMF yra sinusoidinis ir bekontaktis variklis DC, jei galinis EMF yra trapecijos formos.

Literatūroje anglų kalba tokie varikliai paprastai nenagrinėjami atskirai nuo elektrinės pavaros ir yra vadinami santrumpa PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) arba BLDC (Brushless Direct Current Motor). Verta paminėti, kad santrumpa PMSM anglų kalbos literatūroje dažniau naudojama apibūdinti pačias sinchronines mašinas su nuolatiniais magnetais ir sinusoidine fazinio atgalinio EMF forma, o santrumpa BLDC yra panaši į rusišką santrumpą BDPT ir reiškia variklius su trapecijos formos užpakaliniu EMF (jei kita forma nėra konkrečiai nurodyta).

Paprastai tariant, vožtuvo variklis nėra elektrinė mašina tradicine prasme, nes jo problemos turi įtakos daugeliui klausimų, susijusių su elektros pavarų ir automatinio valdymo sistemų teorija: struktūrine struktūra, jutiklių ir elektroninių komponentų naudojimu, taip pat programinė įranga.

Inverteriniai varikliai, kuriuose kintamosios srovės mašinų patikimumas derinamas su geru nuolatinės srovės mašinų valdomumu, yra alternatyva nuolatinės srovės varikliams, kuriems būdingi įvairūs su valdymo skydeliu susiję defektai, pvz. armatūros išsklaidymas ir tt Nesant valdymo pulto, galima naudoti VD tais atvejais, kai DPT naudoti sunku arba neįmanoma.

Aprašymas ir veikimo principas[ | ]

Ryžiai. 2. Dviejų fazių bešepetėlio variklio su nuolatinio magneto sinchronine mašina ant rotoriaus konstrukcija. PC - koordinačių keitiklis, PA - galios stiprintuvas,
SEMP – sinchroninis elektromechaninis keitiklis (sinchroninė mašina), DPR – rotoriaus padėties jutiklis.

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 ),)

kur yra rotoriaus (ir sukimosi koordinačių sistemos) sukimosi kampas ašies atžvilgiu α (\displaystyle \alpha ) fiksuota koordinačių sistema. Išmatuoti momentinę kampo vertę θ (\displaystyle \theta ) Rotoriaus padėties jutiklis (RPS) sumontuotas ant HP veleno.

Iš esmės šiuo atveju tai yra fazinės įtampos amplitudės vertės specifikacija. Ir kompiuteris, atliekantis signalo padėties moduliavimą u q (\displaystyle u_(q)), generuoja harmoninius signalus u α , u β (\displaystyle u_(\alpha ),u_(\beta )), kurią galios stiprintuvas (PA) paverčia fazinėmis įtampomis u A , u B (\displaystyle u_(A),u_(B)). Sinchroninis variklis kaip jungiklio variklio dalis dažnai vadinamas sinchroniniu elektromechaniniu keitikliu (SEMC).

Paprastai elektroninė rotoriaus dalis perjungia sinchroninės mašinos statoriaus fazes taip, kad statoriaus magnetinio srauto vektorius būtų statmenas rotoriaus magnetinio srauto vektoriui (vadinamasis vektoriaus valdymas). Išlaikant statoriaus ir rotoriaus srautų ortogonalumą, kintančio sukimosi greičio sąlygomis išlaikomas maksimalus aukšto slėgio variklio sukimo momentas, kuris neleidžia rotoriui iškristi iš sinchronizmo ir užtikrina sinchroninės mašinos darbą kuo aukščiau. efektyvumą. Norint nustatyti esamą rotoriaus srauto padėtį, vietoj rotoriaus padėties jutiklio gali būti naudojami srovės jutikliai (netiesioginis padėties matavimas).

Šiuolaikinio VD elektroninėje dalyje yra mikrovaldiklis ir tranzistoriaus tiltelis, o fazinėms srovėms generuoti naudojamas impulsų pločio moduliacijos (PWM) principas. Mikrovaldiklis stebi, kaip laikomasi nurodytų valdymo įstatymų, taip pat atlieka sistemos diagnostiką ir jos programinę apsaugą nuo avarinių situacijų.

Kartais nėra rotoriaus padėties jutiklio, o padėtį įvertina valdymo sistema, remdamasi srovės jutiklių matavimais su stebėtojų pagalba (vadinamoji „bejutiklio“ HP valdymas). Tokiais atvejais, nuėmus brangų ir dažnai didelių gabaritų padėties jutiklį, sumažėja aukšto slėgio elektrinės pavaros kaina ir svoris bei matmenys, tačiau pasunkėja valdymas, sumažėja padėties ir greičio nustatymo tikslumas.

Vidutinės ir didelės galios įrenginiuose prie sistemos gali būti pridedami elektriniai filtrai, siekiant sumažinti neigiamą PWM poveikį: apvijų viršįtampius, guolių sroves ir sumažėjusį efektyvumą. Tačiau tai būdinga visų tipų varikliams.

Privalumai ir trūkumai[ | ]

Vožtuvų varikliai yra skirti sujungti geriausios savybės Kintamosios srovės varikliai ir nuolatinės srovės varikliai. Tai lemia jų nuopelnus.

Privalumai:

Vožtuvų varikliai taip pat pasižymi tam tikrais trūkumais, iš kurių pagrindinis yra didelė kaina. Tačiau kalbant apie dideles išlaidas, reikėtų atsižvelgti ir į tai, kad bešepetiniai varikliai dažniausiai naudojami brangiose sistemose, kurioms keliami didesni tikslumo ir patikimumo reikalavimai.

Trūkumai:

Dizainas [ | ]

Struktūriškai šiuolaikinės vožtuvų pavaros susideda iš elektromechaninės dalies (sinchroninės mašinos ir rotoriaus padėties jutiklio) ir valdymo dalies (mikrovaldiklio ir maitinimo tiltelio).

Kalbant apie VD dizainą, pravartu nepamiršti ir nekonstruktyvaus sistemos elemento – valdymo programos (logikos).

Sinchroninė mašina, naudojama aukšto slėgio varikliuose, susideda iš laminuoto statoriaus (sumontuoto iš atskirų elektriškai izoliuotų elektrotechninio plieno lakštų, siekiant sumažinti sūkurines sroves), kuriame yra daugiafazė (dažniausiai dviejų ar trijų fazių) apvija, ir rotoriaus. (dažniausiai su nuolatiniais magnetais).

Holo jutikliai naudojami kaip rotoriaus padėties jutikliai BLDC varikliuose, o sukamieji transformatoriai ir akumuliaciniai jutikliai naudojami VD. Taip vadinamoje Sistemose „be jutiklių“ padėties informaciją nustato valdymo sistema pagal momentines fazių srovių vertes.

Informaciją apie rotoriaus padėtį apdoroja mikroprocesorius, kuris pagal valdymo programą gamina PWM valdymo signalus. Tada mikrovaldiklio žemos įtampos PWM signalai galios stiprintuvu (dažniausiai tranzistoriaus tilteliu) konvertuojami į variklio maitinimo įtampą.

Rotoriaus padėties jutiklio ir elektroninio bloko derinį HP ir BLDC galima palyginti su tam tikru patikimumo laipsniu su DPT šepečio-kolektoriaus mazgu. Tačiau reikia atsiminti, kad varikliai retai naudojami ne elektros pavaroje. Taigi elektroninė įranga VD būdinga beveik tiek pat, kiek ir DPT.

Statorius [ | ]

Statorius yra tradicinio dizaino. Jį sudaro korpusas, elektrinio plieno šerdis ir varinė apvija, išdėstyta grioveliuose aplink šerdies perimetrą. Apvija suskirstyta į fazes, kurios dedamos į griovelius taip, kad būtų erdviškai pasislinkusios viena kitos atžvilgiu kampu, kurį lemia fazių skaičius. Yra žinoma, kad vienodam kintamosios srovės mašinos variklio veleno sukimui pakanka dviejų fazių. Paprastai aukštos įtampos varikliuose naudojamos sinchroninės mašinos yra trifazės, tačiau randama ir aukštos įtampos variklių su keturių ir šešių fazių apvijomis.

Rotorius [ | ]

Pagal rotoriaus vietą vožtuvų varikliai skirstomi į vidinius rotorinius (angl. inrunner) ir išorinius rotorius (angl. outrunner).

Rotorius gaminamas naudojant nuolatinius magnetus ir paprastai turi nuo dviejų iki šešiolikos polių porų su pakaitomis šiaurės ir pietų poliais.

Variklių be šepetėlių atsiradimas paaiškinamas būtinybe sukurti elektrinę mašiną, turinčią daug privalumų. Variklis be šepetėlių – tai įrenginys be komutatoriaus, kurio funkciją perima elektronika.

BLDC varikliai yra nuolatinės srovės elektros varikliai be šepetėlių, kurių galia yra, pavyzdžiui, 12, 30 voltų.

• Tinkamo variklio pasirinkimas
• Veikimo principas
• BLDC variklio įtaisas
• Jutikliai ir jų nebuvimas
• Nėra jutiklio
• PWM dažnio samprata
• arduino sistema
• Variklio laikiklis

Tinkamo variklio pasirinkimas

Norint pasirinkti įrenginį, reikia palyginti šepečių ir bešepetėlių variklių veikimo principą ir savybes.

Iš kairės į dešinę: variklis su šepečiu ir variklis be šepetėlių FK 28-12

Kolektoriniai kainuoja pigiau, bet sukuria mažą sukimo momento sukimosi greitį. Jie veikia nuolatine srove, yra lengvi ir lengvi, remontas už prieinamą kainą dalių keitimui. Neigiamos kokybės pasireiškimas atsiskleidžia, kai gaunamas didžiulis apsisukimų skaičius. Šepečiai liečiasi su komutatoriumi, sukeldami trintį, kuri gali sugadinti mechanizmą. Sumažėja įrenginio našumas.

Šepečiai ne tik reikalauja remonto dėl greitas nusidėvėjimas, bet taip pat gali perkaisti mechanizmas.

Pagrindinis nuolatinės srovės variklio be šepetėlių pranašumas yra sukimo momento ir perjungimo kontaktų nebuvimas. Tai reiškia, kad nėra nuostolių šaltinių, kaip nuolatinio magneto varikliuose. Jų funkcijas atlieka MOS tranzistoriai. Anksčiau jų kaina buvo didelė, todėl jų nebuvo. Šiandien kaina tapo priimtina, o našumas gerokai pagerėjo. Jei sistemoje nėra radiatoriaus, galia ribojama iki 2,5–4 vatų, o darbinė srovė – nuo ​​10 iki 30 amperų. Efektyvumas elektros varikliai be šepetėlių labai aukštas.

Antrasis privalumas yra mechaniniai nustatymai. Ašis sumontuota ant plačių guolių. Konstrukcijoje nėra lūžtančių ar abrazyvinių elementų.

Vienintelis trūkumas yra brangus elektroninis valdymo blokas.

Panagrinėkime CNC mašinos su velenu mechanikos pavyzdį.

Pakeitus šepečiu variklį bešepetėliu, apsisaugosite nuo CNC veleno pažeidimo. Suksis reiškia veleną, kurio sukimo momentas sukasi į dešinę ir į kairę. CNC velenas turi Aukšta įtampa. Sukimo momento greitį valdo servo testerio reguliatorius, o greitį valdo automatinis valdiklis. CNC su velenu kaina yra apie 4 tūkstančius rublių.

Veikimo principas

Pagrindinis mechanizmo bruožas yra kolektoriaus nebuvimas. Ir nuolatiniai magnetai yra sumontuoti prie veleno, kuris yra rotorius. Aplink jį yra vielos apvijos, kurios turi skirtingus magnetiniai laukai. Skirtumas tarp 12 voltų bešepetėlių variklių yra ant jo esantis rotoriaus valdymo jutiklis. Signalai siunčiami į greičio reguliatoriaus bloką.

BLDC variklio įtaisas

Magnetų išdėstymas statoriaus viduje dažniausiai naudojamas dviejų fazių varikliams su nedideliu polių skaičiumi. Sukimo momento aplink statorių principas naudojamas, kai reikia gauti dviejų fazių variklį su mažu greičiu.

Ant rotoriaus yra keturi poliai. Stačiakampiuose magnetuose montuojami kintamieji poliai. Tačiau polių skaičius ne visada lygus magnetų skaičiui, kurių gali būti 12, 14. Tačiau polių skaičius turi būti lygus.Vieną polių gali sudaryti keli magnetai.

Nuotraukoje pavaizduoti 8 magnetai, sudarantys 4 polius. Jėgos momentas priklauso nuo magnetų galios.

Jutikliai ir jų nebuvimas

Eigos valdikliai skirstomi į dvi grupes: su rotoriaus padėties jutikliu ir be jo.

Srovės jėgos tiekiamos į variklio apvijas, kai ypatinga situacija rotorius.Nustatyta elektronine sistema naudojant padėties jutiklį. Jų būna įvairių. Populiarus kelionių valdiklis yra atskiras Hall efekto jutiklis. Trifazis 30 voltų variklis naudos 3 jutiklius. Elektronikos blokas nuolat turi duomenis apie rotoriaus padėtį ir laiku nukreipia įtampą į reikiamas apvijas.

Dažnas įrenginys, kuris keičia savo išvadas perjungiant apvijas.

Atviro ciklo prietaisas matuoja srovę, greitį. PWM kanalai yra prijungti prie valdymo sistemos apačios.

Trys įėjimai prijungti prie Hall jutiklio. Jei pasikeičia Hall jutiklis, prasideda pertraukimo apdorojimo procesas. Siekiant užtikrinti greitą atsaką į pertraukų apdorojimą, prie prievado žemos eilės kaiščių prijungiamas Hall jutiklis.

Padėties jutiklio naudojimas su mikrovaldikliu

Norėdami sutaupyti elektros sąskaitas, mūsų skaitytojai rekomenduoja Electricity Saving Box. Mėnesinės įmokos bus 30-50% mažesnės nei buvo prieš naudojant taupyklę. Jis pašalina reaktyvųjį komponentą iš tinklo, todėl sumažėja apkrova ir, atitinkamai, srovės suvartojimas. Elektros prietaisai sunaudoja mažiau elektros energijos ir sumažėja sąnaudos.

Scenos jėgos valdiklis yra AVR šerdies centre, kuris leidžia išmaniai valdyti nuolatinės srovės variklį be šepetėlių. AVR yra lustas, skirtas konkrečioms užduotims atlikti.

Greičio reguliatoriaus veikimo principas gali būti su jutikliu arba be jo. AVR plokštės programa atlieka:

• kuo greičiau užveskite variklį nenaudojant išorinių papildomų įtaisų;
• greičio valdymas vienu išoriniu potenciometru.

Atskiras vaizdas automatinis valdymas sma, naudota skalbimo masinose.

Nėra jutiklio

Norint nustatyti rotoriaus padėtį, būtina išmatuoti nenaudojamos apvijos įtampą. Šis metodas Taikoma, kai variklis sukasi, kitaip jis neveiks.

Kelionių valdiklius be jutiklių lengviau gaminti, o tai paaiškina jų platų naudojimą.

Valdikliai turi šias savybes:

• maksimali nuolatinės srovės vertė;
• didžiausios darbinės įtampos vertė;
• numerį Maksimalus greitis;
• maitinimo jungiklių atsparumas;
• impulsų dažnis.

Jungiant valdiklį svarbu, kad laidai būtų kuo trumpesni. Dėl srovės viršįtampių atsiradimo pradžioje. Jei laidas ilgas, gali atsirasti klaidų nustatant rotoriaus padėtį. Todėl valdikliai parduodami su 12 - 16 cm laidu.

Valdikliai turi daug programinės įrangos nustatymų:

• variklio išjungimo valdymas;
• minkštas arba kietas išjungimas;
• stabdymas ir sklandus išjungimas;
• padidinti galią ir efektyvumą;
• minkštas, kietas, greitas startas;
• srovės ribos;
• dujų režimas;
• krypties pasikeitimas.

Paveiksle parodytame valdiklyje LB11880 yra didelės galios bešepetėlis variklio tvarkyklė, tai yra, jūs galite paleisti variklį tiesiai į lustą be papildomų tvarkyklių.

PWM dažnio samprata

Įjungus raktelius, variklis veikia visa apkrova. Įrenginys pasiekia maksimalų greitį. Norint valdyti variklį, turi būti įrengtas galios reguliatorius. Būtent tai daro impulsų pločio moduliacija (PWM).

Nustatomas reikiamas raktų atidarymo ir uždarymo dažnis. Įtampa keičiasi nuo nulio iki darbinės. Norint valdyti greitį, ant pagrindinių signalų būtina uždėti PWM signalą.

Įrenginys gali generuoti PWM signalą ant kelių kontaktų. Arba sukurkite PWM atskiram raktui naudodami programą. Schema tampa paprastesnė. PWM signalas yra 4-80 kilohercų.

Padidinus dažnį, atsiranda daugiau pereinamųjų procesų, kurie gamina šilumą. PWM dažnio aukštis padidina pereinamųjų procesų skaičių, o tai sukelia jungiklių nuostolius. Žemas dažnis nesuteikia norimo valdymo sklandumo.

Siekiant sumažinti jungiklių nuostolius pereinamųjų procesų metu, PWM signalai tiekiami atskirai į viršutinį arba apatinį jungiklius. Tiesioginiai nuostoliai apskaičiuojami pagal formulę P=R*I2, kur P – nuostolių galia, R – jungiklio varža, I – srovės stiprumas.

Mažesnis pasipriešinimas sumažina nuostolius ir padidina efektyvumą.

arduino sistema

Aparatinė kompiuterinė įranga dažnai naudojama bešepetiams varikliams valdyti. arduino platforma. Jis pagrįstas plokšte ir kūrimo aplinka laidų kalba.

„Arduino“ plokštėje yra „Atmel AVR“ mikrovaldiklis ir elementari aparatinė įranga, skirta programavimui ir sąveikai su grandinėmis. Plokštėje yra įtampos stabilizatorius. Serial Arduino plokštė yra paprasta invertuojanti grandinė, skirta signalams konvertuoti iš vieno lygio į kitą. Programos įdiegiamos per USB. Kai kuriuose modeliuose, pavyzdžiui, Arduino Mini, jums reikia papildomas mokestis programavimui.

Arduino programavimo kalba naudoja standartinį apdorojimą. Kai kurie Arduino modeliai leidžia vienu metu valdyti kelis serverius. Programas apdoroja procesorius ir kompiliuoja AVR.

Problemos su valdikliu gali kilti dėl įtampos kritimo ir per didelės apkrovos.

Variklio laikiklis

Variklio rėmas - variklio tvirtinimo mechanizmas. Naudojamas variklių instaliacijose. Variklio rėmas susideda iš tarpusavyje sujungtų strypų ir rėmo elementų. Variklio laikikliai gali būti plokšti, su erdviniais elementais. Variklio rėmas vienam 30 voltų varikliui arba keliems blokams. Maitinimo grandinė Variklio laikiklį sudaro strypų rinkinys. Variklio rėmas montuojamas derinant santvarą ir rėmo elementus.

Bešepetėlis nuolatinės srovės elektros variklis yra nepakeičiamas įrenginys, naudojamas tiek kasdieniame gyvenime, tiek pramonėje. Pavyzdžiui, CNC staklės, medicinos įranga, automobilių mechanizmai.

BLDC varikliai išsiskiria patikimumu, didelio tikslumo veikimo principu, automatiniu išmaniu valdymu ir reguliavimu.