Jaudīgi bezsuku līdzstrāvas motori. Bezsuku motori

Nedaudz vēstures:

Visu dzinēju galvenā problēma ir pārkaršana. Rotors griezās kaut kāda statora iekšienē, un tāpēc siltums no pārkaršanas nekur nepazuda. Cilvēkiem radās ģeniāla ideja: griezt nevis rotoru, bet statoru, kas rotācijas laikā tiktu atdzesēts ar gaisu. Kad šāds dzinējs tika izveidots, tas tika plaši izmantots aviācijā un kuģu būvē, un tāpēc tas tika saukts par Brushless Motor.

Drīz vien tika izveidots bezsuku motora elektriskais analogs. Viņi to sauca par bezsuku motoru, jo tam nebija kolektoru (suku).

Bezsuku motors.

Brushless (brushless angļu) elektromotori nonāca pie mums salīdzinoši nesen, nesen 10-15 gadus vecs. Atšķirībā no kolektoru motori tos darbina trīsfāzu maiņstrāva. Bezsuku motori darbojas efektīvi plašākā apgriezienu diapazonā, un tiem ir vairāk augsta efektivitāte . Tajā pašā laikā dzinēja konstrukcija ir salīdzinoši vienkārša, tam nav birstes komplekta, kas pastāvīgi berzē pret rotoru un rada dzirksteles. Var teikt, ka bezsuku motori praktiski nenolietojas. Bezsuku motoru izmaksas ir nedaudz augstākas nekā suku motoriem. Tas ir tāpēc, ka visiem bezsuku motoriem ir gultņi, un tie parasti ir augstākas kvalitātes.

Testi ir parādījuši:
Stienis ar skrūvi 8x6 = 754 grami,
RPM = 11550 apgr./min,
Enerģijas patēriņš = 9 vati(bez skrūves) , 101 vats(ar skrūvi),

Jauda un efektivitāte

Jaudu var aprēķināt šādi:
1) Jaudu mehānikā aprēķina pēc šādas formulas: N=F*v, kur F ir spēks un v ir ātrums. Bet, tā kā skrūve ir statiskā stāvoklī, nav nekādas kustības, izņemot rotāciju. Ja šis motors ir uzstādīts uz lidmašīnas modeļa, tad būtu iespējams izmērīt ātrumu (tas ir vienāds ar 12 m / s) un aprēķināt lietderīgo jaudu:
N noderīga = 7,54 * 12 \u003d 90,48 vati
2) efektivitāte elektriskais motors tiek atrasts pēc šādas formulas: Efektivitāte = N noderīgs / N iztērēts * 100%, Kur N izmaksas = 101 vats
Efektivitāte = 90,48/101 * 100% = 90%
Vidēji bezsuku motoru efektivitāte ir reāla un svārstās ap 90% (augstākā efektivitāte, kas sasniegta ar šāda veida motoriem ir 99.68% )

Dzinēja specifikācijas:

Spriegums: 11,1 volts
Apgrozījums: 11550 apgr./min
Maksimālā strāva: 15A
Jauda: 200 vati
Grūdiens: 754 grami (skrūve 8x6)

Secinājums:

Jebkuras lietas cena ir atkarīga no tās ražošanas apjoma. Ražotāji bezsuku motori vairojas kā sēnes pēc lietus. Tāpēc es gribu ticēt, ka tuvākajā nākotnē cenu kontrolieri un brushless dzinēji nokritīs kā uzkrita uz radiovadības iekārtu... Mikroelektronikas iespējas ar katru dienu paplašinās, kontrolieru izmēri un svars pamazām samazinās. Var pieņemt, ka tuvākajā laikā kontrolieri tiks iebūvēti tieši dzinējos! Varbūt nodzīvosim līdz šai dienai...

Sadzīves un medicīnas ierīces, aeromodelēšana, gāzes un naftas vadu cauruļu slēgpiedziņas - tas ir tālu no pilns saraksts bezsuku motoru (BD) pielietojumi līdzstrāva. Apskatīsim šo elektromehānisko piedziņu ierīci un darbības principu, lai labāk izprastu to priekšrocības un trūkumus.

Vispārīga informācija, ierīce, darbības joma

Viens no iemesliem interesei par DB ir pieaugošā nepieciešamība pēc ātrgaitas mikromotoriem ar precīzu pozicionēšanu. Šādu disku iekšējā struktūra ir parādīta 2. attēlā.

Rīsi. 2. Imp ierīce komutatora motors

Kā redzat, dizains ir rotors (armatūra) un stators, pirmajam ir pastāvīgais magnēts (vai vairāki magnēti, kas sakārtoti noteiktā secībā), bet otrais ir aprīkots ar spolēm (B), lai izveidotu magnētisko lauku.

Jāatzīmē, ka šie elektromagnētiskie mehānismi var būt vai nu ar iekšēju enkuru (šāda veida konstrukcija redzama 2. attēlā), vai ārējie (sk. 3. attēlu).

Rīsi. 3. Dizains ar ārējo enkuru (outrunner)

Attiecīgi katram no dizainparaugiem ir noteikta darbības joma. Ierīcēm ar iekšējo armatūru ir liels ātrums rotācija, tāpēc tos izmanto dzesēšanas sistēmās, kā elektrostacijas droni utt. Brauc ar ārējais rotors tiek izmantotas tur, kur nepieciešama precīza pozicionēšana un izturība pret griezes momenta pārslodzēm (robotika, medicīnas iekārtas, CNC iekārtas utt.).

Darbības princips

Atšķirībā no citiem diskdziņiem, piemēram, asinhronā mašīna maiņstrāva, DB darbībai nepieciešams speciāls kontrolieris, kas ieslēdz tinumus tā, lai armatūras un statora magnētisko lauku vektori būtu viens pret otru ortogonāli. Tas ir, faktiski vadītāja ierīce regulē griezes momentu, kas iedarbojas uz DB armatūru. Šis process ir skaidri parādīts 4. attēlā.

Kā redzat, katrai armatūras kustībai ir jāveic noteikta komutācija bezsuku motora statora tinumā. Šis darbības princips neļauj vienmērīgi kontrolēt rotāciju, bet ļauj ātri iegūt impulsu.

Atšķirības starp suku un bezsuku motoriem

Kolektora tipa piedziņa atšķiras no DB as dizaina iezīmes(skat. 5. att.), un darbības principu.

Rīsi. 5. A - kolektora motors, B - bezsuku

Apsveriet dizaina atšķirības. 5. attēlā redzams, ka kolektora tipa motora rotoram (5. att. 1.) atšķirībā no bezsuku motora ir spoles, kurās vienkārša ķēde tinumu, un pastāvīgie magnēti(parasti divi) ir uzstādīti uz statora (2 5. att.). Turklāt uz vārpstas ir uzstādīts kolektors, kuram ir pievienotas birstes, kas piegādā spriegumu armatūras tinumiem.

Īsi aprakstiet darbības principu kolektoru mašīnas. Pieliekot spriegumu vienai no spolēm, tā tiek ierosināta un veidojas magnētiskais lauks. Tas mijiedarbojas ar pastāvīgajiem magnētiem, kas liek enkuram un uz tā novietotajam kolektoram griezties. Rezultātā strāva tiek piegādāta otram tinumam, un cikls atkārtojas.

Šādas konstrukcijas armatūras rotācijas biežums ir tieši atkarīgs no magnētiskā lauka intensitātes, kas, savukārt, ir tieši proporcionāls spriegumam. Tas ir, lai palielinātu vai samazinātu ātrumu, pietiek ar jaudas līmeņa palielināšanu vai samazināšanu. Un, lai mainītu, ir nepieciešams pārslēgt polaritāti. Šai vadības metodei nav nepieciešams īpašs kontrolieris, jo ceļojuma kontrolieri var izgatavot, pamatojoties uz mainīgu rezistoru, un parastais slēdzis darbosies kā invertors.

Iepriekšējā sadaļā mēs aplūkojām bezsuku motoru dizaina iezīmes. Kā jūs atceraties, to savienojumam ir nepieciešams īpašs kontrolieris, bez kura tie vienkārši nedarbosies. Tā paša iemesla dēļ šos motorus nevar izmantot kā ģeneratorus.

Jāņem vērā arī tas, ka dažos diskos šāda veida efektīvākai kontrolei rotora pozīcijas tiek uzraudzītas, izmantojot Hall sensorus. Tas ievērojami uzlabo bezsuku motoru īpašības, bet palielina jau tā dārgā dizaina izmaksas.

Kā iedarbināt bezsuku motoru?

Lai šāda veida piedziņas darbotos, ir nepieciešams īpašs kontrolieris (skat. 6. attēlu). Bez tā palaišana nav iespējama.

Rīsi. 6. Bezsuku motoru kontrolieri modelēšanai

Nav jēgas pats montēt šādu ierīci, lētāk un uzticamāk būs iegādāties gatavu. Jūs varat to paņemt līdz šādas īpašības, kas raksturīgs PWM kanālu draiveriem:

• Maksimālā pieļaujamā strāva, šis raksturlielums ir norādīts normālai ierīces darbībai. Diezgan bieži ražotāji norāda šo parametru modeļa nosaukumā (piemēram, Phoenix-18). Dažos gadījumos pīķa režīmam tiek dota vērtība, kuru kontrolieris var uzturēt vairākas sekundes.
• Maksimālais nominālais spriegums nepārtrauktai darbībai.
• Kontroliera iekšējo ķēžu pretestība.
• Pieļaujamais apgriezienu skaits, kas norādīts apgr./min. Virs šīs vērtības kontrolieris neļaus palielināt rotāciju (ierobežojums tiek ieviests programmatūras līmenī). Lūdzu, ņemiet vērā, ka ātrums vienmēr ir norādīts 2-polu piedziņām. Ja ir vairāk polu pāru, daliet vērtību ar to skaitu. Piemēram, ir norādīts skaitlis 60 000 apgr./min, tāpēc 6 magnētiskais motors rotācijas ātrums būs 60000/3=20000 pm.
• Ģenerēto impulsu frekvence lielākajai daļai kontrolieru šis parametrs ir diapazonā no 7 līdz 8 kHz, vairāk dārgi modeļiļauj pārprogrammēt parametru, palielinot to līdz 16 vai 32 kHz.

Ņemiet vērā, ka pirmie trīs raksturlielumi nosaka datu bāzes ietilpību.

Bezsuku motora vadība

Kā minēts iepriekš, piedziņas tinumu komutācija tiek kontrolēta elektroniski. Lai noteiktu, kad pārslēgties, vadītājs uzrauga armatūras stāvokli, izmantojot Hall sensorus. Ja diskdzinis nav aprīkots ar šādiem detektoriem, tad muguras emf, kas rodas nesavienotās statora spoles. Kontrolieris, kas faktiski ir aparatūras un programmatūras komplekss, uzrauga šīs izmaiņas un nosaka pārslēgšanās secību.

Trīsfāzu bezsuku līdzstrāvas motors

Lielākā daļa datu bāzu tiek veiktas trīsfāzu dizainā. Lai vadītu šādu disku, kontrolierim ir pārveidotājs pastāvīgs spriegums trīsfāzu impulsā (sk. 7. att.).

7. attēls. DB sprieguma diagrammas

Lai izskaidrotu, kā darbojas šāds bezsuku motors, jāapsver 4. attēls kopā ar 7. attēlu, kur pēc kārtas ir parādīti visi piedziņas darbības posmi. Pierakstīsim tos:

1. Spolēm "A" tiek pielikts pozitīvs impulss, savukārt "B" tiek pielikts negatīvs impulss, kā rezultātā armatūra kustēsies. Sensori reģistrēs tā kustību un sniegs signālu nākamajai komutācijai.
2. Spole "A" tiek izslēgta, un pozitīvs impulss nonāk "C" ("B" paliek nemainīgs), pēc tam tiek dots signāls nākamajam impulsu komplektam.
3. Uz "C" - pozitīvs, "A" - negatīvs.
4. Pāris "B" un "A" darbi, kas saņem pozitīvus un negatīvus impulsus.
5. Pozitīvs impulss tiek atkārtoti ievadīts "B", bet negatīvs impulss - "C".
6. Spoles "A" tiek ieslēgtas (+ tiek piegādāts), un negatīvs impulss tiek atkārtots uz "C". Pēc tam cikls atkārtojas.

Šķietamajā vadības vienkāršībā ir daudz grūtību. Ir nepieciešams ne tikai izsekot armatūras stāvoklim, lai radītu nākamo impulsu sēriju, bet arī kontrolēt rotācijas ātrumu, regulējot strāvu spoles. Turklāt jums vajadzētu izvēlēties visvairāk optimālie parametri paātrinājumam un palēninājumam. Ir arī vērts atzīmēt, ka regulatoram jābūt aprīkotam ar bloku, kas ļauj kontrolēt tā darbību. Izskatsšādu daudzfunkcionālu ierīci var redzēt 8. attēlā.

Rīsi. 8. Daudzfunkciju bezsuku motora kontrolieris

Priekšrocības un trūkumi

Elektriskajam bezsuku motoram ir daudz priekšrocību, proti:

• Kalpošanas laiks ir daudz ilgāks nekā parastajiem kolektoru kolēģiem.
• Augsta efektivitāte.
• ātrais zvans maksimālais ātrums rotācija.
• Tas ir jaudīgāks par CD.
• Dzirksteļu neesamība darbības laikā ļauj piedziņu izmantot ugunsbīstamos apstākļos.
• Nav nepieciešama papildu dzesēšana.
• Vienkārša darbība.

Tagad apskatīsim mīnusus. Būtisks trūkums, kas ierobežo datu bāzes izmantošanu - to salīdzinoši augstās izmaksas (ņemot vērā vadītāja cenu). Starp neērtībām ir arī neiespējamība izmantot datubāzi bez draivera pat īslaicīgai aktivizēšanai, piemēram, lai pārbaudītu veiktspēju. Problēmu novēršana, īpaši, ja nepieciešama pārtīšana.

Publicēts 19.03.2013

Ar šo rakstu es sāku publikāciju sēriju par bezsuku līdzstrāvas motoriem. Es aprakstīšu pieejamā valodā Galvenā informācija, ierīce, vadības algoritmi bezsuku motoram. Tiks izskatīts dažādi veidi dzinēji, doti regulatora parametru izvēles piemēri. Es aprakstīšu ierīci un regulatora algoritmu, jaudas slēdžu izvēles metodi un regulatora galvenos parametrus. Publikāciju loģisks secinājums būs regulatora shēma.

Bezsuku motori ir kļuvuši plaši izplatīti, pateicoties elektronikas attīstībai un jo īpaši lētu jaudas tranzistoru slēdžu parādīšanās dēļ. Svarīgu lomu spēlēja arī jaudīgu neodīma magnētu izskats.

Tomēr bezsuku motoru nevajadzētu uzskatīt par jaunumu. Ideja par bezsuku motoru radās elektrības rītausmā. Taču tehnoloģiju nepieejamības dēļ tas gaidīja savu laiku līdz 1962. gadam, kad parādījās pirmais komerciālais bezsuku līdzstrāvas motors. Tie. Jau vairāk nekā pusgadsimtu pastāv dažādas šāda veida elektriskās piedziņas sērijveida realizācijas!

Kaut kāda terminoloģija

Bezsuku līdzstrāvas motori tiek saukti arī par vārstu motoriem, ārzemju literatūrā BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) vai PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor).

Strukturāli bezsuku motors sastāv no rotora ar pastāvīgajiem magnētiem un statora ar tinumiem. Es vēršu jūsu uzmanību uz to, ka kolektora motorā, gluži pretēji, tinumi atrodas uz rotora. Tāpēc tālāk tekstā rotors ir magnēti, stators ir tinumi.

Motora vadīšanai tiek izmantots elektroniskais regulators. Ārzemju literatūrā Speed ​​​​Controller vai ESC (Elektroniskā ātruma kontrole).

Kas ir bezsuku motors?

Parasti cilvēki, saskaroties ar kaut ko jaunu, meklē analoģijas. Dažreiz nākas dzirdēt frāzi “nu, tas ir kā sinhronizators” vai, vēl ļaunāk, “izskatās pēc steppera”. Tā kā lielākā daļa bezsuku motoru ir 3 fāžu, tas ir vēl vairāk mulsinoši, radot nepareizu priekšstatu, ka regulators "baro" motoru ar 3 fāžu maiņstrāvu. Viss iepriekš minētais ir tikai daļēji taisnība. Fakts ir tāds, ka visus motorus, izņemot asinhronos, var saukt par sinhroniem. Visi līdzstrāvas motori ir sinhroni ar pašsinhronizāciju, taču to darbības princips atšķiras no sinhronajiem maiņstrāvas motoriem, kuriem nav pašsinhronizācijas. Iespējams, ka tas var darboties kā stepper bezsuku motors. Bet šeit ir lieta: ķieģelis var arī lidot ... tomēr ne tālu, jo tas nav paredzēts šim nolūkam. Kā stepper motors piemērotāks ir bezsuku pretestības motors.

Mēģināsim noskaidrot, kas ir bezsuku līdzstrāvas motors (Brushles Direct Current Motor). Šajā frāzē atbilde jau ir paslēpta - tas ir līdzstrāvas motors bez kolektora. Kolektora funkcijas veic elektronika.

Priekšrocības un trūkumi

No dzinēja konstrukcijas ir noņemts diezgan sarežģīts, smags un dzirksteļojošs mezgls, kolektors. Dzinēja dizains ir ievērojami vienkāršots. Dzinējs ir vieglāks un kompaktāks. Ievērojami samazināti pārslēgšanas zudumi, jo tiek nomainīti komutatora un birstes kontakti elektroniskās atslēgas. Rezultātā mēs iegūstam elektromotoru ar vislabāko efektivitāti un jaudu uz kilogramu. pašu svaru, ar visplašāko rotācijas ātruma maiņas diapazonu. Praksē bezsuku motori uzsilst mazāk nekā to kolektoru brāļi. izturēt liela slodze pēc brīža. Jaudīgo neodīma magnētu izmantošana ir padarījusi bezsuku motorus vēl kompaktākus. Bezsuku motora konstrukcija ļauj to darbināt ūdenī un agresīvā vidē (protams, tikai motors, regulators būs ļoti dārgi slapināt). Bezsuku motori praktiski nerada radio traucējumus.

Vienīgais trūkums tiek uzskatīts par sarežģītu dārgu elektroniskā vienība vadība (poga vai ESC). Tomēr, ja vēlaties kontrolēt dzinēja apgriezienus, elektronika ir neaizstājama. Ja jums nav jāregulē bezsuku motora ātrums, jūs joprojām nevarat iztikt bez elektroniskā vadības bloka. Bezsuku motors bez elektronikas ir tikai dzelzs gabals. Tam nav iespējams pielikt spriegumu un panākt normālu rotāciju kā citiem dzinējiem.

Kas notiek bezsuku motora kontrollerī?

Lai saprastu, kas notiek bezsuku motoru kontrolējošā regulatora elektronikā, atgriezīsimies nedaudz atpakaļ un vispirms sapratīsim, kā darbojas bezsuku motors. No skolas fizikas kursa mēs atceramies, kā magnētiskais lauks iedarbojas uz strāvu nesošu rāmi. Rāmis ar strāvu griežas magnētiskajā laukā. Tomēr tas negriežas pastāvīgi, bet griežas noteiktā stāvoklī. Lai notiktu nepārtraukta rotācija, ir nepieciešams pārslēgt strāvas virzienu lokā atkarībā no cilpas stāvokļa. Mūsu gadījumā rāmis ar strāvu ir motora tinums, un komutators ir iesaistīts komutācijā - ierīce ar sukām un kontaktiem. Vienkāršākā dzinēja ierīce, skatiet attēlu.

Elektronika, kas kontrolē bezsuku motoru, dara to pašu - iekšā pareizie brīži savieno tiešo spriegumu ar vēlamajiem statora tinumiem.

Kodētāji, motori bez kodētājiem

No iepriekš minētā ir svarīgi saprast, ka motora tinumiem ir jāpieliek spriegums atkarībā no rotora stāvokļa. Tāpēc elektronikai jāspēj noteikt motora rotora stāvokli . Šim nolūkam tiek izmantoti pozīcijas sensori. Tās var būt dažādi veidi, optiskā, magnētiskā utt. Pašlaik diskrētie sensori, kuru pamatā ir Hola efekts (piemēram, SS41), ir ļoti izplatīti. Trīsfāzu bezsuku motors izmanto 3 sensorus. Pateicoties šādiem sensoriem, elektroniskais vadības bloks vienmēr zina, kādā stāvoklī atrodas rotors un kādiem tinumiem jebkurā brīdī pielikt spriegumu. Vēlāk tiks izskatīts trīsfāzu bezsuku motora vadības algoritms.

Ir bezsuku motori, kuriem nav sensoru. Šādos motoros rotora stāvokli nosaka, izmērot spriegumu neizmantotajā iekšā Šis brīdis tinuma laiks. Šīs metodes tiks apspriestas arī vēlāk. Jums vajadzētu pievērst uzmanību būtiskam punktam: šī metode ir svarīga tikai tad, kad motors griežas. Ja motors negriežas vai griežas ļoti lēni, šī metode nedarbojas.

Kādos gadījumos tiek izmantoti bezsuku motori ar sensoriem un kādos bez sensoriem? Kāda ir viņu atšķirība?

No tehniskā viedokļa priekšroka tiek dota motoriem ar kodētājiem. Šādu dzinēju vadības algoritms ir daudz vienkāršāks. Tomēr ir arī trūkumi: ir jānodrošina barošana sensoriem un jāvelk vadi no sensoriem dzinējā līdz vadības elektronikai; ja kāds no sensoriem sabojājas, dzinējs pārstāj darboties, un sensoru nomaiņai, kā likums, ir nepieciešams dzinējs izjaukt.

Gadījumos, kad strukturāli nav iespējams novietot sensorus motora korpusā, tiek izmantoti motori bez sensoriem. Strukturāli šādi motori praktiski neatšķiras no motoriem ar sensoriem. Bet elektroniskajam blokam jāspēj vadīt dzinēju bez sensoriem. Šajā gadījumā vadības blokam jāatbilst īpašībām konkrēts modelis dzinējs.

Ja dzinējs jāiedarbina ar ievērojamu slodzi uz motora vārpstu (elektriskais transports, pacelšanas mehānismi utt.), tiek izmantoti motori ar sensoriem.
Ja motors ieslēdzas bez slodzes uz vārpstu (ventilācija, gaisa propelleris, tiek izmantots centrbēdzes sajūgs utt.), var izmantot motorus bez sensoriem. Atcerieties: motoram bez kodētājiem ir jāieslēdzas bez slodzes uz vārpstu. Ja šis nosacījums nav izpildīts, jāizmanto motors ar kodētājiem. Turklāt dzinēja iedarbināšanas brīdī bez sensoriem iespējamas motora ass rotācijas svārstības. dažādas puses. Ja tas ir būtiski jūsu sistēmai, izmantojiet motoru ar sensoriem.

Trīs fāzes

Iegādāti trīsfāzu bezsuku motori visizplatītākais. Bet tie var būt vienas, divu, trīs vai vairāk fāžu. Jo vairāk fāžu, jo vienmērīgāka magnētiskā lauka rotācija, bet sarežģītāka motora vadības sistēma. Trīsfāzu sistēma ir visoptimālākā efektivitātes/sarežģītības attiecības ziņā, tāpēc tā ir kļuvusi tik plaši izplatīta. Turklāt par visizplatītāko tiks uzskatīta tikai trīsfāžu ķēde. Faktiski fāzes ir motora tinumi. Tāpēc, ja jūs sakāt "trīs tinumu", es domāju, ka arī tas būs pareizi. Trīs tinumi ir savienoti saskaņā ar shēmu "zvaigzne" vai "trijstūris". Trīsfāzu bezsuku motoram ir trīs vadi - tinumu vadi, skatiet attēlu.

Motoriem ar kodētājiem ir papildu 5 vadi (2 pozīcijas kodētāja jaudai un 3 kodētāja signāli).

Trīsfāzu sistēmā spriegums tiek pielikts diviem no trim tinumiem jebkurā laikā. Tādējādi ir 6 iespējas līdzstrāvas sprieguma pieslēgšanai motora tinumiem, kā parādīts attēlā zemāk.

Līdzstrāvas motora raksturojums. Tāpat kā līdzstrāvas motori, bezsuku motori darboties ar līdzstrāvu. VD var uzskatīt par līdzstrāvas motoru, kurā birstes kolektora komplekts tiek aizstāts ar elektroniku, ko uzsver vārds “vārsts”, tas ir, “vadāms ar barošanas taustiņiem” (vārsti). Bezsuku motora fāzes strāvām ir sinusoidāla forma. Kā jaudas pastiprinātājs parasti tiek izmantots autonoms sprieguma invertors ar impulsa platuma modulāciju (PWM).

Vārsta motors ir jānošķir no bezsuku līdzstrāvas motora (BDC), kuram ir trapecveida magnētiskā lauka sadalījums spraugā un ko raksturo fāzes spriegumu taisnstūra forma. BLDT struktūra ir vienkāršāka nekā VD struktūra (nav koordinātu pārveidotāja, PWM vietā tiek izmantota 120 vai 180 grādu pārslēgšana, kuras realizācija ir vienkāršāka nekā PWM).

Krievu valodas literatūrā motoru sauc par vārsta motoru, ja vadāmās sinhronās mašīnas aizmugures EMF ir sinusoidāla un bezkontakta motors DC, ja aizmugures EMF ir trapecveida.

Angļu valodas literatūrā šādi motori parasti netiek aplūkoti atsevišķi no elektriskās piedziņas un tiek apzīmēti ar saīsinājumiem PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) vai BLDC (Brushless Direct Current Motor). Ir vērts atzīmēt, ka saīsinājums PMSM angļu literatūrā biežāk tiek lietots, lai apzīmētu pašas sinhronās mašīnas ar pastāvīgajiem magnētiem un ar sinusoidālu fāzes back-EMF formu, savukārt saīsinājums BLDC ir līdzīgs krievu abreviatūrai BDPT un attiecas uz motori ar trapecveida aizmugures EMF formu (ja cita forma nav norādīta).

Vispārīgi runājot, bezsuku motors nav elektriskā mašīna tradicionālajā izpratnē, jo tā problēmas skar vairākus ar elektrisko piedziņu un automātiskās vadības sistēmu teoriju saistītus jautājumus: strukturālo organizāciju, sensoru un elektronisko komponentu izmantošanu, kā arī programmatūru.

BLDC motori, kas apvieno maiņstrāvas iekārtu uzticamību ar labu līdzstrāvas iekārtu vadāmību, ir alternatīva līdzstrāvas motoriem, kuriem ir raksturīgi vairāki ar MCC saistīti trūkumi, piemēram, dzirksteļošana, troksnis, birstes nodilums, slikta armatūras siltuma izkliede utt. MCC trūkums ļauj izmantot līdzstrāvas motorus tajos lietojumos, kur ir grūti vai neiespējami izmantot līdzstrāvas motorus.

Apraksts un darbības princips[ | ]

Rīsi. 2. Divfāzu bezsuku motora uzbūve ar sinhrono mašīnu ar pastāvīgiem magnētiem uz rotora. PC - koordinātu pārveidotājs, PA - jaudas pastiprinātājs,
SEMP - sinhronais elektromehāniskais pārveidotājs (sinhronā mašīna), DPR - rotora pozīcijas sensors.

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 ir rotora (un rotācijas koordinātu sistēmas) griešanās leņķis attiecībā pret asi α (\displaystyle \alpha ) fiksēta koordinātu sistēma. Lai izmērītu leņķa momentāno vērtību θ (\displaystyle \theta ) uz HP vārpstas ir uzstādīts rotora pozīcijas sensors (RPS).

Faktiski šajā gadījumā tā ir fāzes spriegumu amplitūdas vērtības piešķiršana. Dators, kas veic signāla pozīcijas modulāciju u q (\displaystyle u_(q)), ģenerē harmoniskus signālus u α , u β (\displaystyle u_(\alpha ),u_(\beta )), ko jaudas pastiprinātājs (PA) pārvērš fāzes spriegumos u A , u B (\displeja stils u_(A),u_(B)). Sinhronais motors kā daļu no bezsuku motora to bieži sauc par sinhrono elektromehānisko pārveidotāju (SEMC).

Parasti HP elektroniskā daļa pārslēdz sinhronās mašīnas statora fāzes tā, lai statora magnētiskās plūsmas vektors būtu ortogonāls rotora magnētiskās plūsmas vektoram (tā sauktā vektora vadība). Ja tiek ievērota statora un rotora plūsmu ortogonalitāte, rotācijas ātruma maiņas apstākļos tiek uzturēts ZS maksimālais griezes moments, kas neļauj rotoram izkrist no sinhronisma un nodrošina sinhronās mašīnas darbību ar augstāko. tā iespējamā efektivitāte. Lai noteiktu rotora plūsmas pašreizējo stāvokli, rotora pozīcijas sensora vietā var izmantot strāvas sensorus (netiešā stāvokļa mērīšana).

Mūsdienu VD elektroniskajā daļā ir mikrokontrolleris un tranzistora tilts, un fāzes strāvu veidošanai tiek izmantots impulsa platuma modulācijas (PWM) princips. Mikrokontrolleris uzrauga noteikto kontroles likumu ievērošanu, kā arī veic sistēmas diagnostiku un tās programmatūras aizsardzību pret avārijas situācijām.

Dažreiz nav rotora pozīcijas sensora, un pozīciju nosaka vadības sistēma no strāvas sensoru mērījumiem ar novērotāju palīdzību (tā sauktā ZS "bezsensoru" vadība). Šādos gadījumos dārgā un bieži vien apgrūtinošā pozīcijas sensora noņemšanas dēļ elektropiedziņas ar ZS cena un svars un izmēri samazinās, bet vadība kļūst sarežģītāka, pozīcijas un ātruma noteikšanas precizitāte samazinās.

Vidējas vai lielas jaudas lietojumos sistēmai var pievienot elektriskos filtrus, lai mazinātu PWM negatīvo ietekmi: tinumu pārspriegumu, gultņu strāvas un samazinātu efektivitāti. Tomēr tas attiecas uz visu veidu dzinējiem.

Priekšrocības un trūkumi[ | ]

Vārstu motori ir paredzēti apvienošanai labākās īpašības Maiņstrāvas motori un līdzstrāvas motori. Tas nosaka viņu cieņu.

Priekšrocības:

Vārstu motoriem ir raksturīgi arī daži trūkumi, no kuriem galvenais ir augstās izmaksas. Tomēr, runājot par augstajām izmaksām, jāņem vērā arī tas, ka bezsuku motori parasti tiek izmantoti dārgās sistēmās ar paaugstinātām precizitātes un uzticamības prasībām.

Trūkumi:

Dizains [ | ]

Strukturāli mūsdienu vārstu piedziņas sastāv no elektromehāniskās daļas (sinhronā mašīna un rotora stāvokļa sensors) un vadības daļas (mikrokontrolleris un jaudas tilts).

Runājot par VD konstrukciju, ir lietderīgi paturēt prātā nekonstruktīvu sistēmas elementu - vadības programmu (loģiku).

ZS izmantotā sinhronā mašīna sastāv no laminēta (samontēta no atsevišķām elektriski izolētām elektrotērauda loksnēm – virpuļstrāvu samazināšanai) statora, kurā atrodas daudzfāžu (parasti divu vai trīsfāžu) tinums, un rotora (parasti uz pastāvīgajiem magnētiem).

Hallas sensori tiek izmantoti kā rotora pozīcijas sensori BDPT, un rotējošie transformatori un akumulējošie sensori tiek izmantoti VD. Tā sauktajā. "Bezsensoru" sistēmās pozīcijas informāciju nosaka vadības sistēma no fāzes strāvu momentānām vērtībām.

Informāciju par rotora stāvokli apstrādā mikroprocesors, kas saskaņā ar vadības programmu ģenerē vadības PWM signālus. Zemsprieguma PWM signālus no mikrokontrollera pēc tam jaudas pastiprinātājs (parasti tranzistora tilts) pārveido jaudas spriegumos, kas tiek pievadīti motoram.

Rotora pozīcijas sensora un elektroniskā bloka kombināciju HP un BDPT var salīdzināt ar zināmu uzticamības pakāpi ar DT birstes kolektora bloku. Tomēr atcerieties, ka motori reti tiek izmantoti ārpus piedziņas. Tādējādi elektroniskās iekārtas ir raksturīgas VD gandrīz tādā pašā mērā kā DPT.

stators [ | ]

Statoram ir tradicionāls dizains. Tas sastāv no korpusa, serdes, kas izgatavota no elektrotērauda, ​​un vara tinuma, kas ielikts rievās ap serdes perimetru. Tinums ir sadalīts fāzēs, kuras ir ieliktas rievās tā, lai tās telpiski nobīdītu viena pret otru ar leņķi, ko nosaka fāžu skaits. Ir zināms, ka maiņstrāvas mašīnas motora vārpstas vienmērīgai rotācijai pietiek ar divām fāzēm. Parasti ZS izmantotās sinhronās mašīnas ir trīsfāžu, taču sastopamas arī ZS ar četru un sešu fāžu tinumiem.

Rotors [ | ]

Atbilstoši rotora novietojumam bezsuku motorus iedala iekšējā rotoru (ang. inrunner) un ārējā rotoru (ang. outrunner).

Rotors ir izgatavots, izmantojot pastāvīgos magnētus, un parasti tam ir divi līdz sešpadsmit polu pāri ar mainīgiem ziemeļu un dienvidu poliem.

Bezsuku motoru parādīšanās ir izskaidrojama ar nepieciešamību izveidot elektrisko mašīnu ar daudzām priekšrocībām. Bezsuku motors ir ierīce bez kolektora, kuras funkciju pārņem elektronika.

BKEPT - bezsuku līdzstrāvas motori, var būt jauda, ​​piemēram, 12, 30 volti.

• Pareiza dzinēja izvēle
• Darbības princips
• BKEPT ierīce
• Sensori un to neesamība
• Nav sensora
• PWM frekvences jēdziens
• arduino sistēma
• Dzinēja stiprinājums

Pareiza dzinēja izvēle

Lai izvēlētos agregātu, ir jāsalīdzina kolektora un bezsuku motoru darbības princips un īpašības.

No kreisās uz labo: kolektora motors un bezsuku motors FK 28-12

Kolektori maksā mazāk, bet attīsta zemu griezes momenta griešanās ātrumu. Tie darbojas ar līdzstrāvu, tiem ir mazs svars un izmērs, pieņemams remonts rezerves daļām. Negatīvās kvalitātes izpausme atklājas, kad tiek saņemts milzīgs apgrozījumu skaits. Birstes saskaras ar komutatoru, izraisot berzi, kas var sabojāt mehānismu. Ierīces veiktspēja ir samazināta.

Birstēm ir nepieciešams ne tikai remonts, jo ātrs nodilums, bet var izraisīt arī mehānisma pārkaršanu.

Bezsuku līdzstrāvas motora galvenā priekšrocība ir griezes momenta un pārslēgšanas tapu trūkums. Tas nozīmē, ka nav nekādu zudumu avotu, kā pastāvīgo magnētu motoros. To funkcijas veic MOS tranzistori. Iepriekš to izmaksas bija augstas, tāpēc tās nebija pieejamas. Šodien cena ir kļuvusi pieņemama, un veiktspēja ir ievērojami uzlabojusies. Ja sistēmā nav radiatora, jauda ir ierobežota no 2,5 līdz 4 vatiem, un darba strāva ir no 10 līdz 30 ampēriem. efektivitāti bezsuku motoriļoti garš.

Otra priekšrocība ir mehānikas iestatījumi. Ass ir uzstādīta uz platiem gultņiem. Konstrukcijā nav laužošu un dzēšošu elementu.

Vienīgais negatīvais ir dārgais elektroniskais vadības bloks.

Apsveriet CNC mašīnas ar vārpstu mehānikas piemēru.

Kolektora motora nomaiņa pret bezsuku motoru pasargās CNC vārpstu no lūzuma. Zem vārpstas ir domāta vārpsta ar griezes momenta labo un kreiso pagriezienu. CNC vārpstai ir liela vara. Griezes momenta ātrumu kontrolē servo testeris, un ātrumu kontrolē automātiskais kontrolieris. CNC izmaksas ar vārpstu ir aptuveni 4 tūkstoši rubļu.

Darbības princips

Galvenā mehānisma iezīme ir kolektora neesamība. Un pastāvīgie magnēti ir uzstādīti pie vārpstas, kas ir rotors. Ap to ir stiepļu tinumi, kuriem ir dažādi magnētiskie lauki. Atšķirība starp 12 voltu bezsuku motoriem ir uz tā esošais rotora vadības sensors. Signāli tiek ievadīti ātruma regulatora blokā.

BKEPT ierīce

Magnētu izvietojums statora iekšpusē parasti tiek izmantots divfāžu motoriem ar nelielu polu skaitu. Griezes momenta ap statoru princips tiek izmantots, ja ir nepieciešams iegūt divfāžu motoru ar mazu ātrumu.

Uz rotora ir četri stabi. Taisnstūra formas magnēti tiek uzstādīti, mainot stabus. Tomēr polu skaits ne vienmēr ir vienāds ar magnētu skaitu, kas var būt 12, 14. Bet polu skaitam jābūt vienmērīgam.Vairāki magnēti var veidot vienu polu.

Attēlā redzami 8 magnēti, kas veido 4 polus. Spēka moments ir atkarīgs no magnētu jaudas.

Sensori un to neesamība

Braukšanas kontrolieri ir sadalīti divās grupās: ar un bez rotora stāvokļa sensora.

Strāvas spēki tiek pielikti motora tinumiem plkst īpaša pozīcija rotors.To nosaka elektroniskā sistēma izmantojot pozīcijas sensoru. Tie ir dažāda veida. Populārs ceļojumu kontrolieris ir diskrēts Hall efekta sensors. Trīsfāzu 30 voltu motoram tiks izmantoti 3 sensori. Elektronikas blokam pastāvīgi ir dati par rotora stāvokli un savlaicīgi novirza spriegumu uz vēlamajiem tinumiem.

Izplatīta ierīce, kas maina savus secinājumus, pārslēdzot tinumus.

Atvērtās cilpas ierīce mēra strāvu, ātrumu. PWM kanāli ir piestiprināti vadības sistēmas apakšā.

Hall sensoram ir pievienotas trīs ieejas. Hallas sensora izmaiņu gadījumā sākas pārtraukuma apstrādes process. Lai nodrošinātu ātru pārtraukuma reakciju, pie porta apakšējām tapām ir pievienots Hall sensors.

Izmantojot pozīcijas sensoru ar mikrokontrolleri

Lai ietaupītu elektrības rēķinus, mūsu lasītāji iesaka Electricity Saving Box. Ikmēneša maksājumi būs par 30-50% mazāki, nekā tie bija pirms uzkrājēja izmantošanas. Tas noņem reaktīvo komponentu no tīkla, kā rezultātā tiek samazināta slodze un līdz ar to arī strāvas patēriņš. Elektroierīces patērē mazāk elektrības, samazinot tās apmaksas izmaksas.

Kaskādes spēka kontrolieris ir AVR kodola centrā, kas nodrošina inteliģentu bezsuku līdzstrāvas motora vadību. AVR ir mikroshēma noteiktu uzdevumu veikšanai.

Gājiena regulatora darbības princips var būt ar sensoru vai bez tā. AVR plates programma veic:

• pēc iespējas ātrāk iedarbināt dzinēju, neizmantojot ārējas papildu ierīces;
• ātruma regulēšana ar vienu ārēju potenciometru.

atsevišķs skats automātiskā vadība sma, izmanto veļas mašīnās.

Nav sensora

Lai noteiktu rotora stāvokli, ir nepieciešams izmērīt spriegumu uz tukšgaitas tinuma. Šī metode piemērojams, kad motors griežas, pretējā gadījumā tas nedarbosies.

Bezsensoru ceļojumu kontrolieriem ir mazāks svars, kas izskaidro to plašo izmantošanu.

Kontrolieriem ir šādas īpašības:

• maksimālās līdzstrāvas vērtība;
• maksimālā darba sprieguma vērtība;
• numuru maksimālais ātrums;
• strāvas slēdžu pretestība;
• impulsu frekvence.

Pieslēdzot kontrolieri, ir svarīgi, lai vadi būtu pēc iespējas īsāki. Sakarā ar strāvas pārspriegumu rašanos sākumā. Ja vads ir garš, var rasties kļūdas, nosakot rotora stāvokli. Tāpēc kontrolieri tiek pārdoti ar 12 - 16 cm vadu.

Kontrolieriem ir daudz programmatūras iestatījumu:

• dzinēja izslēgšanas kontrole;
• mīksta vai cieta izslēgšana;
• bremzēšana un vienmērīga izslēgšana;
• jaudas un efektivitātes uzlabošana;
• mīksts, ciets, ātrs starts;
• strāvas ierobežojums;
• gāzes režīms;
• virziena maiņa.

Attēlā redzamais kontrolieris LB11880 satur jaudīgu bezsuku motora draiveri, tas ir, jūs varat palaist motoru tieši uz mikroshēmu bez papildu draiveriem.

PWM frekvences jēdziens

Kad atslēgas ir ieslēgtas, dzinējam tiek piemērota pilna slodze. Ierīce sasniedz maksimālo ātrumu. Lai vadītu motoru, jums ir jānodrošina jaudas regulators. Tieši to dara impulsa platuma modulācija (PWM).

Ir iestatīts nepieciešamais atslēgu atvēršanas un aizvēršanas biežums. Spriegums mainās no nulles uz darba. Lai kontrolētu ātrumu, ir nepieciešams uzlikt PWM signālu uz galvenajiem signāliem.

PWM signālu ierīce var ģenerēt vairākās izejās. Vai arī izveidojiet PWM atsevišķai atslēgai ar programmu. Ķēde kļūst vienkāršāka. PWM signālam ir 4-80 kiloherci.

Biežuma palielināšana izraisa vairāk pārejas procesu, kas rada siltumu. PWM frekvences augstums palielina pāreju skaitu, kā rezultātā tiek zaudēti taustiņi. Neliela frekvence nedod vēlamo vadības gludumu.

Lai samazinātu taustiņu zudumus pārejas laikā, PWM signāli tiek pielietoti augšējiem vai apakšējiem slēdžiem atsevišķi. Tiešos zudumus aprēķina pēc formulas P=R*I2, kur P ir zudumu jauda, ​​R ir slēdža pretestība, I ir strāvas stiprums.

Mazāka pretestība samazina zaudējumus, palielina efektivitāti.

arduino sistēma

Bieži vien bezsuku motoru vadīšanai tiek izmantots aparatūras dators. arduino platforma. Tā pamatā ir plate un izstrādes vide vadu valodā.

Arduino plate ietver Atmel AVR mikrokontrolleri un elementu programmēšanu un mijiedarbību ar shēmām. Plāksnei ir sprieguma regulators. Serial Arduino plate ir vienkārša invertējoša shēma signālu pārveidošanai no viena līmeņa uz citu. Programmas tiek instalētas, izmantojot USB. Dažiem modeļiem, piemēram, Arduino Mini, ir nepieciešams papildu maksa programmēšanai.

Arduino programmēšanas valoda izmanto standarta apstrādi. Daži arduino modeļi ļauj vienlaikus kontrolēt vairākus serverus. Programmas apstrādā procesors, un tās apkopo AVR.

Problēmas ar kontrolieri var rasties sprieguma kritumu un pārmērīgas slodzes dēļ.

Dzinēja stiprinājums

Motora stiprinājums ir mehānisms, ar kuru tiek piestiprināts dzinējs. Izmanto dzinēju instalācijās. Motora stiprinājums sastāv no savstarpēji savienotiem stieņiem un rāmja elementiem. Motora stiprinājumi ir plakani, elementu ziņā telpiski. Motora stiprinājums vienam 30 voltu motoram vai vairākām ierīcēm. strāvas ķēde motora stiprinājums sastāv no stieņu komplekta. Motora stiprinājums ir uzstādīts kopņu un rāmja elementu kombinācijā.

Bezsuku līdzstrāvas motors ir neaizstājams agregāts, ko izmanto gan ikdienā, gan rūpniecībā. Piemēram, CNC mašīna, medicīnas iekārtas, automehānismi.

BKEPT izceļas ar uzticamību, augstas precizitātes darbības principu, automātisku inteliģentu vadību un regulēšanu.