Una de las razones por las que los diseñadores están interesados en los motores eléctricos sin escobillas es la necesidad de motores de alta velocidad con pequeñas dimensiones. Además, estos motores tienen un posicionamiento muy preciso. El diseño tiene un rotor móvil y un estator fijo. El rotor tiene uno o varios imanes permanentes ubicados en una secuencia determinada. En el estator, hay bobinas que crean un campo magnético.
Cabe señalar una característica más: los motores sin escobillas pueden tener un ancla ubicada tanto en el interior como en el exterior. En consecuencia, los dos tipos de construcción pueden tener aplicaciones específicas en diferentes campos. Cuando el ancla se ubica en el interior, resulta que logra una velocidad de rotación muy alta, por lo tanto, dichos motores funcionan muy bien en el diseño de sistemas de enfriamiento. En el caso de que se instale un variador con un rotor externo, se puede lograr un posicionamiento muy preciso, así como una alta resistencia a las sobrecargas. Muy a menudo, estos motores se utilizan en robótica, equipos médicos y máquinas herramienta controladas por frecuencia.
Como funcionan los motores
Para poner en movimiento el rotor de un motor de CC sin escobillas, se debe utilizar un microcontrolador especial. No se puede iniciar de la misma manera que una máquina síncrona o asíncrona. Con la ayuda de un microcontrolador, resulta que se encienden los devanados del motor para que la dirección de los vectores de los campos magnéticos en el estator y la armadura sea ortogonal.
En otras palabras, con la ayuda de un conductor, resulta regular lo que actúa sobre el rotor de un motor sin escobillas. Para mover el inducido es necesario realizar una correcta conmutación en los devanados del estator. Desafortunadamente, no es posible un control suave de la rotación. Pero puede aumentar muy rápidamente el rotor del motor eléctrico.
Diferencias entre motores con escobillas y sin escobillas
La principal diferencia es que no hay bobinado en el rotor en los motores sin escobillas para los modelos. En el caso de los motores de colector, hay bobinados en sus rotores. Pero los imanes permanentes están instalados en la parte estacionaria del motor. Además, se instala un colector de un diseño especial en el rotor, al que se conectan las escobillas de grafito. Con su ayuda, se suministra voltaje al devanado del rotor. El principio de funcionamiento de un motor eléctrico sin escobillas también es significativamente diferente.
¿Cómo funciona una máquina recolectora?
Para arrancar el motor del colector, deberá aplicar voltaje al devanado de excitación, que se encuentra directamente en el inducido. En este caso, se forma un campo magnético constante, que interactúa con los imanes en el estator, como resultado de lo cual giran la armadura y el colector adjunto. En este caso, se suministra energía al siguiente devanado, el ciclo se repite.
La velocidad del rotor depende directamente de la intensidad del campo magnético, y esta última característica depende directamente de la magnitud del voltaje. Por lo tanto, para aumentar o disminuir la velocidad, es necesario cambiar la tensión de alimentación.
Para implementar la inversión, solo necesita cambiar la polaridad de la conexión del motor. Para tal control, no necesita usar microcontroladores especiales; puede cambiar la velocidad usando una resistencia variable convencional.
Características de los coches sin escobillas.
Pero el control de un motor eléctrico sin escobillas es imposible sin el uso de controladores especiales. Con base en esto, podemos concluir que los motores de este tipo no se pueden utilizar como generador. Para un control eficiente, la posición del rotor se puede monitorear usando múltiples sensores Hall. Con la ayuda de dispositivos tan simples, es posible mejorar significativamente las características, pero el costo del motor eléctrico aumentará varias veces.
Arranque de motores sin escobillas
No tiene sentido hacer microcontroladores por su cuenta, una opción mucho mejor sería comprar uno ya hecho, aunque sea chino. Pero debe cumplir con las siguientes recomendaciones al elegir:
- Observe la corriente máxima permitida. Este parámetro definitivamente será útil para varios tipos de operación del variador. Los fabricantes suelen indicar la característica directamente en el nombre del modelo. Muy raramente, se indican los valores, que son típicos de los modos pico, en los que el microcontrolador no puede funcionar durante mucho tiempo.
- Para un funcionamiento continuo, también debe tenerse en cuenta la tensión de alimentación máxima.
- Asegúrese de considerar la resistencia de todos los circuitos internos del microcontrolador.
- Es imperativo tener en cuenta el número máximo de revoluciones, que es típico para el funcionamiento de este microcontrolador. Tenga en cuenta que no podrá aumentar la velocidad máxima, ya que la limitación se realiza a nivel de software.
- Los modelos baratos de dispositivos microcontroladores tienen pulsos en el rango de 7 ... 8 kHz. Las copias caras se pueden reprogramar y este parámetro se incrementa de 2 a 4 veces.
Intente seleccionar microcontroladores en todos los aspectos, ya que afectan la potencia que puede desarrollar un motor eléctrico.
Como se maneja
La unidad de control electrónico permite la conmutación de los devanados de accionamiento. Para determinar el momento de la conmutación con el controlador, la posición del rotor se supervisa mediante un sensor Hall instalado en el controlador.
En el caso de que no existan tales dispositivos, es necesario leer el voltaje inverso. Se genera en las bobinas del estator que actualmente no están conectadas. El controlador es un complejo de hardware y software que le permite realizar un seguimiento de todos los cambios y establecer el orden de conmutación con la mayor precisión posible.
Motores sin escobillas trifásicos
Muchos motores eléctricos sin escobillas para modelos de aviones funcionan con corriente continua. Pero también hay instancias trifásicas en las que se instalan convertidores. Permiten realizar pulsos trifásicos a partir de una tensión constante.
El trabajo se desarrolla de la siguiente manera:
- La bobina "A" recibe pulsos con valor positivo. Para bobinar "B" - con un valor negativo. Como resultado, el ancla comenzará a moverse. Los sensores fijan el desplazamiento y se envía una señal al controlador para la siguiente conmutación.
- La bobina "A" se desconecta y se aplica un impulso positivo al devanado "C". La conmutación del devanado "B" no sufre ningún cambio.
- La bobina "C" recibe un impulso positivo y el impulso negativo pasa a "A".
- Entonces entra en funcionamiento el par "A" y "B". Se suministran con valores de pulso positivos negativos, respectivamente.
- Luego, un impulso positivo vuelve a la bobina "B" y un impulso negativo a "C".
- En la última etapa, se enciende la bobina "A", a la que se recibe un pulso positivo y uno negativo a C.
Y después de eso, se repite todo el ciclo.
Beneficios de usar
Es difícil hacer un motor eléctrico sin escobillas con sus propias manos y es casi imposible implementar el control del microcontrolador. Por lo tanto, es mejor utilizar diseños industriales confeccionados. Pero asegúrese de considerar las ventajas que recibe el variador al usar motores sin escobillas:
- Recurso significativamente más largo que las máquinas recolectoras.
- Alto nivel de eficiencia.
- La potencia es mayor que la de los motores cepillados.
- La velocidad de rotación aumenta mucho más rápido.
- No se generan chispas durante el funcionamiento, por lo que pueden utilizarse en entornos con alto riesgo de incendio.
- Manejo muy sencillo del convertidor.
- Al trabajar, no es necesario utilizar componentes adicionales para enfriar.
Entre las desventajas, se puede destacar un costo muy elevado, si también tenemos en cuenta el precio del controlador. Incluso encender brevemente un motor eléctrico de este tipo para verificar su operabilidad no funcionará. Además, reparar dichos motores es mucho más difícil debido a sus características de diseño.
El principio de funcionamiento de un motor de CC sin escobillas (BKDP) se conoce desde hace mucho tiempo, y los motores sin escobillas siempre han sido una alternativa interesante a las soluciones tradicionales. A pesar de esto, estas máquinas eléctricas solo en el siglo XXI han encontrado un uso generalizado en la tecnología. El factor decisivo en la implementación generalizada fue la reducción múltiple en el costo de la electrónica de control de accionamiento del BDKP.
Problemas del motor del colector
En un nivel fundamental, el trabajo de cualquier motor eléctrico es convertir la energía eléctrica en energía mecánica. Hay dos fenómenos físicos principales que subyacen al diseño de máquinas eléctricas:
El motor está diseñado de tal manera que los campos magnéticos generados en cada uno de los imanes siempre interactúan entre sí, dando rotación al rotor. Un motor de CC tradicional tiene cuatro partes principales:
- estator (elemento estacionario con un anillo de imanes);
- armadura (elemento giratorio con devanados);
- escobillas de carbón;
- coleccionista.
Este diseño prevé la rotación de la armadura y el colector en el mismo eje en relación con las escobillas estacionarias. La corriente fluye desde la fuente a través de las escobillas cargadas por resorte para un buen contacto con el conmutador, que distribuye la electricidad entre los devanados del inducido. El campo magnético inducido en este último interactúa con los imanes del estator, lo que hace que el estator gire.
La principal desventaja del motor tradicional es que el contacto mecánico en las escobillas no se puede lograr sin fricción. A medida que aumenta la velocidad, el problema se manifiesta con más fuerza. El conjunto del colector se desgasta con el tiempo y también es propenso a formarse un arco y puede ionizar el aire circundante. Por lo tanto, a pesar de la simplicidad y el bajo costo de fabricación, Estos motores eléctricos tienen algunas desventajas insuperables:
- desgaste de cepillos;
- interferencia eléctrica debida a la formación de arcos;
- límites máximos de velocidad;
- dificultades para enfriar un electroimán giratorio.
La llegada de la tecnología de procesador y los transistores de potencia permitió a los diseñadores abandonar la unidad de conmutación mecánica y cambiar el papel del rotor y el estator en un motor eléctrico de CC.
El principio de funcionamiento del BDKP.
En un motor eléctrico sin escobillas, a diferencia de su predecesor, un convertidor electrónico desempeña el papel de un interruptor mecánico. Esto hace posible implementar el esquema "al revés" del BDKP: sus devanados están ubicados en el estator, lo que elimina la necesidad de un colector.
En otras palabras, la principal diferencia fundamental entre el motor clásico y el BDKP es que en lugar de imanes estacionarios y bobinas giratorias, este último consiste en devanados estacionarios e imanes giratorios. A pesar de que la conmutación en sí ocurre de manera similar, su implementación física en unidades sin escobillas es mucho más complicada.
El problema principal es el control preciso del motor sin escobillas, asumiendo la secuencia y frecuencia correctas de conmutación de secciones individuales de los devanados. Este problema se puede resolver de manera constructiva solo si es posible determinar continuamente la posición actual del rotor.
Los datos necesarios para el procesamiento de la electrónica se obtienen de dos formas.:
- detectar la posición absoluta del eje;
- midiendo la tensión inducida en los devanados del estator.
Para implementar el control mediante el primer método, se utilizan con mayor frecuencia pares ópticos o sensores Hall fijados al estator, que reaccionan al flujo magnético del rotor. La principal ventaja de estos sistemas para recopilar información sobre la posición del eje es su rendimiento incluso a velocidades muy bajas y en reposo.
El control sin sensores para estimar el voltaje en las bobinas requiere al menos una rotación mínima del rotor. Por lo tanto, en tales diseños, se proporciona un modo para arrancar el motor a revoluciones, en el cual se puede estimar el voltaje en los devanados, y el estado de reposo se prueba analizando el efecto del campo magnético en los pulsos de corriente de prueba que pasan a través de las bobinas.
A pesar de todas las dificultades de diseño anteriores, los motores sin escobillas están ganando cada vez más popularidad debido a su rendimiento y características inaccesibles para el coleccionista. Una breve lista de las principales ventajas del BDKP sobre los clásicos se ve así:
- ausencia de pérdidas de energía mecánica debido a la fricción del cepillo;
- silenciosidad comparativa del trabajo;
- Facilidad de aceleración y desaceleración de la rotación debido a la baja inercia del rotor;
- control de rotación preciso;
- la posibilidad de organizar el enfriamiento debido a la conductividad térmica;
- capacidad para trabajar a altas velocidades;
- durabilidad y fiabilidad.
Aplicación y perspectivas modernas
Hay muchos dispositivos para los que es fundamental aumentar el tiempo de actividad. En tales equipos, el uso de BDKP siempre está justificado, a pesar de su costo relativamente alto. Estos pueden ser bombas de agua y combustible, turbinas para enfriar acondicionadores de aire y motores, etc. Los motores sin escobillas se utilizan en muchos modelos de vehículos eléctricos. Hoy en día, la industria automotriz se está enfocando seriamente en motores sin escobillas.
Los BDKP son ideales para pequeños accionamientos que operan en condiciones difíciles o con alta precisión: alimentadores y cintas transportadoras, robots industriales, sistemas de posicionamiento. Hay áreas en las que los motores sin escobillas dominan indiscutiblemente: discos duros, bombas, ventiladores silenciosos, pequeños electrodomésticos, unidades de CD / DVD. El bajo peso y la alta potencia han hecho que el BDKP sea también la base para la producción de modernas herramientas manuales inalámbricas.
Podemos decir que hay un avance significativo en el campo de los accionamientos eléctricos. La continua caída en el precio de la electrónica digital ha generado una tendencia hacia el uso generalizado de motores sin escobillas para reemplazar los tradicionales.
Este artículo describe en detalle el proceso de rebobinado de un motor eléctrico sin escobillas en casa. A primera vista, este proceso puede parecer laborioso y lento, pero si lo averigua, un rebobinado del motor no llevará más de una hora.
El motor se puso en rebobinado
Materiales (editar):
- Alambre (0,3 mm)
- Barniz
- Contracción térmica (2 mm y 5 mm)
Instrumentos:
- Tijeras
- Pinzas
- Soldador
- Soldadura y ácido
- Papel de lija (archivo)
- Encendedor
Paso 1. Prepare el motor y el cable.
Retire la arandela de seguridad del eje del motor y retire el estator.
Enrollamos el viejo devanado del estator. Recomiendo contar el número de vueltas por diente. El diámetro del alambre viejo se puede encontrar enrollando 10 vueltas con un lápiz, mida el ancho de este enrollado con una regla y divida por 10.
Examinamos cuidadosamente los dientes del estator en busca de abrasiones del esmalte protector. Si es necesario, cúbralos con barniz (incluso puede utilizar barniz de uñas).
Con un rotulador o un marcador para discos, numeramos los dientes del estator para no confundir y no enrollar el hilo en el diente equivocado.
En este caso, un alambre con un diámetro de 0,3 mm se enrollará en dos núcleos con 16 vueltas por diente. Se trata de unos 50 cm de cable de doble plegado por diente + 20 cm de cables.
Dado que un cable está enrollado en 4 dientes con dos cables, y solo hay 12 dientes, necesitamos tres cables dobles de aproximadamente 2,5 metros de largo. Es mejor dejarlo con un margen que un par de vueltas insuficientes para el último diente.
Paso 2. Envolver los dientes del estator.
La envoltura se dividirá en tres etapas, según el número de cables. Para no confundirse con los conductores de los cables, puede marcarlos con trozos de cinta aislante o yeso con inscripciones.
Deliberadamente no adjunto fotografías separadas de cada diente envuelto; se dirá y se mostrará mucho más en esquemas de color.
Alambre # 1:
Esquema de bobinado
Deje unos 10 cm de cable para crear el cable (S1).
Enrollamos el primer cable (naranja en el diagrama) alrededor del diente. №2 agujas del reloj flecha. Cuanto más densas y suaves sean las vueltas, más vueltas encajarán en los dientes del estator.
Después de haber enrollado 16 vueltas, colocamos el cable en el diente. №1 y carrete en sentido anti-horario las flechas también tienen 16 vueltas.
№7 y viento 16 vueltas agujas del reloj flecha.
№8 y viento 16 vueltas en sentido anti-horario flechas.
Deje 10 cm de cable para crear el cable (E1), el resto se puede cortar.
Eso es todo, el primer cable está enrollado.
Cable número 2:
Esquema de bobinado
Deje unos 10 cm de cable para crear el cable (S2).
Enrollamos 16 vueltas del segundo cable (verde en el diagrama) en el diente №6 agujas del reloj flecha.
Ponemos el alambre al diente №5 y viento 16 vueltas en sentido anti-horario flechas.
Luego estiramos el alambre hasta el diente. №11 y viento 16 vueltas agujas del reloj flecha.
Luego colocamos el cable en el diente. №12 y viento 16 vueltas en sentido anti-horario flechas.
Deje 10 cm de alambre para crear el cable (E2), corte el resto.
El segundo cable está enrollado.
Alambre # 3:
Esquema de bobinado
Deje unos 10 cm de cable para crear el cable (S3).
Enrollamos 16 vueltas del segundo cable (azul en el diagrama) en el diente №10 agujas del reloj flecha.
Ponemos el alambre al diente №9 y viento 16 vueltas en sentido anti-horario flechas.
Luego estiramos el alambre hasta el diente. №3 y viento 16 vueltas agujas del reloj flecha.
Luego colocamos el cable en el diente. №4 y viento 16 vueltas en sentido anti-horario flechas.
Deje 10 cm de cable para crear el cable (E3), corte el resto.
El tercer cable está enrollado.
Paso 3. Conexión de los cables de bobinado.
Diagrama de conexión
Conclusión S1 y E2 (dientes №2 y №12 ) giramos en la base de los dientes, haciendo que la cola tenga 5-7 cm de largo.
Del mismo modo, giramos los pines S2 y E3 (dientes №6 y №4 ), así como las conclusiones S3 y E1 (dientes №10 y №8 )
Estiramos un termorretráctil delgado a lo largo de toda la longitud y hasta la base misma de los terminales. Luego caliéntelo suavemente con un encendedor.
Recopilamos los tres cables resultantes y los encogemos con un encogimiento por calor de un diámetro mayor, tirando también hacia la base.
Equipos médicos y domésticos, modelado de aeronaves, accionamientos de corte de tuberías para gasoductos y oleoductos: esta no es una lista completa de aplicaciones para motores sin escobillas (DB) de CC. Echemos un vistazo al diseño y funcionamiento de estos actuadores electromecánicos para comprender mejor sus ventajas y desventajas.
Información general, dispositivo, alcance
Una de las razones del creciente interés en los OBD es la mayor demanda de micromotores de alta velocidad con posicionamiento preciso. La estructura interna de tales unidades se muestra en la Figura 2.
Arroz. 2. El dispositivo del motor sin escobillasComo puede ver, la estructura es un rotor (armadura) y un estator, el primero tiene un imán permanente (o varios imanes dispuestos en cierto orden), y el segundo está equipado con bobinas (B) para crear un campo magnético.
Es de destacar que estos mecanismos electromagnéticos pueden ser tanto con una armadura interna (este tipo de construcción se puede ver en la Figura 2) como externa (ver Figura 3).
Arroz. 3. Diseño Outrunner En consecuencia, cada uno de los diseños tiene un campo de aplicación específico. Los dispositivos con armadura interna tienen una alta velocidad de rotación, por lo que se utilizan en sistemas de refrigeración, como centrales eléctricas para drones, etc. Los accionamientos de rotor externos se utilizan donde se requiere un posicionamiento preciso y resistencia al par (robótica, equipos médicos, máquinas CNC, etc.).
Principio de funcionamiento
A diferencia de otros variadores, por ejemplo, una máquina de CA asíncrona, para el funcionamiento del OBD, se requiere un controlador especial, que enciende los devanados de tal manera que los vectores de los campos magnéticos del inducido y el estator sean ortogonales a cada uno. otro. Es decir, de hecho, el dispositivo controlador regula el par que actúa sobre el inducido OBD. Este proceso se demuestra claramente en la Figura 4.
Como puede ver, para cada movimiento del inducido, es necesario realizar una determinada conmutación en el devanado del estator de un motor sin escobillas. Este principio de funcionamiento no permite un control suave de la rotación, pero permite ganar impulso rápidamente.
Diferencias entre motores con escobillas y sin escobillas
El accionamiento de tipo colector se diferencia del DB tanto en las características de diseño (ver Fig. 5) como en el principio de funcionamiento.
Arroz. 5.A - motor con escobillas, B - sin escobillas Considere las diferencias de diseño. La figura 5 muestra que el rotor (1 en la figura 5) de un motor de tipo colector, en contraste con uno sin escobillas, tiene bobinas con un circuito de bobinado simple, y los imanes permanentes (generalmente dos) están instalados en el estator (2 en Figura 5). Además, se instala un colector en el eje, al que se conectan las escobillas, que suministran voltaje a los devanados del inducido.
Hablemos brevemente sobre el principio de funcionamiento de las máquinas recolectoras. Cuando se aplica voltaje a una de las bobinas, se excita y se genera un campo magnético. Interactúa con imanes permanentes, esto hace girar el inducido y el colector ubicado en él. Como resultado, se suministra energía al otro devanado y el ciclo se repite.
La frecuencia de rotación de una armadura de este diseño depende directamente de la intensidad del campo magnético, que, a su vez, es directamente proporcional al voltaje. Es decir, para aumentar o disminuir la velocidad, basta con aumentar o disminuir el nivel de nutrición. Y para invertir es necesario cambiar la polaridad. Este método de control no requiere un controlador especial, ya que el regulador de carrera se puede hacer sobre la base de una resistencia variable, y un interruptor convencional funcionará como inversor.
Discutimos las características de diseño de los motores sin escobillas en la sección anterior. Como recordará, su conexión requiere un controlador especial, sin el cual simplemente no funcionarán. Por la misma razón, estos motores no se pueden utilizar como generador.
También vale la pena señalar que en algunos actuadores de este tipo, para un control más eficiente, las posiciones del rotor se monitorean mediante sensores Hall. Esto mejora significativamente las características de los motores sin escobillas, pero conduce a un aumento en el costo de un diseño que ya es caro.
¿Cómo arrancar un motor sin escobillas?
Para que este tipo de unidad funcione, se requiere un controlador dedicado (consulte la Figura 6). Sin él, el lanzamiento es imposible.
Arroz. 6. Controladores de motor sin escobillas para modelado No tiene sentido ensamblar un dispositivo de este tipo usted mismo, será más barato y más confiable comprar uno ya hecho. Puede seleccionarse de acuerdo con las siguientes características inherentes a los controladores de canal PWM:
- La corriente máxima permitida, esta característica se da para el funcionamiento normal del dispositivo. Muy a menudo, los fabricantes indican dicho parámetro en el nombre del modelo (por ejemplo, Phoenix-18). En algunos casos, se proporciona un valor para el modo pico, que el controlador puede mantener durante unos segundos.
- Tensión nominal máxima para funcionamiento continuo.
- Resistencia de los circuitos internos del controlador.
- La velocidad permitida se indica en rpm. Por encima de este valor, el controlador no permitirá aumentar la rotación (la limitación se implementa a nivel de software). Tenga en cuenta que la velocidad siempre se indica para accionamientos de 2 polos. Si hay más pares de polos, divida el valor por su número. Por ejemplo, se indica el número 60,000 rpm, por lo tanto, para un motor magnético de 6, la velocidad de rotación será 60,000 / 3 = 20,000 prm.
- La frecuencia de los pulsos generados, para la mayoría de controladores, este parámetro varía de 7 a 8 kHz, los modelos más costosos permiten reprogramar el parámetro incrementándolo a 16 o 32 kHz.
Tenga en cuenta que las tres primeras características determinan la potencia del OBD.
Control de motor sin escobillas
Como ya se mencionó anteriormente, la conmutación de los devanados de accionamiento se controla electrónicamente. El conductor monitorea la posición del inducido usando sensores Hall para determinar cuándo cambiar. Si el variador no está equipado con tales detectores, entonces se tiene en cuenta la EMF trasera que se produce en las bobinas del estator desconectadas. El controlador, que es, de hecho, un complejo de hardware y software, supervisa estos cambios y establece el orden de conmutación.
Motor DC trifásico sin escobillas
La mayoría de los OBD se fabrican en un diseño trifásico. Para controlar un variador de este tipo, el controlador tiene un convertidor de pulsos de CC a trifásico (consulte la Fig. 7).
Figura 7. Diagramas de voltaje DB Para explicar cómo funciona un motor de válvula de este tipo, se debe considerar la Figura 4 junto con la Figura 7, donde se muestran a su vez todas las etapas de la operación del variador. Escribámoslos:
- Se aplica un impulso positivo a las bobinas "A", mientras que se aplica un impulso negativo a la "B", como resultado, la armadura se moverá. Los sensores registrarán su movimiento y darán una señal para la próxima conmutación.
- La bobina "A" se apaga y un pulso positivo pasa a "C" ("B" permanece sin cambios), luego se envía una señal al siguiente conjunto de pulsos.
- En "C" - positivo, "A" - negativo.
- Funciona el par "B" y "A", que reciben impulsos positivos y negativos.
- Se vuelve a aplicar un impulso positivo a "B" y un impulso negativo a "C".
- Las bobinas "A" se encienden (se suministra +) y se repite un impulso negativo a "C". Entonces se repite el ciclo.
La aparente simplicidad de control tiene muchas complicaciones. Es necesario no solo rastrear la posición del inducido para producir la siguiente serie de pulsos, sino también controlar la velocidad ajustando la corriente en las bobinas. Además, debe seleccionar los parámetros más óptimos para la aceleración y desaceleración. También vale la pena no olvidar que el controlador debe estar equipado con un bloque que le permita controlar su funcionamiento. La apariencia de un dispositivo multifuncional de este tipo se puede ver en la Figura 8.
Arroz. 8. Controlador de motor sin escobillas multifuncional Ventajas y desventajas
Un motor eléctrico sin escobillas tiene muchas ventajas, a saber:
- La vida útil es significativamente más larga que la de los colectores homólogos convencionales.
- Alta eficiencia.
- Ajuste rápido de la velocidad máxima de rotación.
- Es más poderoso que el CD.
- La ausencia de chispas durante el funcionamiento permite que el variador se utilice en condiciones de riesgo de incendio.
- No se requiere enfriamiento adicional.
- Operación simple.
Ahora veamos las desventajas. Un inconveniente importante que limita el uso de bases de datos es su costo relativamente alto (teniendo en cuenta el precio del conductor). Entre los inconvenientes está la imposibilidad de utilizar la base de datos sin controlador, incluso para un encendido a corto plazo, por ejemplo, para comprobar la operatividad. Reparaciones problemáticas, especialmente si es necesario rebobinar.
Los motores se utilizan en muchas áreas de la tecnología. Para que el rotor del motor gire, debe estar presente un campo magnético giratorio. En los motores de corriente continua convencionales, esta rotación se realiza mecánicamente mediante escobillas que se deslizan sobre un colector. Esto genera chispas y, además, debido al rozamiento y desgaste de las escobillas, estos motores requieren un mantenimiento constante.
Gracias al desarrollo de la tecnología, se ha hecho posible generar un campo magnético giratorio de forma electrónica, que se ha incorporado a los motores de corriente continua sin escobillas (motores de CC).
Dispositivo y principio de funcionamiento.
Los principales elementos del BDPT son:
- rotor en el que se colocan imanes permanentes;
- estator en el que se instalan los devanados;
- controlador electronico.
Por diseño, dicho motor puede ser de dos tipos:
con un rotor interno (inrunner)
vencedor
En el primer caso, el rotor gira dentro del estator, y en el segundo, el rotor gira alrededor del estator.
Motor tipo Inrunner utilizado en el caso de que sea necesario obtener una alta velocidad de rotación. Este motor tiene un diseño estándar más simple que permite utilizar un estator fijo para montar el motor.
Motor Outrunner Adecuado para un par elevado a bajas revoluciones. En este caso, el motor se monta mediante un eje fijo.
Motor tipo Inrunner- altas revoluciones, bajo par. Motor Outrunner- bajas revoluciones, alto par.
El número de polos en un BDPT puede ser diferente. Algunas de las características del motor se pueden juzgar por el número de polos. Por ejemplo, un motor con un rotor de 2 polos tiene una velocidad más alta y un par más bajo. Los motores con un mayor número de polos tienen un par mayor, pero un número menor de revoluciones. Al cambiar el número de polos del rotor, puede cambiar la velocidad del motor. Por lo tanto, al cambiar el diseño del motor, el fabricante puede seleccionar los parámetros necesarios del motor en términos de par y velocidad.
Oficina del BDPT
Regulador de velocidad, apariencia
Para controlar el motor sin escobillas, utilice controlador especial: un regulador de la velocidad de rotación del eje del motor corriente continua. Su tarea es generar y suministrar el voltaje requerido al devanado correcto en el momento adecuado. En el controlador para dispositivos alimentados desde una red de 220 V, se usa con mayor frecuencia un circuito inversor, en el que la corriente se convierte a una frecuencia de 50 Hz, primero en corriente continua y luego en señales con modulación de ancho de pulso (PWM). Se utilizan potentes interruptores electrónicos en transistores bipolares u otros elementos de potencia para suministrar la tensión de alimentación a los devanados del estator.
La potencia y la velocidad del motor se ajustan cambiando el ciclo de trabajo de los pulsos y, en consecuencia, por el valor efectivo de la tensión suministrada a los devanados del estator del motor.
Diagrama esquemático del controlador de velocidad. K1-K6 - teclas D1-D3 - sensores de posición del rotor (sensores Hall)
Un tema importante es la conexión oportuna de llaves electrónicas a cada devanado. Para asegurar esto el controlador debe determinar la posición del rotor y su velocidad... Para obtener dicha información, se pueden utilizar sensores ópticos o magnéticos (por ejemplo, Sensores de pasillo), así como campos magnéticos inversos.
Uso más común Sensores de pasillo, cuales reaccionar ante la presencia de un campo magnético... Los sensores se colocan en el estator para que el campo magnético del rotor actúe sobre ellos. En algunos casos, los sensores se instalan en dispositivos que permiten cambiar la posición de los sensores y, en consecuencia, ajustar la sincronización.
Los controladores de velocidad del rotor son muy sensibles a la fuerza de la corriente que lo atraviesa. Si toma una batería recargable con un amperaje de salida más alto, ¡el regulador se quemará! ¡Elija la combinación correcta de características!
Ventajas y desventajas
En comparación con los motores convencionales, los BDPT tienen las siguientes ventajas:
- alta eficiencia;
- alto rendimiento;
- la capacidad de cambiar la velocidad;
- sin cepillos chispeantes;
- ruido bajo, tanto en el rango de audio como en el de alta frecuencia;
- fiabilidad;
- capacidad para soportar una sobrecarga de par;
- excelente relación de tamaño y potencia.
El motor sin escobillas es muy eficiente. Puede alcanzar el 93-95%.
La alta fiabilidad de la parte mecánica de la unidad de detección se explica por el hecho de que utiliza rodamientos de bolas y no hay escobillas. La desmagnetización de los imanes permanentes es bastante lenta, especialmente si están hechos con elementos de tierras raras. Cuando se utiliza en un controlador de protección de corriente, la vida útil de esta unidad es bastante larga. Realmente la vida útil del motor BCD se puede determinar por la vida útil de los rodamientos de bolas.
Las desventajas de BDPT son la complejidad del sistema de control y el alto costo.
Solicitud
Las áreas de aplicación del BDTP son las siguientes:
- creando modelos;
- medicamento;
- industria automotriz;
- Industria de petróleo y gas;
- Accesorios;
- equipamiento militar.
Uso DB para modelos de aviones da una ventaja significativa en términos de potencia y dimensiones. La comparación del motor cepillado convencional del tipo Speed-400 y el BDTP de la misma clase Astro Flight 020 muestra que el motor del primer tipo tiene una eficiencia del 40-60%. La eficiencia del segundo motor en las mismas condiciones puede alcanzar el 95%. Así, el uso del OBD permite casi duplicar la potencia de la sección de potencia del modelo o su tiempo de vuelo.
Debido al bajo nivel de ruido y la falta de calentamiento durante el funcionamiento, los BDPT se utilizan ampliamente en medicina, especialmente en odontología.
En los automóviles, estos motores se utilizan en elevadores de vidrio, limpiaparabrisas eléctricos, lavafaros y controles eléctricos de elevación del asiento.
Falta de colector y arco de cepillos. le permite utilizar la base de datos como elementos de dispositivos de bloqueo en la industria del petróleo y el gas.
Como ejemplo de uso del OBD en electrodomésticos, podemos mencionar la lavadora de tambor directo LG. Esta empresa utiliza un BJTP tipo Outrunner. Hay 12 imanes en el rotor del motor y 36 inductores en el estator, que se enrollan con un cable de 1 mm de diámetro en núcleos de acero conductor magnético. Las bobinas están conectadas en serie, 12 piezas por fase. La resistencia de cada fase es de 12 ohmios. Un sensor Hall se utiliza como sensor de posición del rotor. El rotor del motor está unido al tanque de la lavadora.
Este motor es muy utilizado en discos duros para computadoras, lo que los hace compactos, en unidades de CD y DVD y sistemas de enfriamiento para dispositivos microelectrónicos y más.
Además de los DB pequeños y medianos, los DBPT grandes se utilizan cada vez más en la industria de servicio pesado, la industria naval y militar.
Los OBD de gran capacidad están diseñados para la Marina de los EE. UU. Por ejemplo, Powertec ha desarrollado un BDTP de 220 kW con una velocidad de 2000 rpm. El par motor alcanza los 1080 Nm.
Además de estas áreas, los DB se utilizan en los proyectos de máquinas herramienta, prensas, líneas para el procesamiento de plásticos, así como en la energía eólica y el aprovechamiento de la energía de los maremotos.
Especificaciones
Principales características del motor:
- potencia nominal;
- poder maximo;
- corriente maxima;
- voltaje de funcionamiento máximo;
- velocidad máxima(o coeficiente Kv);
- Resistencia al viento;
- ángulo de avance;
- modo operativo;
- características de peso total motor.
El indicador principal del motor es su potencia nominal, es decir, la potencia generada por el motor durante un largo tiempo de funcionamiento.
Poder maximo- Esta es la potencia que el motor puede dar durante un corto período de tiempo sin colapsar. Por ejemplo, para el motor sin escobillas Astro Flight 020 mencionado anteriormente, es de 250 vatios.
Corriente maxima... Para el vuelo 020 de Astro, es 25 A.
Voltaje de funcionamiento máximo- la tensión que pueden soportar los bobinados del motor. El Astro Flight 020 está configurado en un rango de voltaje operativo de 6 a 12 V.
Velocidad máxima del motor... A veces, el coeficiente Kv se indica en el pasaporte: el número de revoluciones del motor por voltio. Para el vuelo Astro 020 Kv = 2567 rpm. En este caso, la velocidad máxima se puede determinar multiplicando este factor por la tensión máxima de funcionamiento.
Generalmente Resistencia al viento para motores, es décimas o milésimas de Ohm. Para el vuelo Astro 020, R = 0,07 ohmios. Esta resistencia afecta la eficiencia del BDPT.
Ángulo de avance representa el avance de la conmutación de los voltajes en los devanados. Está asociado con la naturaleza inductiva de la resistencia del devanado.
El modo de funcionamiento puede ser a largo o corto plazo. En funcionamiento a largo plazo, el motor puede funcionar durante mucho tiempo. En este caso, el calor generado por él se disipa completamente y no se sobrecalienta. En este modo, los motores funcionan, por ejemplo, en ventiladores, transportadores o escaleras mecánicas. El modo de corta duración se utiliza para dispositivos como un ascensor o una afeitadora eléctrica. En estos casos, el motor funciona durante un tiempo breve y luego se enfría durante un tiempo prolongado.
El pasaporte del motor enumera sus dimensiones y peso. Además, por ejemplo, para motores destinados a modelos de aviones, se dan las dimensiones de aterrizaje y el diámetro del eje. En particular, se dan las siguientes especificaciones para el motor Astro Flight 020:
- la longitud es de 1,75 ";
- el diámetro es de 0,98 ";
- el diámetro del eje es de 1/8 ”;
- el peso es de 2.5 onzas.
Conclusiones:
- En simulación, en diversos productos técnicos, en la industria y en la tecnología de defensa, se utilizan BDPT, en los que un campo magnético giratorio es generado por un circuito electrónico.
- Por su diseño, los BDPT pueden tener una disposición de rotor interno (inrunner) y externo (outrunner).
- En comparación con otros motores, BDPT tiene una serie de ventajas, las principales de las cuales son la ausencia de escobillas y arcos eléctricos, alta eficiencia y alta confiabilidad.
