Viena iš priežasčių, kodėl dizaineriai domisi elektros varikliais be šepetėlių, yra mažų matmenų didelės spartos variklių poreikis. Be to, šie varikliai turi labai tikslią padėtį. Konstrukcija turi judantį rotorių ir fiksuotą statorių. Rotoriuje yra vienas nuolatinis magnetas arba keli tam tikra seka. Ant statoriaus yra ritės, kurios sukuria magnetinį lauką.
Pažymėtina ir dar viena savybė – varikliai be šepetėlių gali turėti inkarą tiek viduje, tiek išorėje. Vadinasi, dviejų tipų konstrukcijos gali turėti specifinį pritaikymą skirtingose srityse. Kai inkaras yra viduje, jis pasiekia labai didelį sukimosi greitį, todėl tokie varikliai puikiai veikia projektuojant aušinimo sistemas. Jei sumontuota pavara su išoriniu rotoriumi, galima pasiekti labai tikslią padėties nustatymą ir didelį atsparumą perkrovai. Labai dažnai tokie varikliai naudojami robotikoje, medicinos įrangoje, dažnio valdomose staklėse.
Kaip veikia varikliai
Norint paleisti bešepetinio nuolatinės srovės variklio rotorių, reikia naudoti specialų mikrovaldiklį. Jo negalima paleisti taip pat kaip sinchroninio ar asinchroninio įrenginio. Mikrovaldiklio pagalba pasirodo, kad variklio apvijos įjungiamos taip, kad statoriaus ir armatūros magnetinių laukų vektorių kryptis būtų statmena.
Kitaip tariant, su vairuotojo pagalba paaiškėja, kad reikia reguliuoti, kas veikia bešepetėlio variklio rotorių. Norint perkelti armatūrą, būtina atlikti teisingą komutaciją statoriaus apvijose. Deja, sklandus sukimosi valdymas neįmanomas. Bet jūs galite labai greitai padidinti elektros variklio rotorių.
Skirtumai tarp šepečių ir bešepetėlių variklių
Pagrindinis skirtumas yra tas, kad modelių bešepetėliuose varikliuose ant rotoriaus nėra apvijos. Kolektorių variklių atveju ant jų rotorių yra apvijos. Tačiau nuolatiniai magnetai yra sumontuoti ant stacionarios variklio dalies. Be to, ant rotoriaus sumontuotas specialios konstrukcijos kolektorius, prie kurio prijungiami grafito šepečiai. Jų pagalba įtampa tiekiama į rotoriaus apviją. Bešepetėlio elektros variklio veikimo principas taip pat gerokai skiriasi.
Kaip veikia kolektoriaus mašina
Norėdami paleisti kolektoriaus variklį, turėsite įjungti įtampą sužadinimo apvijai, kuri yra tiesiai ant armatūros. Tokiu atveju susidaro pastovus magnetinis laukas, kuris sąveikauja su ant statoriaus esančiais magnetais, ko pasekoje sukasi armatūra ir prie jos pritvirtintas kolektorius. Tokiu atveju maitinimas tiekiamas į kitą apviją, ciklas kartojamas.
Rotoriaus greitis tiesiogiai priklauso nuo to, kiek intensyvus yra magnetinis laukas, o pastaroji charakteristika tiesiogiai priklauso nuo įtampos dydžio. Todėl norint padidinti ar sumažinti greitį, būtina keisti maitinimo įtampą.
Norint įgyvendinti atvirkštinį režimą, tereikia pakeisti variklio jungties poliškumą. Tokiam valdymui nereikia naudoti specialių mikrovaldiklių, greitį galite keisti naudodami įprastą kintamąjį rezistorių.
Bešepetėlių mašinų savybės
Tačiau bešepetėlio elektros variklio valdyti neįmanoma be specialių valdiklių. Remdamiesi tuo, galime daryti išvadą, kad tokio tipo varikliai negali būti naudojami kaip generatorius. Siekiant efektyvaus valdymo, rotoriaus padėtį galima stebėti naudojant kelis Hall jutiklius. Tokių paprastų prietaisų pagalba galima žymiai pagerinti charakteristikas, tačiau elektros variklio kaina padidės kelis kartus.
Užsiveda varikliai be šepetėlių
Patiems gaminti mikrovaldiklius nėra prasmės, daug geresnis variantas būtų pirkti jau paruoštą, nors ir kinišką. Tačiau rinkdamiesi turite laikytis šių rekomendacijų:
- Laikykitės didžiausios leistinos srovės. Šis parametras neabejotinai pravers įvairaus tipo pavaros veikimui. Charakteristika dažnai nurodoma gamintojų tiesiogiai modelio pavadinime. Labai retai nurodomos reikšmės, būdingos piko režimams, kai mikrovaldiklis negali veikti ilgą laiką.
- Nepertraukiamam darbui taip pat reikia atsižvelgti į maksimalią maitinimo įtampą.
- Būtinai atsižvelkite į visų vidinių mikrovaldiklio grandinių varžą.
- Būtina atsižvelgti į maksimalų apsisukimų skaičių, būdingą šio mikrovaldiklio veikimui. Atkreipkite dėmesį, kad jis negalės padidinti maksimalaus greičio, nes apribojimas yra programinės įrangos lygiu.
- Pigūs mikrovaldiklių įrenginių modeliai turi 7 ... 8 kHz impulsų diapazoną. Brangias kopijas galima perprogramuoti, o šis parametras padidinamas 2–4 kartus.
Stenkitės visais atžvilgiais pasirinkti mikrovaldiklius, nes jie turi įtakos elektros variklio galiai.
Kaip tai valdoma
Elektroninis valdymo blokas leidžia komutuoti pavaros apvijas. Norint nustatyti perjungimo momentą naudojant tvarkyklę, rotoriaus padėtis stebima pavaroje sumontuotu Hall jutikliu.
Jei tokių įrenginių nėra, būtina nuskaityti atvirkštinę įtampą. Jis generuojamas statoriaus ritėse, kurios šiuo metu nėra prijungtos. Valdiklis yra techninės ir programinės įrangos kompleksas, leidžiantis sekti visus pakeitimus ir kuo tiksliau nustatyti perjungimo tvarką.
Trifaziai varikliai be šepetėlių
Daugelis bešepetėlių elektrinių variklių, skirtų orlaivių modeliams, yra maitinami nuolatine srove. Tačiau yra ir trifazių atvejų, kai įrengiami keitikliai. Jie leidžia gaminti trifazius impulsus iš pastovios įtampos.
Darbas vyksta taip:
- Ritė "A" gauna impulsus su teigiama verte. Į ritę "B" - su neigiama reikšme. Dėl to inkaras pradės judėti. Jutikliai fiksuoja poslinkį ir į valdiklį siunčiamas signalas kitam komutavimui.
- Ritė „A“ atjungiama, o apvijai „C“ suteikiamas teigiamas impulsas. „B“ apvijos komutacija nepasikeičia.
- Ritė "C" gauna teigiamą impulsą, o neigiamas impulsas patenka į "A".
- Tada pradeda veikti pora „A“ ir „B“. Jie tiekiami atitinkamai su teigiamomis neigiamomis impulsų reikšmėmis.
- Tada teigiamas impulsas grįžta į ritę "B", o neigiamas impulsas - į "C".
- Paskutiniame etape įjungiama ritė "A", į kurią gaunamas teigiamas impulsas, o neigiamas - į C.
O po to visas ciklas kartojasi.
Naudojimo privalumai
Savo rankomis sunku pasidaryti bešepetį elektros variklį, o valdyti mikrovaldiklį beveik neįmanoma. Todėl geriausia naudoti paruoštus pramoninius dizainus. Tačiau būtinai atsižvelkite į privalumus, kuriuos pavara gauna naudojant variklius be šepetėlių:
- Žymiai ilgesnis išteklius nei kolektorių mašinos.
- Aukštas efektyvumo lygis.
- Galia yra didesnė nei variklių su šepečiu.
- Sukimosi greitis didėja daug greičiau.
- Eksploatacijos metu nesusidaro kibirkštys, todėl jas galima naudoti aplinkoje, kurioje yra didelis gaisro pavojus.
- Labai lengvas disko valdymas.
- Dirbant nereikia naudoti papildomų aušinimo komponentų.
Iš minusų galima išskirti labai didelę kainą, jei dar atsižvelgsime ir į valdiklio kainą. Net trumpam įjungus tokį elektros variklį, norint patikrinti jo veikimą, nepavyks. Be to, remontuoti tokius variklius yra daug sunkiau dėl jų konstrukcijos ypatybių.
Bešepetėlio nuolatinės srovės variklio (BKDP) veikimo principas žinomas labai seniai, o varikliai be šepetėlių visada buvo įdomi alternatyva tradiciniams sprendimams. Nepaisant to, tokios elektrinės mašinos buvo plačiai naudojamos tik XXI amžiuje. Lemiamas veiksnys, plačiai paplitęs, buvo daugkartinis BDKP pavaros valdymo elektronikos kainų sumažinimas.
Kolektoriaus variklio problemos
Iš esmės bet kurio elektros variklio užduotis yra paversti elektros energiją mechanine energija. Yra du pagrindiniai fiziniai reiškiniai, kuriais grindžiama elektros mašinų konstrukcija:
Variklis sukonstruotas taip, kad kiekvieno magneto sukuriami magnetiniai laukai visada sąveikauja tarpusavyje, suteikdami rotoriaus sukimąsi. Tradicinį nuolatinės srovės variklį sudaro keturios pagrindinės dalys:
- statorius (stacionarus elementas su magnetų žiedu);
- armatūra (sukamasis elementas su apvijomis);
- anglies šepečiai;
- kolekcininkas.
Ši konstrukcija numato armatūros ir kolektoriaus sukimąsi ant to paties veleno stacionarių šepečių atžvilgiu. Srovė iš šaltinio teka per šepečius su spyruoklėmis, kad būtų geras kontaktas su komutatoriumi, kuris paskirsto elektros energiją tarp armatūros apvijų. Pastarajame sukeltas magnetinis laukas sąveikauja su statoriaus magnetais, todėl statorius sukasi.
Pagrindinis tradicinio variklio trūkumas yra tas, kad mechaninis kontaktas su šepečiais negali būti pasiektas be trinties. Didėjant greičiui, problema pasireiškia stipriau. Kolektoriaus mazgas laikui bėgant susidėvi, taip pat yra linkęs į lanką ir gali jonizuoti aplinkinį orą. Taigi, nepaisant gamybos paprastumo ir mažų sąnaudų, tokie elektros varikliai turi keletą neįveikiamų trūkumų:
- šepečių susidėvėjimas;
- elektros trikdžiai dėl lanko;
- didžiausio greičio apribojimai;
- sunkumai aušinant besisukantį elektromagnetą.
Procesoriaus technologijų ir galios tranzistorių atsiradimas leido dizaineriams atsisakyti mechaninio perjungimo bloko ir pakeisti rotoriaus bei statoriaus vaidmenį nuolatinės srovės elektros variklyje.
BDKP veikimo principas
Elektros variklyje be šepetėlių, skirtingai nei jo pirmtakuose, elektroninis keitiklis atlieka mechaninio jungiklio vaidmenį. Tai leidžia įgyvendinti BDKP „išversta“ schemą - jo apvijos yra ant statoriaus, o tai pašalina kolektoriaus poreikį.
Kitaip tariant, pagrindinis esminis skirtumas tarp klasikinio variklio ir BDKP yra tas, kad vietoj stacionarių magnetų ir besisukančių ritių pastarasis susideda iš stacionarių apvijų ir besisukančių magnetų. Nepaisant to, kad pats perjungimas jame vyksta panašiai, jo fizinis įgyvendinimas bešepetiniuose įrenginiuose yra daug sudėtingesnis.
Pagrindinė problema yra tikslus bešepetėlio variklio valdymas, laikantis teisingos atskirų apvijų sekcijų perjungimo sekos ir dažnumo. Ši problema konstruktyviai išsprendžiama tik tuo atveju, jei įmanoma nuolat nustatyti esamą rotoriaus padėtį.
Duomenys, reikalingi elektronikos apdorojimui, gaunami dviem būdais.:
- absoliučios veleno padėties aptikimas;
- matuojant statoriaus apvijose indukuojamą įtampą.
Norint įgyvendinti valdymą pirmuoju būdu, dažniausiai naudojamos arba optinės poros, arba prie statoriaus pritvirtinti Holo jutikliai, kurie reaguoja į rotoriaus magnetinį srautą. Pagrindinis tokių sistemų privalumas renkant informaciją apie veleno padėtį yra jų veikimas net esant labai mažam greičiui ir ramybės būsenoje.
Valdymas be jutiklių, norint įvertinti įtampą ritėse, reikalauja bent minimalaus rotoriaus sukimosi. Todėl tokiose konstrukcijose yra numatytas variklio užvedimo iki apsisukimų režimas, kuriame galima įvertinti apvijų įtampą, o ramybės būsena tikrinama analizuojant magnetinio lauko poveikį bandomosios srovės impulsams, praeinantiems pro. ritės.
Nepaisant visų aukščiau išvardintų projektavimo sunkumų, varikliai be šepetėlių įgauna vis didesnį populiarumą dėl savo eksploatacinių savybių ir savybių, kurios kolektoriui nepasiekiamos. Trumpas pagrindinių BDKP pranašumų, palyginti su klasikiniais, sąrašas atrodo taip:
- nėra mechaninių energijos nuostolių dėl šepečio trinties;
- lyginamasis darbo triukšmingumas;
- Lengvas sukimosi pagreitis ir lėtėjimas dėl mažos rotoriaus inercijos;
- tikslus sukimosi valdymas;
- galimybė organizuoti aušinimą dėl šilumos laidumo;
- gebėjimas dirbti dideliu greičiu;
- ilgaamžiškumas ir patikimumas.
Šiuolaikinis pritaikymas ir perspektyvos
Yra daug įrenginių, kurių veikimo laikas yra labai svarbus. Tokioje įrangoje BDKP naudojimas visada yra pateisinamas, nepaisant gana didelių sąnaudų. Tai gali būti vandens ir kuro siurbliai, turbinos oro kondicionieriams ir varikliams aušinti ir kt. Bešepetiniai varikliai naudojami daugelyje elektromobilių modelių. Šiais laikais automobilių pramonė rimtai orientuojasi į variklius be šepetėlių.
BDKP idealiai tinka mažoms pavaroms, veikiančioms sudėtingomis sąlygomis arba dideliu tikslumu: tiektuvams ir juostiniams konvejeriams, pramoniniams robotams, padėties nustatymo sistemoms. Kai kuriose srityse neabejotinai dominuoja varikliai be šepetėlių: kietieji diskai, siurbliai, tylūs ventiliatoriai, smulkūs prietaisai, CD / DVD įrenginiai. Dėl mažo svorio ir didelės galios BDKP tapo modernių akumuliatorinių rankinių įrankių gamybos pagrindu.
Galima sakyti, kad elektrinių pavarų srityje padaryta didelė pažanga. Nuolat mažėjanti skaitmeninės elektronikos kaina sukėlė tendenciją plačiai naudoti variklius be šepetėlių, pakeičiant tradicinius.
Šiame straipsnyje išsamiai aprašomas elektrinio bešepetėlio variklio pervyniojimas namuose. Iš pirmo žvilgsnio šis procesas gali atrodyti sudėtingas ir daug laiko reikalaujantis, tačiau jei išsiaiškinsite, vienas variklio persukimas užtruks ne ilgiau kaip valandą.
Variklis pakliuvo po atsukimu
Medžiaga (redaguoti):
- Viela (0,3 mm)
- Lakas
- Šilumos susitraukimas (2 mm ir 5 mm)
Įrankiai:
- Žirklės
- Žnyplės
- Lituoklis
- Lydmetalis ir rūgštis
- Švitrinis popierius (failas)
- Lengvesnis
1 veiksmas. Paruoškite variklį ir laidą.
Nuimkite fiksavimo poveržlę nuo variklio veleno ir nuimkite statorių.
Mes apvijame seną apviją nuo statoriaus. Rekomenduoju skaičiuoti vieno danties apsisukimų skaičių. Senos vielos skersmenį galima sužinoti apvyniojus 10 apsisukimų pieštuku, liniuote išmatuoti šios apvijos plotį ir padalinti iš 10.
Atidžiai apžiūrime statoriaus dantis dėl apsauginio emalio įbrėžimų. Jei reikia, padenkite juos laku (galite naudoti net nagų laką).
Su flomasteriu ar žymekliu diskams sunumeruojame statoriaus dantis, kad nesusipainiotume ir nevyniotume vielos ant ne to danties.
Tokiu atveju 0,3 mm skersmens viela bus suvyniota į dvi šerdes po 16 apsisukimų vienam dantukui. Tai yra apie 50 cm dvigubai sulankstytos vielos vienam dantukui + 20 cm laidams.
Kadangi vienas laidas suvyniotas ant 4 dantų su dviem laidais, o dantų yra tik 12, mums reikia trijų dvigubų maždaug 2,5 metro ilgio laidų. Geriau tegul būna su marža, nei neužtenka poros apsisukimų paskutiniam dantukui.
2 veiksmas. Statoriaus dantų apvyniojimas.
Apvyniojimas bus padalintas į tris etapus, atsižvelgiant į laidų skaičių. Kad nesusipainiotumėte laidų laiduose, galite juos pažymėti elektros juostos ar tinko gabalėliais su užrašais.
Sąmoningai nepridedu atskirų kiekvieno apvynioto danties nuotraukų – daug daugiau bus pasakyta ir parodyta spalvų schemose.
1 laidas:
Apvijos schema
Palikite apie 10 cm vielos, kad sukurtumėte laidą (S1).
Pirmą laidą (schemoje oranžinė) apvijame aplink dantį №2 pagal laikrodžio rodyklę rodyklė. Kuo tankesni ir lygesni posūkiai, tuo daugiau posūkių tilps ant statoriaus dantų.
Suvynioję 16 apsisukimų, tiesiame vielą prie danties №1 ir ritė prieš laikrodžio rodyklę rodyklės taip pat yra 16 posūkių.
№7 ir vėjas 16 posūkių pagal laikrodžio rodyklę rodyklė.
№8 ir vėjas 16 posūkių prieš laikrodžio rodyklę rodyklėmis.
Palikite 10 cm vielos, kad sukurtumėte laidą (E1), likusią dalį galite nupjauti.
Tai štai, pirmas laidas suvyniotas.
Laido numeris 2:
Apvijos schema
Palikite apie 10 cm vielos, kad sukurtumėte laidą (S2).
Ant danties apvyniojame 16 vijų antrojo laido (schemoje žalios spalvos). №6 pagal laikrodžio rodyklę rodyklė.
Mes klojame laidą prie danties №5 ir vėjas 16 posūkių prieš laikrodžio rodyklę rodyklėmis.
Tada ištempiame vielą prie danties №11 ir vėjas 16 posūkių pagal laikrodžio rodyklę rodyklė.
Tada tiesiame laidą prie danties №12 ir vėjas 16 posūkių prieš laikrodžio rodyklę rodyklėmis.
Palikite 10 cm vielos, kad sukurtumėte laidą (E2), nupjaukite likusią dalį.
Antrasis laidas suvyniotas.
3 laidas:
Apvijos schema
Palikite apie 10 cm vielos, kad sukurtumėte laidą (S3).
Ant danties apvyniojame 16 vijų antrojo laido (schemoje mėlynos spalvos). №10 pagal laikrodžio rodyklę rodyklė.
Mes klojame laidą prie danties №9 ir vėjas 16 posūkių prieš laikrodžio rodyklę rodyklėmis.
Tada ištempiame vielą prie danties №3 ir vėjas 16 posūkių pagal laikrodžio rodyklę rodyklė.
Tada tiesiame laidą prie danties №4 ir vėjas 16 posūkių prieš laikrodžio rodyklę rodyklėmis.
Palikite 10 cm vielos, kad sukurtumėte laidą (E3), nupjaukite likusią dalį.
Trečias laidas suvyniotas.
3 veiksmas. Apvijų laidų prijungimas.
Sujungimo schema
Išvada S1 ir E2 (dantys №2 ir №12 ) susukame prie dantų pagrindo, padarydami uodegą 5-7 cm ilgio.
Panašiai susukame kaiščius S2 ir E3 (dantys №6 ir №4 ), taip pat išvados S3 ir E1 (dantys №10 ir №8 )
Ant gnybtų ištempiame ploną šilumos susitraukimą per visą ilgį ir iki pat pagrindo. Tada švelniai pakaitinkite žiebtuvėliu.
Gautus tris laidus surenkame kartu ir sutraukiame didesnio skersmens šilumos susitraukimu, taip pat patraukdami iki pat pagrindo.
Buitinė ir medicininė įranga, orlaivių modeliavimas, dujotiekių ir naftotiekių vamzdžių uždarymo pavaros – tai ne visas nuolatinės srovės bešepetinių variklių (DB) programų sąrašas. Pažvelkime į šių elektromechaninių pavarų konstrukciją ir veikimą, kad geriau suprastume jų pranašumus ir trūkumus.
Bendra informacija, prietaisas, apimtis
Viena iš augančio susidomėjimo OBD priežasčių yra išaugusi greitaeigių mikrovariklių su tiksliu padėties nustatymu paklausa. Tokių pavarų vidinė struktūra parodyta 2 pav.
Ryžiai. 2. Bešepetėlio variklio įtaisasKaip matote, konstrukcija yra rotorius (armatūra) ir statorius, pirmasis turi nuolatinį magnetą (arba kelis magnetus, išdėstytus tam tikra tvarka), o antrasis yra aprūpintas ritėmis (B), kad sukurtų magnetinį lauką.
Pastebėtina, kad šie elektromagnetiniai mechanizmai gali būti tiek su vidine armatūra (tokio tipo konstrukcija matyti 2 pav.), tiek išoriniai (žr. 3 pav.).
Ryžiai. 3. Outrunner dizainas Atitinkamai, kiekvienas dizainas turi tam tikrą taikymo sritį. Įrenginiai su vidine armatūra pasižymi dideliu sukimosi greičiu, todėl naudojami aušinimo sistemose, kaip dronų jėgainės ir kt. Išorinės rotoriaus pavaros naudojamos visur, kur reikalingas tikslus padėties nustatymas ir atsparumas sukimo momentui (robotika, medicininė įranga, CNC staklės ir kt.).
Veikimo principas
Skirtingai nuo kitų pavarų, pavyzdžiui, asinchroninės kintamosios srovės mašinos, OBD darbui reikalingas specialus valdiklis, kuris įjungia apvijas taip, kad armatūros ir statoriaus magnetinių laukų vektoriai būtų statmeni kiekvienam. kitas. Tai yra, iš tikrųjų vairuotojo įtaisas reguliuoja sukimo momentą, veikiantį OBD armatūrą. Šis procesas aiškiai parodytas 4 paveiksle.
Kaip matote, kiekvienam armatūros judesiui reikia atlikti tam tikrą komutaciją bešepetėlio variklio statoriaus apvijoje. Toks veikimo principas neleidžia sklandžiai valdyti sukimosi, tačiau leidžia greitai įgyti pagreitį.
Skirtumai tarp šepečių ir bešepetėlių variklių
Kolektoriaus tipo pavara nuo DB skiriasi tiek konstrukcinėmis savybėmis (žr. 5. pav.), tiek veikimo principu.
Ryžiai. 5.A - šepetinis variklis, B - bešepetėlis Apsvarstykite dizaino skirtumus. 5 paveiksle parodyta, kad kolektoriaus tipo variklio rotorius (1 pav. 5), priešingai nei bešepetėlyje, turi ritinius su paprasta apvijos grandine, o nuolatiniai magnetai (dažniausiai du) sumontuoti ant statoriaus (2 in. 5 pav.). Be to, ant veleno sumontuotas kolektorius, prie kurio prijungti šepečiai, kurie tiekia įtampą į armatūros apvijas.
Trumpai pakalbėkime apie kolektorių mašinų veikimo principą. Kai vienai iš ritių įjungiama įtampa, ji sužadinama ir sukuriamas magnetinis laukas. Jis sąveikauja su nuolatiniais magnetais, todėl sukasi armatūra ir ant jo esantis kolektorius. Dėl to maitinimas tiekiamas kitai apvijai ir ciklas kartojamas.
Šios konstrukcijos armatūros sukimosi dažnis tiesiogiai priklauso nuo magnetinio lauko intensyvumo, kuris, savo ruožtu, yra tiesiogiai proporcingas įtampai. Tai yra, norint padidinti ar sumažinti greitį, pakanka padidinti arba sumažinti mitybos lygį. O norint pakeisti, būtina pakeisti poliškumą. Šis valdymo būdas nereikalauja specialaus valdiklio, nes eigos reguliatorius gali būti pagamintas kintamo rezistoriaus pagrindu, o įprastas jungiklis veiks kaip keitiklis.
Ankstesniame skyriuje aptarėme bešepetėlių variklių dizaino ypatybes. Kaip prisimenate, jų prijungimui reikalingas specialus valdiklis, be kurio jie tiesiog neveiks. Dėl tos pačios priežasties šie varikliai negali būti naudojami kaip generatorius.
Taip pat verta paminėti, kad kai kuriose tokio tipo pavarose, siekiant efektyvesnio valdymo, rotoriaus padėtys yra stebimos naudojant Hall jutiklius. Tai žymiai pagerina variklių be šepetėlių charakteristikas, tačiau padidina ir taip brangaus dizaino kainą.
Kaip užvesti variklį be šepetėlių?
Kad šio tipo pavara veiktų, reikalingas specialus valdiklis (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. Jį galima pasirinkti pagal šias charakteristikas, būdingas PWM kanalų tvarkyklėms:
- Didžiausia leistina srovė, ši charakteristika pateikiama normaliam įrenginio veikimui. Gana dažnai gamintojai tokį parametrą nurodo modelio pavadinime (pavyzdžiui, Phoenix-18). Kai kuriais atvejais piko režimui suteikiama reikšmė, kurią valdiklis gali palaikyti kelias sekundes.
- Didžiausia vardinė įtampa nuolatiniam darbui.
- Valdiklio vidinių grandinių varža.
- Leistinas greitis nurodomas aps./min. Virš šios vertės valdiklis neleis padidinti sukimosi (ribojimas įgyvendinamas programinės įrangos lygiu). Atkreipkite dėmesį, kad greitis visada nurodomas 2 polių pavaroms. Jei polių porų yra daugiau, reikšmę padalinkite iš jų skaičiaus. Pavyzdžiui, nurodytas skaičius 60 000 aps / min, todėl 6 magnetų varikliui sukimosi greitis bus 60 000 / 3 = 20 000 prm.
- Generuojamų impulsų dažnis, daugumai valdiklių šis parametras svyruoja nuo 7 iki 8 kHz, brangesni modeliai leidžia perprogramuoti parametrą padidinant iki 16 arba 32 kHz.
Atkreipkite dėmesį, kad pirmosios trys charakteristikos lemia OBD galią.
Variklio valdymas be šepetėlių
Kaip jau minėta aukščiau, pavaros apvijų perjungimas valdomas elektroniniu būdu. Vairuotojas stebi armatūros padėtį naudodamas Hall jutiklius, kad nustatytų, kada perjungti. Jei pavaroje nėra tokių detektorių, atsižvelgiama į galinį EML, atsirandantį neprijungtose statoriaus ritėse. Valdiklis, kuris iš tikrųjų yra techninės ir programinės įrangos kompleksas, stebi šiuos pokyčius ir nustato perjungimo tvarką.
Trifazis bešepetėlis nuolatinės srovės variklis
Dauguma OBD yra pagaminti iš trijų fazių. Tokiai pavarai valdyti valdiklis turi nuolatinės srovės į trifazį impulsų keitiklį (žr. 7 pav.).
7 pav. DB įtampos diagramos Norint paaiškinti, kaip veikia toks vožtuvo variklis, reikėtų atsižvelgti į 4 paveikslą kartu su 7 paveikslu, kur paeiliui pavaizduoti visi pavaros veikimo etapai. Užsirašykime juos:
- Teigiamas impulsas suteikiamas ritėms "A", o neigiamas impulsas - "B", dėl to armatūra judės. Jutikliai užfiksuos jo judėjimą ir duos signalą kitam komutavimui.
- Ritė "A" išsijungia, o teigiamas impulsas eina į "C" ("B" lieka nepakitęs), tada signalas siunčiamas į kitą impulsų rinkinį.
- Ant "C" - teigiamas, "A" - neigiamas.
- Veikia „B“ ir „A“ pora, kuri gauna teigiamus ir neigiamus impulsus.
- Teigiamas impulsas vėl taikomas "B", o neigiamas impulsas - "C".
- Ritės "A" įjungiamos (tiekiamas +) ir kartojamas neigiamas impulsas "C". Tada ciklas kartojamas.
Iš pažiūros valdymo paprastumas sukelia daug komplikacijų. Būtina ne tik sekti armatūros padėtį, kad būtų galima gaminti kitą impulsų seriją, bet ir valdyti greitį reguliuojant srovę ritėse. Be to, turėtumėte pasirinkti optimaliausius pagreičio ir lėtėjimo parametrus. Taip pat verta nepamiršti, kad valdiklyje turi būti blokas, leidžiantis valdyti jo veikimą. Tokio daugiafunkcio įrenginio išvaizda matoma 8 pav.
Ryžiai. 8. Daugiafunkcis bešepetis variklio valdiklis Privalumai ir trūkumai
Elektrinis variklis be šepetėlių turi daug privalumų, būtent:
- Tarnavimo laikas yra žymiai ilgesnis nei įprastų kolektorių.
- Didelis efektyvumas.
- Greitas maksimalaus sukimosi greičio nustatymas.
- Jis yra galingesnis nei CD.
- Kadangi veikimo metu nėra kibirkščių, pavarą galima naudoti gaisro pavojingomis sąlygomis.
- Nereikia papildomo aušinimo.
- Paprasta operacija.
Dabar pažvelkime į minusus. Reikšmingas trūkumas, ribojantis duomenų bazių naudojimą, yra gana didelė jų kaina (atsižvelgiant į vairuotojo kainą). Tarp nepatogumų yra tai, kad negalima naudotis duomenų baze be tvarkyklės, net ir trumpam įjungiant, pavyzdžiui, norint patikrinti jos veikimą. Probleminis remontas, ypač jei reikia pervynioti.
Varikliai naudojami daugelyje technologijų sričių. Kad variklio rotorius suktųsi, turi būti besisukantis magnetinis laukas. Įprastuose nuolatinės srovės varikliuose šis sukimasis atliekamas mechaniškai, naudojant šepečius, slenkančius per kolektorių. Taip susidaro kibirkštys, be to, dėl šepečių trinties ir susidėvėjimo šiems variklius reikia nuolatinės priežiūros.
Tobulėjant technologijoms atsirado galimybė elektroniniu būdu generuoti besisukantį magnetinį lauką, kuris buvo įkūnytas nuolatinės srovės varikliuose be šepetėlių (DC varikliuose).
Įrenginys ir veikimo principas
Pagrindiniai BDPT elementai yra šie:
- rotorius ant kurių pritvirtinti nuolatiniai magnetai;
- statorius ant kurio sumontuotos apvijos;
- elektroninis valdiklis.
Pagal konstrukciją toks variklis gali būti dviejų tipų:
su vidiniu rotoriumi (įvadu)
aplenkėjas
Pirmuoju atveju rotorius sukasi statoriaus viduje, o antruoju – aplink statorių.
Inrunner tipo variklis naudojamas tuo atveju, kai reikia išgauti didelį sukimosi greitį. Šio variklio standartinė konstrukcija yra paprastesnė, todėl varikliui montuoti galima naudoti stacionarų statorių.
Outrunner variklis tinka dideliam sukimo momentui esant žemiems sūkiams. Šiuo atveju variklis montuojamas naudojant fiksuotą ašį.
Inrunner tipo variklis- aukšti sūkiai, mažas sukimo momentas. Outrunner variklis- žemi apsisukimai, didelis sukimo momentas.
Nuolatinės srovės variklio polių skaičius gali būti skirtingas. Kai kurias variklio charakteristikas galima spręsti pagal polių skaičių. Pavyzdžiui, variklis su 2 polių rotoriumi turi didesnį greitį ir mažesnį sukimo momentą. Varikliai su padidintu polių skaičiumi turi didesnį sukimo momentą, bet mažesnį apsisukimų skaičių. Keičiant rotoriaus polių skaičių, galima keisti variklio greitį. Taigi gamintojas, pakeisdamas variklio konstrukciją, gali pasirinkti reikiamus variklio parametrus sukimo momento ir sūkių skaičiaus atžvilgiu.
BDPT biuras
Greičio reguliatorius, išvaizda
Norėdami valdyti variklį be šepetėlių, naudokite specialus valdiklis - variklio veleno sukimosi greičio reguliatorius nuolatinė srovė. Jo užduotis yra generuoti ir tinkamu laiku tiekti reikiamą įtampą į reikiamą apviją. Įrenginių, maitinamų iš 220 V tinklo, valdiklyje dažniausiai naudojama inverterio grandinė, kurioje srovė paverčiama 50 Hz dažniu, pirmiausia į nuolatinę srovę, o vėliau į signalus su impulsų pločio moduliacija (PWM). Statoriaus apvijų maitinimo įtampai tiekti naudojami galingi elektroniniai bipolinių tranzistorių ar kitų maitinimo elementų jungikliai.
Variklio galia ir sūkiai reguliuojami keičiant impulsų darbo ciklą, taigi ir efektyvią įtampos, tiekiamos į variklio statoriaus apvijas, vertę.
Greičio reguliatoriaus schema. K1-K6 - klavišai D1-D3 - rotoriaus padėties jutikliai (Hall jutikliai)
Svarbus klausimas yra savalaikis elektroninių raktų prijungimas prie kiekvienos apvijos. Norėdami tai užtikrinti valdiklis turi nustatyti rotoriaus padėtį ir jo greitį... Norint gauti tokią informaciją, gali būti naudojami optiniai arba magnetiniai jutikliai (pvz. Salės jutikliai), taip pat atvirkštinius magnetinius laukus.
Dažnesnis naudojimas Salės jutikliai, kuris reaguoti į magnetinio lauko buvimą... Jutikliai dedami ant statoriaus taip, kad juos veiktų rotoriaus magnetinis laukas. Kai kuriais atvejais jutikliai montuojami įrenginiuose, kurie leidžia keisti jutiklių padėtį ir atitinkamai reguliuoti laiką.
Rotoriaus greičio reguliatoriai yra labai jautrūs per jį einančios srovės stiprumui. Jei pasiimsite įkraunamą akumuliatorių, kurio išėjimo srovės stipris yra didesnis, reguliatorius perdegs! Pasirinkite tinkamą savybių derinį!
Privalumai ir trūkumai
Palyginti su įprastais varikliais, BDPT turi šiuos privalumus:
- didelis efektyvumas;
- didelio našumo;
- galimybė keisti greitį;
- jokių kibirkščiuojančių šepečių;
- žemas garsas, tiek garso, tiek aukšto dažnio diapazonuose;
- patikimumas;
- gebėjimas atlaikyti sukimo momento perkrovą;
- puikiai dydžio ir galios santykis.
Variklis be šepetėlių yra labai efektyvus. Jis gali siekti 93-95%.
Didelis aptikimo bloko mechaninės dalies patikimumas paaiškinamas tuo, kad joje naudojami rutuliniai guoliai ir nėra šepečių. Nuolatinių magnetų išmagnetinimas yra gana lėtas, ypač jei jie pagaminti naudojant retųjų žemių elementus. Kai naudojamas srovės apsaugos valdiklyje, šio įrenginio tarnavimo laikas yra gana ilgas. Tiesą sakant BCD variklio tarnavimo laikas gali būti nustatomas pagal rutulinių guolių tarnavimo laiką.
BDPT trūkumai yra valdymo sistemos sudėtingumas ir didelė kaina.
Taikymas
BDTP taikymo sritys yra šios:
- modelių kūrimas;
- vaistas;
- automobilių pramonė;
- Naftos ir dujų pramonė;
- Prietaisai;
- karinė įranga.
Naudojimas DB orlaivių modeliams suteikia didelį pranašumą galios ir matmenų atžvilgiu. Palyginus įprastą Speed-400 tipo šepetinį variklį ir tos pačios klasės Astro Flight 020 BDTP, matyti, kad pirmojo tipo variklio efektyvumas yra 40-60%. Antrojo variklio efektyvumas tomis pačiomis sąlygomis gali siekti 95%. Taigi OBD naudojimas leidžia beveik dvigubai padidinti modelio galios sekcijos galią arba jo skrydžio laiką.
Dėl mažo triukšmo ir šildymo trūkumo eksploatacijos metu BDPT plačiai naudojami medicinoje, ypač odontologijoje.
Automobiliuose tokie varikliai naudojami stiklų keltuvai, elektriniai valytuvai, priekinių žibintų plovikliai ir elektriniai sėdynių pakėlimo valdikliai.
Kolektoriaus trūkumas ir šepečių lankas leidžia naudoti DB kaip fiksavimo įtaisų elementus naftos ir dujų pramonėje.
Kaip OBD naudojimo buitiniuose prietaisuose pavyzdį galime paminėti LG tiesioginio būgninę skalbimo mašiną. Ši įmonė naudoja Outrunner tipo BJTP. Ant variklio rotoriaus yra 12 magnetų, o ant statoriaus - 36 induktoriai, kurie yra suvynioti 1 mm skersmens viela ant šerdies, pagamintos iš magnetiškai laidžio plieno. Ritės jungiamos nuosekliai, po 12 vnt. Kiekvienos fazės varža yra 12 omų. Holo jutiklis naudojamas kaip rotoriaus padėties jutiklis. Variklio rotorius pritvirtintas prie skalbimo mašinos bako.
Šis variklis plačiai naudojamas kompiuterių kietuosiuose diskuose, todėl jie yra kompaktiški, CD ir DVD įrenginiuose bei mikroelektroninių įrenginių aušinimo sistemose ir kt.
Be mažų ir vidutinių DB, dideli DBPT vis dažniau naudojami sunkiųjų apkrovų pramonėje, laivų ir karinėje pramonėje.
Didelės talpos OBD yra skirtos JAV kariniam jūrų laivynui. Pavyzdžiui, Powertec sukūrė 220 kW galios BDTP, kurio greitis siekia 2000 aps./min. Variklio sukimo momentas siekia 1080 Nm.
Be šių sričių, DB naudojami staklių, presų, plastikų apdirbimo linijų projektuose, taip pat vėjo energetikoje ir potvynio bangų energijos panaudojime.
Specifikacijos
Pagrindinės variklio charakteristikos:
- vardinė galia;
- maksimali galia;
- maksimali srovė;
- maksimali darbinė įtampa;
- Maksimalus greitis(arba Kv koeficientas);
- apvijos varža;
- švino kampas;
- darbinis režimas;
- bendros svorio charakteristikos variklis.
Pagrindinis variklio rodiklis yra jo vardinė galia, tai yra galia, kurią variklis sukuria ilgą veikimo laiką.
Didžiausia galia– Tai galia, kurią variklis gali duoti per trumpą laiką nesugriuvęs. Pavyzdžiui, aukščiau minėtam Astro Flight 020 varikliui be šepetėlių jis yra 250 vatų.
Didžiausia srovė... Astro Flight 020 atveju jis yra 25 A.
Maksimali darbinė įtampa- įtampa, kurią gali atlaikyti variklio apvijos. Astro Flight 020 darbinė įtampa yra nuo 6 iki 12 V.
Maksimalus variklio greitis... Kartais pase nurodomas Kv koeficientas – variklio apsisukimų skaičius volte. „Astro Flight“ 020 Kv = 2567 aps./min. Šiuo atveju didžiausią greitį galima nustatyti padauginus šį koeficientą iš didžiausios darbinės įtampos.
Paprastai apvijos varža varikliams tai yra dešimtosios arba tūkstantosios omų dalys. „Astro Flight 020“ atveju R = 0,07 omo. Šis pasipriešinimas turi įtakos BDPT efektyvumui.
Švino kampas reiškia apvijų įtampų perjungimo pažangą. Tai siejama su indukciniu apvijos pasipriešinimo pobūdžiu.
Veikimo režimas gali būti ilgalaikis arba trumpalaikis. Ilgai dirbant variklis gali veikti ilgai. Tokiu atveju jo sukurta šiluma visiškai išsisklaido ir ji neperkaista. Šiuo režimu varikliai veikia, pavyzdžiui, ventiliatoriuose, konvejeriuose ar eskalatoriuose. Trumpojo laiko režimas naudojamas tokiems įrenginiams kaip liftas, elektrinis skustuvas. Tokiais atvejais variklis veikia trumpai, o po to ilgai vėsta.
Variklio pase nurodyti jo matmenys ir svoris. Be to, pavyzdžiui, varikliams, skirtiems orlaivių modeliams, pateikiami tūpimo matmenys ir veleno skersmuo. Visų pirma pateikiamos šios „Astro Flight 020“ variklio specifikacijos:
- ilgis yra 1,75 ";
- skersmuo yra 0,98 ";
- veleno skersmuo yra 1/8 ”;
- svoris yra 2,5 uncijos.
Išvados:
- Modeliuojant įvairiuose techniniuose gaminiuose, pramonėje ir gynybos technikoje naudojami BDPT, kuriuose elektronine grandine sukuriamas besisukantis magnetinis laukas.
- Pagal savo konstrukciją BDPT gali būti su vidiniu (inrunner) ir išoriniu (outrunner) rotoriaus išdėstymu.
- Palyginti su kitais varikliais, BDPT turi daug privalumų, iš kurių pagrindiniai yra šepečių ir lanko nebuvimas, didelis efektyvumas ir didelis patikimumas.
