program educațional și design „motoare fără perii”. Motoare DC fără perii. Design motor fără perii Motor fără perii DIY

Unul dintre motivele pentru care designerii își manifestă interesul pentru motoarele electrice fără perii este nevoia de motoare de mare viteză și dimensiuni reduse. Mai mult, aceste motoare au o poziționare foarte precisă. Designul are un rotor mobil și un stator staționar. Rotorul conține un magnet permanent sau mai mulți situati într-o anumită secvență. Statorul conține bobine care creează un câmp magnetic.

Mai trebuie remarcată o caracteristică - motoarele electrice fără perii pot avea o armătură situată atât în ​​interior, cât și în exterior. Prin urmare, cele două tipuri de design pot avea aplicații specifice în domenii diferite. Când armătura este amplasată în interior, este posibil să se realizeze o viteză de rotație foarte mare, astfel încât astfel de motoare funcționează foarte bine în proiectarea sistemelor de răcire. Dacă este instalată o unitate cu rotor extern, se poate obține o poziționare foarte precisă, precum și o rezistență ridicată la suprasarcini. Foarte des, astfel de motoare sunt folosite în robotică, echipamente medicale și în mașini-unelte cu control al programului de frecvență.

Cum funcționează motoarele

Pentru a conduce rotorul unui motor de curent continuu fără perii, trebuie utilizat un microcontroler special. Nu poate fi rulat în același mod ca o mașină sincronă sau asincronă. Folosind un microcontroler, este posibil să porniți înfășurările motorului, astfel încât direcțiile vectorilor câmpului magnetic de pe stator și armătură să fie ortogonale.

Cu alte cuvinte, cu ajutorul unui driver este posibil să se regleze care acționează asupra rotorului unui motor fără perii. Pentru a muta armătura, este necesar să se efectueze comutația corectă în înfășurările statorului. Din nefericire, nu este posibil să se ofere un control fluid al rotației. Dar puteți crește foarte repede rotorul motorului electric.

Diferențele dintre motoarele cu perii și cele fără perii

Principala diferență este că la motoarele electrice fără perii pentru modele nu există înfășurare pe rotor. În cazul motoarelor electrice cu comutator, pe rotoarele acestora există înfășurări. Dar magneții permanenți sunt instalați pe partea staționară a motorului. În plus, pe rotor este instalat un colector special conceput, la care sunt conectate perii de grafit. Cu ajutorul lor, tensiunea este furnizată înfășurării rotorului. Principiul de funcționare al unui motor electric fără perii este, de asemenea, semnificativ diferit.

Cum funcționează o mașină de colectare?

Pentru a porni un motor de comutator, va trebui să aplicați tensiune înfășurării de câmp, care este situată direct pe armătură. În acest caz, se formează un câmp magnetic constant, care interacționează cu magneții de pe stator, în urma căruia armătura și colectorul atașat la acesta se rotesc. În acest caz, puterea este furnizată următoarei înfășurări și ciclul se repetă.

Viteza de rotație a rotorului depinde direct de cât de intens este câmpul magnetic, iar această din urmă caracteristică depinde direct de mărimea tensiunii. Prin urmare, pentru a crește sau a micșora viteza de rotație, este necesară modificarea tensiunii de alimentare.

Pentru a implementa inversarea, trebuie doar să schimbați polaritatea conexiunii motorului. Pentru un astfel de control, nu este nevoie să utilizați microcontrolere speciale; puteți modifica viteza de rotație folosind un rezistor variabil obișnuit.

Caracteristicile mașinilor fără perii

Dar controlul unui motor electric fără perii este imposibil fără utilizarea unor controlere speciale. Pe baza acestui fapt, putem concluziona că motoarele de acest tip nu pot fi folosite ca generator. Pentru eficiența controlului, poziția rotorului poate fi monitorizată folosind mai mulți senzori Hall. Cu ajutorul unor astfel de dispozitive simple, este posibilă îmbunătățirea semnificativă a performanței, dar costul motorului electric va crește de câteva ori.

Pornirea motoarelor fără perii

Nu are rost să faci singur microcontrolere; o opțiune mult mai bună ar fi să cumperi unul gata făcut, deși unul chinezesc. Dar trebuie să respectați următoarele recomandări atunci când alegeți:

1. Respectați curentul maxim admisibil. Acest parametru va fi cu siguranță util pentru diferite tipuri de funcționare a unității. Caracteristica este adesea indicată de producători direct în numele modelului. Foarte rar sunt indicate valorile caracteristice modurilor de vârf, în care microcontrolerul nu poate funcționa mult timp.
2. Pentru funcționarea continuă, este necesar să se țină cont de tensiunea maximă de alimentare.
3. Asigurați-vă că țineți cont de rezistența tuturor circuitelor interne ale microcontrolerului.
4. Este imperativ să țineți cont de numărul maxim de rotații care este tipic pentru funcționarea acestui microcontroler. Vă rugăm să rețineți că nu va putea crește viteza maximă, deoarece limitarea se face la nivel de software.
5. Modelele ieftine de dispozitive cu microcontroler au impulsuri în intervalul 7...8 kHz. Copiile scumpe pot fi reprogramate, iar acest parametru crește de 2-4 ori.

Încercați să selectați microcontrolere în funcție de toți parametrii, deoarece acestea afectează puterea pe care o poate dezvolta motorul electric.

Cum se realizează managementul?

Unitatea de control electronică permite comutarea înfășurărilor de antrenare. Pentru a determina momentul de comutare, șoferul monitorizează poziția rotorului folosind un senzor Hall instalat pe unitate.

Dacă nu există astfel de dispozitive, este necesar să citiți tensiunea inversă. Este generat în bobine statorice care nu sunt conectate la un moment dat. Controlerul este un complex hardware și software; vă permite să monitorizați toate modificările și să setați ordinea de comutare cât mai precis posibil.

Motoare trifazate fără perii

O mulțime de motoare electrice fără perii pentru modelele de avioane sunt alimentate de curent continuu. Dar există și unități trifazate în care sunt instalate convertoare. Ele vă permit să faceți impulsuri trifazate din tensiune continuă.

Lucrarea decurge astfel:

1. Bobina „A” primește impulsuri cu o valoare pozitivă. Pe bobina „B” - cu o valoare negativă. Ca urmare, ancora va începe să se miște. Senzorii înregistrează deplasarea și un semnal este trimis controlerului pentru a efectua următoarea comutare.
2. Bobina „A” este oprită și un impuls pozitiv este trimis către înfășurarea „C”. Comutarea înfășurării „B” nu se modifică.
3. Un impuls pozitiv este trimis la bobina „C”, iar un impuls negativ este trimis la „A”.
4. Apoi perechea „A” și „B” intră în funcțiune. Le sunt furnizate valori pozitive negative ale impulsurilor, respectiv.
5. Apoi pulsul pozitiv merge din nou la bobina „B”, iar pulsul negativ la „C”.
6. În ultima etapă, bobina „A” este pornită, la care este primit un impuls pozitiv, iar unul negativ merge la C.

Și după aceea, întregul ciclu se repetă.

Beneficiile utilizării

Este dificil să faci un motor electric fără perii cu propriile mâini, iar implementarea controlului microcontrolerului este aproape imposibilă. Prin urmare, cel mai bine este să utilizați modele industriale gata făcute. Dar asigurați-vă că țineți cont de avantajele pe care le primește unitatea atunci când utilizați motoare electrice fără perii:

1. Durată de viață semnificativ mai lungă decât mașinile de colectare.
2. Nivel ridicat de eficiență.
3. Puterea este mai mare decât cea a motoarelor cu comutator.
4. Viteza de rotație crește mult mai rapid.
5. În timpul funcționării nu se generează scântei, astfel încât acestea pot fi utilizate în medii cu risc ridicat de incendiu.
6. Operare foarte simplă a unității.
7. În timpul funcționării, nu este nevoie să folosiți componente suplimentare pentru răcire.

Printre dezavantaje, putem evidenția costul foarte mare, dacă luăm în calcul și prețul controlerului. Nu va fi posibilă pornirea unui astfel de motor electric nici măcar pentru scurt timp pentru a-i verifica funcționalitatea. În plus, repararea unor astfel de motoare este mult mai dificilă datorită caracteristicilor lor de proiectare.

Principiul de funcționare al unui motor de curent continuu fără perii (BCDC) este cunoscut de foarte mult timp, iar motoarele fără perii au reprezentat întotdeauna o alternativă interesantă la soluțiile tradiționale. În ciuda acestui fapt, astfel de mașini electrice au găsit o utilizare pe scară largă în tehnologie abia în secolul al XXI-lea. Factorul decisiv pentru implementarea pe scară largă a fost reducerea multiplă a costului electronicii de control al acționării BDKP.

Probleme cu motoarele cu perii

La un nivel fundamental, sarcina oricărui motor electric este să transforme energia electrică în energie mecanică. Există două fenomene fizice principale care stau la baza proiectării mașinilor electrice:

Motorul este proiectat în așa fel încât câmpurile magnetice create pe fiecare dintre magneți interacționează întotdeauna între ele, dând rotirea rotorului. Un motor de curent continuu tradițional este format din patru părți principale:

• stator (un element staționar cu un inel de magneți);
• armătură (element rotativ cu înfășurări);
• perii de cărbune;
• colector.

Acest design prevede rotirea armăturii și a comutatorului pe același arbore în raport cu periile staționare. Curentul trece de la sursă prin perii, încărcate cu arc pentru un bun contact, către comutator, care distribuie electricitatea între înfășurările armăturii. Câmpul magnetic indus în acesta din urmă interacționează cu magneții statori, ceea ce face ca statorul să se rotească.

Principalul dezavantaj al unui motor tradițional este că contactul mecanic pe perii nu poate fi realizat fără frecare. Pe măsură ce viteza crește, problema devine mai pronunțată. Unitatea de colectare se uzează în timp și, în plus, este predispusă la scântei și este capabilă să ionizeze aerul din jur. Astfel, în ciuda simplității și a costului scăzut de producție, Astfel de motoare electrice au câteva dezavantaje insurmontabile:

• uzura periei;
• zgomot electric datorat arcului electric;
• restricții de viteză maximă;
• dificultăți la răcirea unui electromagnet rotativ.

Apariția tehnologiei procesoarelor și a tranzistorilor de putere a permis proiectanților să abandoneze unitatea de comutare mecanică și să schimbe rolul rotorului și al statorului într-un motor electric de curent continuu.

Principiul de funcționare al BDKP

Într-un motor electric fără perii, spre deosebire de predecesorul său, rolul unui comutator mecanic este jucat de un convertor electronic. Acest lucru permite implementarea unui circuit BDKP „din interior” - înfășurările sale sunt situate pe stator, ceea ce elimină necesitatea unui colector.

Cu alte cuvinte, principala diferență fundamentală dintre un motor clasic și un BDKP este că, în loc de magneți staționari și bobine rotative, acestea din urmă constă din înfășurări staționare și magneți rotativi. În ciuda faptului că comutarea în sine are loc într-un mod similar, implementarea sa fizică în unitățile fără perii este mult mai complexă.

Problema principală este controlul precis al motorului fără perii, care implică succesiunea și frecvența corectă de comutare a secțiunilor individuale de înfășurare. Această problemă este rezolvabilă constructiv numai dacă este posibilă determinarea continuă a poziției curente a rotorului.

Datele necesare prelucrarii electronice se obtin in doua moduri:

• detectarea poziției absolute a arborelui;
• prin măsurarea tensiunii induse în înfăşurările statorului.

Pentru a implementa controlul în primul mod, se folosesc cel mai des fie perechi optice, fie senzori Hall montați fix pe stator, care răspund la fluxul magnetic al rotorului. Principalul avantaj al unor astfel de sisteme de colectare a informațiilor despre poziția arborelui este performanța lor chiar și la viteze foarte mici și în repaus.

Controlul fără senzor necesită cel puțin o rotație minimă a rotorului pentru a evalua tensiunea din bobine. Prin urmare, în astfel de proiecte, este prevăzut un mod de pornire a motorului la viteze la care poate fi estimată tensiunea de pe înfășurări, iar starea de repaus este testată prin analizarea influenței câmpului magnetic asupra impulsurilor de curent de testare care trec prin bobine.

În ciuda tuturor dificultăților de proiectare enumerate, motoarele fără perii câștigă o popularitate din ce în ce mai mare datorită performanței lor și a unui set de caracteristici inaccesibile pentru motoarele cu perii. O listă scurtă a principalelor avantaje ale BDKP față de cele clasice arată astfel:

• nicio pierdere de energie mecanică din cauza frecării periei;
• funcționare relativ silențioasă;
• ușurința de accelerare și decelerare a rotației datorită inerției scăzute a rotorului;
• control de precizie a rotației;
• posibilitatea de a organiza racirea datorita conductibilitatii termice;
• capacitatea de a lucra la viteze mari;
• durabilitate si fiabilitate.

Aplicații și perspective curente

Există multe dispozitive pentru care creșterea timpului de funcționare este critică. În astfel de echipamente, utilizarea BDKP este întotdeauna justificată, în ciuda costului lor relativ ridicat. Acestea pot fi pompe de apă și combustibil, turbine de răcire pentru aparate de aer condiționat și motoare etc. Motoarele fără perii sunt folosite în multe modele de vehicule electrice. În prezent, industria auto a început serios să acorde atenție motoarelor fără perii.

BDKP-urile sunt ideale pentru transmisii mici care funcționează în condiții dificile sau cu mare precizie: alimentatoare și transportoare cu bandă, roboți industriali, sisteme de poziționare. Sunt zone in care motoarele brushless domina fara alternativa: hard disk-uri, pompe, ventilatoare silentioase, electrocasnice mici, unitati CD/DVD. Greutatea redusă și puterea mare au făcut ca BDKP să fie, de asemenea, baza pentru producția de unelte de mână moderne fără fir.

Se poate spune că acum se fac progrese semnificative în domeniul acționărilor electrice. Scăderea continuă a prețurilor la electronicele digitale a dat naștere unei tendințe spre utilizarea pe scară largă a motoarelor fără perii în locul celor tradiționale.

Acest articol descrie în detaliu procesul de derulare a unui motor electric fără perii acasă. La prima vedere, acest proces poate părea laborios și consumatoare de timp, dar dacă vă dați seama, numai rebobinarea motorului nu va dura mai mult de o oră.
Motorul a fost prins în derulare înapoi

Materiale:
- Sârmă (0,3 mm)
- Lac
- Termocontractabil (2 mm si 5 mm)

Instrumente:
- Foarfece
- Dispozitive de tăiat sârmă
- Ciocan de lipit
- Lipire și acid
- Hârtie abrazivă (pilă cu ac)
- Mai usoara

Pasul 1. Pregătirea motorului și a firului.

Scoateți șaiba de blocare de pe arborele motorului și scoateți statorul.

Desfacem vechea înfășurare de la stator. Recomand să numărați numărul de spire pe un dinte. Diametrul firului vechi poate fi găsit prin înfășurarea a 10 spire pe un creion, măsurând lățimea acestei înfășurări cu o riglă și împărțind la 10.

Examinăm cu atenție dinții statorului pentru abraziuni ale smalțului protector. Dacă este necesar, acoperiți-le cu lac (puteți folosi chiar și oja).

Numerotăm dinții statorului cu un pix sau un marker pentru discuri, pentru a nu încurca sau înfășura firul pe dinte greșit.

În acest caz, un fir cu un diametru de 0,3 mm va fi înfășurat în două fire de 16 spire pe dinte. Este vorba de aproximativ 50 cm de sârmă pliată în jumătate pe dinte + 20 cm pentru cabluri.

Deoarece un fir se înfășoară pe 4 dinți cu două fire și există doar 12 dinți, avem nevoie de trei fire duble de aproximativ 2,5 metri lungime. Este mai bine să ai un dinte de rezervă decât să nu ai destule câteva ture pentru ultimul dinte.

Pasul 2: Înfășurarea dinților statorului.

Înfășurarea va fi împărțită în trei etape, în funcție de numărul de fire. Pentru a evita să te încurci în bornele firului, le poți marca cu bucăți de bandă electrică sau bandă adezivă cu inscripții.

Nu atașez în mod deliberat fotografii separate ale fiecărui dinte înfășurat - schemele de culori vor spune și vor arăta mult mai multe.

Firul #1:

Schema de înfăşurare

Lăsați aproximativ 10 cm de sârmă pentru a crea cablul (S1).
Înfășurăm primul fir (portocaliu în diagramă) în jurul dintelui №2 în sensul acelor de ceasornic săgeată. Cu cât spirele sunt mai strânse și mai fine, cu atât mai multe spire se vor potrivi pe dinții statorului.
După ce am înfășurat 16 spire, punem firul pe dinte №1 și mulinetă în sens invers acelor de ceasornic săgețile sunt tot 16 ture.

№7 și vântul 16 spire în sensul acelor de ceasornic săgeată.
№8 și vântul 16 spire în sens invers acelor de ceasornic săgeți.
Lăsați 10 cm de sârmă pentru a crea borna (E1), restul poate fi tăiat.
Gata, primul fir este bobinat.

Firul #2:

Schema de înfăşurare

Lăsați aproximativ 10 cm de sârmă pentru a crea cablul (S2).
Înfășurăm 16 spire ale celui de-al doilea fir (verde în diagramă) pe dinte №6 în sensul acelor de ceasornic săgeată.
Întindem firul pe dinte №5 și vântul 16 spire în sens invers acelor de ceasornic săgeți.
Apoi întindem firul până la dinte №11 și vântul 16 spire în sensul acelor de ceasornic săgeată.
Apoi punem firul pe dinte №12 și vântul 16 spire în sens invers acelor de ceasornic săgeți.
Lăsați 10 cm de sârmă pentru a crea borna (E2), tăiați restul.
Al doilea fir este înfăşurat.

Firul #3:

Schema de înfăşurare

Lăsați aproximativ 10 cm de sârmă pentru a crea cablul (S3).
Înfășurăm 16 spire ale celui de-al doilea fir (albastru în diagramă) pe dinte №10 în sensul acelor de ceasornic săgeată.
Întindem firul pe dinte №9 și vântul 16 spire în sens invers acelor de ceasornic săgeți.
Apoi întindem firul până la dinte №3 și vântul 16 spire în sensul acelor de ceasornic săgeată.
Apoi punem firul pe dinte №4 și vântul 16 spire în sens invers acelor de ceasornic săgeți.
Lăsați 10 cm de sârmă pentru a crea borna (E3), tăiați restul.
Al treilea fir este înfășurat.

Pasul 3. Conectarea cablurilor de bobinare.

Schema de conectare

Pin S1 și E2 (dinți №2 Și №12 ) răsuciți la baza dinților, făcând o coadă de 5-7 cm lungime.
În mod similar, răsucim bornele S2 și E3 (dinți №6 Și №4 ), precum și concluziile S3 și E1 (dinți №10 Și №8 )

Întindem termocontractia subțire pe toată lungimea și până la bază pe terminale. Apoi încălziți-l ușor cu o brichetă.

Asamblam cele trei terminale rezultate împreună și le strângem cu termocontractare cu un diametru mai mare, întinzându-l până la bază.

Echipamente de uz casnic și medical, modelare aeronave, dispozitive de închidere a conductelor pentru conducte de gaz și petrol - aceasta nu este o listă completă a domeniilor de aplicare a motoarelor cu curent continuu fără perii (BD). Să ne uităm la proiectarea și principiul de funcționare al acestor actuatoare electromecanice pentru a înțelege mai bine avantajele și dezavantajele acestora.

Informații generale, dispozitiv, domeniul de aplicare

Unul dintre motivele interesului pentru BD este nevoia crescută de micromotoare de mare viteză cu poziționare precisă. Structura internă a acestor unități este prezentată în Figura 2.

Orez. 2. Design motor fără perii

După cum puteți vedea, designul constă dintr-un rotor (armatură) și un stator, primul are un magnet permanent (sau mai mulți magneți dispuși într-o anumită ordine), iar al doilea este echipat cu bobine (B) pentru a crea un câmp magnetic .

Este de remarcat faptul că aceste mecanisme electromagnetice pot fi fie cu o armătură internă (acest tip de design poate fi văzut în Figura 2) fie externă (vezi Figura 3).

Orez. 3. Design Outrunner

În consecință, fiecare dintre modele are un domeniu de aplicare specific. Dispozitivele cu armătură internă au o viteză mare de rotație, deci sunt folosite în sisteme de răcire, ca centrale electrice pentru drone etc. Actuatoarele cu rotor extern sunt utilizate acolo unde sunt necesare poziționare precisă și rezistență la cuplu (robotică, echipamente medicale, mașini CNC etc.).

Principiul de funcționare

Spre deosebire de alte unități, de exemplu, o mașină asincronă AC, BD necesită un controler special pentru a funcționa, care pornește înfășurările în așa fel încât vectorii câmpurilor magnetice ale armăturii și statorului să fie ortogonali unul față de celălalt. Adică, în esență, dispozitivul de antrenare reglează cuplul care acționează asupra armăturii DB. Acest proces este clar demonstrat în Figura 4.

După cum puteți vedea, pentru fiecare mișcare a armăturii este necesară efectuarea unei anumite comutații în înfășurarea statorului a unui motor de tip fără perii. Acest principiu de funcționare nu permite controlul lin al rotației, dar face posibilă obținerea rapidă a impulsului.

Diferențele dintre motoarele cu perii și cele fără perii

Unitatea de tip colector diferă de BD atât prin caracteristicile de proiectare (vezi Fig. 5.), cât și prin principiul de funcționare.

Orez. 5. A – motor cu perii, B – fără perii

Să ne uităm la diferențele de design. Din Figura 5 se poate observa că rotorul (1 în Fig. 5) al unui motor de tip comutator, spre deosebire de unul fără perii, are bobine cu un circuit simplu de înfășurare, iar magneții permanenți (de obicei doi) sunt instalați pe stator (2). în Fig. 5). În plus, pe arbore este instalat un comutator, la care sunt conectate perii, furnizând tensiune înfășurărilor armăturii.

Să vorbim pe scurt despre principiul de funcționare al mașinilor de colectare. Când se aplică tensiune uneia dintre bobine, aceasta este excitată și se formează un câmp magnetic. Interacționează cu magneții permanenți, acest lucru face ca armătura și colectorul plasat pe ea să se rotească. Ca rezultat, puterea este furnizată celeilalte înfășurări și ciclul se repetă.

Frecvența de rotație a unei armături de acest design depinde direct de intensitatea câmpului magnetic, care, la rândul său, este direct proporțional cu tensiunea. Adică pentru a crește sau a micșora viteza, este suficient să crești sau să scazi nivelul de putere. Și pentru a inversa este necesar să schimbați polaritatea. Această metodă de control nu necesită un controler special, deoarece regulatorul de viteză poate fi realizat pe baza unui rezistor variabil, iar un comutator obișnuit va funcționa ca un invertor.

Am discutat despre caracteristicile de proiectare ale motoarelor fără perii în secțiunea anterioară. După cum vă amintiți, conectarea lor necesită un controler special, fără de care pur și simplu nu vor funcționa. Din același motiv, aceste motoare nu pot fi folosite ca generator.

De asemenea, este de remarcat faptul că la unele acţionări de acest tip, pentru un control mai eficient, poziţiile rotorului sunt monitorizate cu ajutorul senzorilor Hall. Acest lucru îmbunătățește semnificativ caracteristicile motoarelor fără perii, dar crește costul unui design deja scump.

Cum să pornești un motor fără perii?

Pentru ca unitățile de acest tip să funcționeze, veți avea nevoie de un controler special (vezi Fig. 6). Fără el, lansarea este imposibilă.

Orez. 6. Controlere de motoare fără perii pentru modelare

Nu are rost să asamblați singur un astfel de dispozitiv; va fi mai ieftin și mai fiabil să cumpărați unul gata făcut. Îl puteți selecta pe baza următoarelor caracteristici caracteristice driverelor de canal PWM:

• Intensitatea maximă admisă a curentului, această caracteristică este dată pentru funcționarea normală a dispozitivului. Destul de des, producătorii indică acest parametru în numele modelului (de exemplu, Phoenix-18). În unele cazuri, este dată o valoare pentru un mod de vârf pe care controlerul îl poate menține timp de câteva secunde.
• Tensiune nominală maximă pentru funcționare continuă.
• Rezistența circuitelor interne ale controlerului.
• Viteza admisă este indicată în rpm. Dincolo de această valoare, controlerul nu va permite creșterea rotației (limitarea este implementată la nivel de software). Vă rugăm să rețineți că viteza este întotdeauna dată pentru acționările cu doi poli. Dacă există mai multe perechi de poli, împărțiți valoarea la numărul lor. De exemplu, este indicat numărul 60000 rpm, prin urmare, pentru un motor 6-magnetic viteza de rotație va fi 60000/3=20000 prm.
• Frecvența impulsurilor generate, pentru majoritatea controlerelor acest parametru variază de la 7 la 8 kHz; modelele mai scumpe vă permit să reprogramați parametrul, crescându-l la 16 sau 32 kHz.

Vă rugăm să rețineți că primele trei caracteristici determină puterea bazei de date.

Controlul motorului fără perii

După cum sa menționat mai sus, comutarea înfășurărilor de antrenare este controlată electronic. Pentru a determina când să comute, șoferul monitorizează poziția armăturii folosind senzori Hall. Dacă unitatea nu este echipată cu astfel de detectoare, atunci se ia în considerare EMF din spate care apare în bobinele statorului neconectate. Controlerul, care este în esență un complex hardware-software, monitorizează aceste modificări și stabilește ordinea de comutare.

Motor trifazat fără perii de curent continuu

Majoritatea bazelor de date sunt implementate în trei faze. Pentru a controla o astfel de unitate, controlerul are un convertor de impulsuri CC la trifazat (vezi Fig. 7).

Figura 7. Diagrame de tensiune OBD

Pentru a explica cum funcționează un astfel de motor de supapă, împreună cu Figura 7, ar trebui să luați în considerare Figura 4, care arată, la rândul său, toate etapele funcționării unității. Să le scriem:

1. Un impuls pozitiv este aplicat bobinelor „A”, în timp ce un impuls negativ este aplicat lui „B”, ca urmare armătura se mișcă. Senzorii vor înregistra mișcarea acestuia și vor trimite un semnal pentru următoarea comutare.
2. Bobina „A” este oprită, iar un impuls pozitiv ajunge la „C” („B” rămâne neschimbat), apoi un semnal este trimis la următorul set de impulsuri.
3. „C” este pozitiv, „A” este negativ.
4. Funcționează o pereche de „B” și „A”, care primesc impulsuri pozitive și negative.
5. Un puls pozitiv este reaplicat la „B”, iar un puls negativ la „C”.
6. Bobinele „A” sunt pornite (+ este furnizat) și pulsul negativ pe „C” se repetă. Apoi ciclul se repetă.

În aparenta simplitate a controlului există o mulțime de dificultăți. Este necesar nu numai monitorizarea poziției armăturii pentru a produce următoarea serie de impulsuri, ci și controlul vitezei de rotație prin reglarea curentului din bobine. În plus, ar trebui să selectați cei mai optimi parametri pentru accelerare și frânare. De asemenea, merită să ne amintim că controlerul trebuie să fie echipat cu o unitate care vă permite să controlați funcționarea acestuia. Aspectul unui astfel de dispozitiv multifuncțional poate fi văzut în Figura 8.

Orez. 8. Controler de control al motorului fără perii multifuncțional

Avantaje și dezavantaje

Motorul electric fără perii are multe avantaje și anume:

• Durata de viață este semnificativ mai lungă decât cea a analogilor de colector convenționali.
• Eficiență ridicată.
• Setați rapid viteza maximă de rotație.
• Este mai puternic decât CD-ul.
• Absența scânteilor în timpul funcționării permite utilizarea unității în condiții periculoase de incendiu.
• Nu necesită răcire suplimentară.
• Ușor de folosit.

Acum să ne uităm la minusuri. Un dezavantaj semnificativ care limitează utilizarea bazelor de date este costul relativ ridicat al acestora (inclusiv prețul șoferului). Printre inconveniente se numără incapacitatea de a utiliza baza de date fără driver, chiar și pentru activarea pe termen scurt, de exemplu, pentru a verifica funcționalitatea acesteia. Reparații problematice, mai ales dacă este necesară rebobinarea.

Motoarele sunt folosite în multe domenii ale tehnologiei. Pentru ca rotorul motorului să se rotească, trebuie să existe un câmp magnetic rotativ. La motoarele de curent continuu convenționale, această rotație este realizată mecanic folosind perii care alunecă de-a lungul unui comutator. În acest caz, apar scântei și, în plus, din cauza frecării și uzurii periilor, astfel de motoare necesită întreținere constantă.

Datorită dezvoltării tehnologiei, a devenit posibilă generarea electronică a unui câmp magnetic rotativ, care a fost încorporat în motoarele de curent continuu fără perii (BLDC).

Dispozitiv și principiu de funcționare

Elementele principale ale BDPT sunt:

• rotor, pe care sunt montați magneți permanenți;
• stator, pe care sunt instalate înfășurările;
• controler electronic.

Prin proiectare, un astfel de motor poate fi de două tipuri:

cu aranjament intern al rotorului (inrunner)

cu aranjament extern rotor (outrunner)

În primul caz, rotorul se rotește în interiorul statorului, iar în al doilea, rotorul se rotește în jurul statorului.

Motor de tip Inrunner folosit atunci când este necesar să se obţină viteze mari de rotaţie. Acest motor are un design standard mai simplu care permite utilizarea unui stator fix pentru a monta motorul.

Motor de tip Outrunner Potrivit pentru obținerea unui cuplu mare la viteze mici. În acest caz, motorul este montat folosind o axă fixă.

Motor de tip Inrunner- viteza mare, cuplu redus. Motor de tip Outrunner- viteză mică, cuplu mare.

Numărul de poli într-un BLDC poate fi diferit. După numărul de poli se pot aprecia unele caracteristici ale motorului. De exemplu, un motor cu un rotor cu 2 poli are un număr mai mare de rotații și un cuplu redus. Motoarele cu un număr crescut de poli au un cuplu mai mare, dar mai puține rotații. Schimbând numărul de poli ai rotorului, puteți modifica turația motorului. Astfel, prin modificarea designului motorului, producătorul poate selecta parametrii necesari ai motorului în ceea ce privește cuplul și turația.

Control BDPT

Controler de viteză, aspect

Folosit pentru a controla un motor fără perii controler special - regulator de turație a arborelui motor curent continuu. Sarcina sa este de a genera și furniza tensiunea necesară înfășurării dorite la momentul potrivit. Controlerul pentru dispozitive alimentate de o rețea de 220 V utilizează cel mai adesea un circuit invertor, în care curentul cu o frecvență de 50 Hz este convertit mai întâi în curent continuu și apoi în semnale cu modulație de lățime a impulsului (PWM). Pentru a furniza tensiune de alimentare înfășurărilor statorului, se folosesc comutatoare electronice puternice pe tranzistoare bipolare sau alte elemente de putere.

Puterea și turația motorului sunt reglate prin modificarea ciclului de lucru al impulsurilor și, în consecință, prin valoarea efectivă a tensiunii furnizate înfășurărilor statorice ale motorului.

Schema schematică a regulatorului de viteză. K1-K6 - chei D1-D3 - senzori de poziție a rotorului (senzori Hall)

O problemă importantă este conectarea în timp util a cheilor electronice la fiecare înfășurare. Pentru a asigura acest lucru controlerul trebuie să determine poziția rotorului și viteza acestuia. Pentru a obține astfel de informații, pot fi utilizați senzori optici sau magnetici (de exemplu, Senzori Hall), precum și câmpurile magnetice inverse.

Utilizare mai comună Senzori Hall, care reacționează la prezența unui câmp magnetic. Senzorii sunt așezați pe stator în așa fel încât să fie afectați de câmpul magnetic al rotorului. În unele cazuri, senzorii sunt instalați în dispozitive care vă permit să schimbați poziția senzorilor și, în consecință, să reglați sincronizarea.

Regulatoarele de viteză ale rotorului sunt foarte sensibile la puterea curentului care trece prin el. Dacă selectați o baterie reîncărcabilă cu o ieșire de curent mai mare, regulatorul se va arde! Alegeți combinația potrivită de caracteristici!

Avantaje și dezavantaje

În comparație cu motoarele BLDC convenționale, acestea au următoarele avantaje:

• Eficiență ridicată;
• performanta ridicata;
• posibilitatea de a modifica viteza de rotatie;
• fără perii care fac scântei;
• zgomote mici, atât în ​​domeniul audio, cât și în domeniul de înaltă frecvență;
• fiabilitate;
• capacitatea de a rezista la suprasarcinile de cuplu;
• excelent raportul dintre dimensiuni și putere.

Motorul fără perii este foarte eficient. Poate ajunge la 93-95%.

Fiabilitatea ridicată a părții mecanice a BD se explică prin faptul că folosește rulmenți cu bile și nu există perii. Demagnetizarea magneților permanenți are loc destul de lent, mai ales dacă aceștia sunt realizati folosind elemente de pământuri rare. Când este utilizat într-un controler de protecție a curentului, durata de viață a acestei unități este destul de lungă. De fapt Durata de viață a motorului BLDC poate fi determinată de durata de viață a rulmenților cu bile.

Dezavantajele BLDC sunt complexitatea sistemului de control și costul ridicat.

Aplicație

Domeniile de aplicare ale BDTP sunt următoarele:

• crearea de modele;
• medicament;
• industria auto;
• Industria petrolului și gazelor;
• Aparate;
• echipament militar.

Utilizare Baza de date pentru modele de aeronave oferă un avantaj semnificativ în putere și dimensiune. O comparație între un motor de comutator convențional de tip Speed-400 și un Astro Flight 020 BDTP din aceeași clasă arată că primul tip de motor are o eficiență de 40-60%. Eficiența celui de-al doilea motor în aceleași condiții poate ajunge la 95%. Astfel, utilizarea unei baze de date face posibilă creșterea puterii părții de putere a modelului sau a timpului său de zbor de aproape 2 ori.

Datorită zgomotului scăzut și lipsei de încălzire în timpul funcționării, BLDC-urile sunt utilizate pe scară largă în medicină, în special în stomatologie.

În mașini, astfel de motoare sunt utilizate în ridicătoare de geamuri, ștergătoare electrice de parbriz, spălători de faruri și comenzi electrice pentru ridicarea scaunelor.

Fără comutator sau scânteie de perie permite utilizarea bazelor de date ca elemente ale dispozitivelor de blocare în industria petrolului și gazelor.

Ca exemplu de utilizare a BD în aparatele de uz casnic, putem remarca mașina de spălat cu acționare directă a tamburului de la LG. Această companie folosește un RDU de tip Outrunner. Pe rotorul motorului sunt 12 magneți și 36 inductoare pe stator, care sunt înfășurate cu un fir cu diametrul de 1 mm pe miezuri din oțel conductiv magnetic. Bobinele sunt conectate în serie, câte 12 bucăți pe fază. Rezistența fiecărei faze este de 12 ohmi. Un senzor Hall este utilizat ca senzor de poziție a rotorului. Rotorul motorului este atașat la cuva mașinii de spălat.

Acest motor este utilizat pe scară largă în hard disk-urile pentru computere, ceea ce le face compacte, în unități CD și DVD și sisteme de răcire pentru dispozitive micro-electronice și multe altele.

Împreună cu BD-urile de putere mică și medie, motoarele BLDC mari sunt din ce în ce mai folosite în industriile mari, maritime și militare.

Baze de date de mare putere sunt dezvoltate pentru Marina SUA. De exemplu, Powertec a dezvoltat un BDHP de 220 kW cu o viteză de 2000 rpm. Cuplul motorului ajunge la 1080 Nm.

Pe lângă aceste domenii, DB-urile sunt utilizate în proiecte de mașini-unelte, prese, linii de prelucrare a plasticului, precum și în energia eoliană și utilizarea energiei valurilor.

Caracteristici

Principalele caracteristici ale motorului:

• putere nominală;
• putere maxima;
• curent maxim;
• tensiune maximă de funcționare;
• viteza maxima(sau coeficientul Kv);
• rezistenta la infasurare;
• unghiul de avans;
• mod de operare;
• dimensiunile generale și caracteristicile de greutate motor.

Principalul indicator al unui motor este puterea sa nominală, adică puterea generată de motor pe o perioadă lungă de funcționare.

Putere maxima- aceasta este puterea pe care o poate furniza motorul pentru o scurta perioada de timp fara sa se defecteze. De exemplu, pentru motorul fără perii Astro Flight 020 menționat mai sus, acesta este de 250 W.

Curent maxim. Pentru zborul Astro 020 este 25 A.

Tensiune maximă de funcționare– tensiune pe care o pot suporta infasurarile motorului. Pentru Astro Flight 020, intervalul de tensiune de operare este setat de la 6 la 12 V.

Viteza maximă a motorului. Uneori, pașaportul indică coeficientul Kv - numărul de rotații ale motorului pe volt. Pentru zborul Astro 020 Kv= 2567 r/V. În acest caz, viteza maximă poate fi determinată prin înmulțirea acestui coeficient cu tensiunea maximă de funcționare.

De obicei rezistenta la infasurare pentru motoare este zecimi sau miimi de ohm. Pentru Astro Flight 020 R= 0,07 Ohm. Această rezistență afectează eficiența motorului BLDC.

Unghiul de avans reprezintă avansul tensiunilor de comutare pe înfăşurări. Este asociat cu natura inductivă a rezistenței înfășurării.

Modul de funcționare poate fi pe termen lung sau pe termen scurt. În modul pe termen lung, motorul poate funcționa mult timp. În același timp, căldura generată de acesta este complet disipată și nu se supraîncălzește. Motoarele funcționează în acest mod, de exemplu, în ventilatoare, benzi transportoare sau scări rulante. Modul pe termen scurt este utilizat pentru dispozitive precum un lift, un aparat de ras electric. În aceste cazuri, motorul funcționează pentru o perioadă scurtă de timp și apoi se răcește pentru o perioadă lungă de timp.

Fișa tehnică a motorului arată dimensiunile și greutatea acestuia. În plus, de exemplu, pentru motoarele destinate aeronavelor model, sunt date dimensiunile de aterizare și diametrul arborelui. În special, următoarele caracteristici sunt date pentru motorul Astro Flight 020:

• lungimea este de 1,75”;
• diametrul este de 0,98”;
• diametrul arborelui este de 1/8”;
• greutatea este de 2,5 uncii.

Concluzii:

1. În modelare, în diverse produse tehnice, în industrie și în tehnologia apărării, se folosesc BLDC-uri, în care un câmp magnetic rotativ este generat de un circuit electronic.
2. Prin proiectare, motoarele BLDC pot avea un aranjament de rotor intern (inrunner) sau extern (outrunner).
3. În comparație cu alte motoare BLDC, acestea au o serie de avantaje, principalele fiind absența periilor și a scânteilor, eficiență ridicată și fiabilitate ridicată.