Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Основният проблем на колекторните двигатели е наличието на колекторен възел. Четките се изтриват, а ламелите се износват, има къси съединения между слой от графитен прах, възниква искрене. Тези проблеми не са в асинхронни машини, но не могат да работят от DC. Безчеткови двигатели за постоянен ток, лишени от горните недостатъци. Ще говорим за това какво е това, как работи и къде се използват двигателите в тази статия.

дефиниция

Безчетков постоянен ток е двигател за постоянен ток, чийто ток в намотките, от който превключва специално устройство за превключване - се нарича „водач“ или „инвертор“ и тези намотки винаги се намират на статора. Превключвателят се състои от 6 транзистора и те захранват ток към една или друга намотка, в зависимост от положението на ротора.

Във вътрешната литература такива двигатели се наричат "клапан" (тъй като полупроводниковите превключватели се наричат "клапани") и има разделяне на такива електрически машини на два вида под формата на контра-едр. В чуждестранна литература това разграничение продължава, като една от тях се нарича, като руската “BLDC” (безчетково устройство с постоянен ток или мотор), което буквално означава “безчетен DC мотор” в техните намотки, трапецовидна ЕМП. Електромотори с вентил с синусоидална ЕДС се наричат PMSM (синхронна машина с постоянен магнит), което се превежда като „синхронен електродвигател с възбуждане от постоянни магнити“.

Устройство и принцип на работа

Колекторът в KDPT служи като токово превключващо устройство в намотките на котвата. В безчетков DC мотор (БДПТ) тази роля не се изпълнява от четки с ламели, а от превключвателя от полупроводникови ключове - транзистори. Транзисторите превключват намотките на статора, създавайки въртящо се магнитно поле, което взаимодейства с полето на роторните магнити. И когато ток тече през проводник, който е в магнитно поле, той се влияе от Амперната сила, поради действието на тази сила, въртящият момент се генерира на вала на електрическите машини. Принципът на работа на всеки електромотор се основава на това.

Сега ще разберем как е монтиран безчетковият мотор. Три стана на намотките обикновено се намират на статора на БППТ, по аналогия с променливотокови двигатели, те често се наричат трифазни намотки. Това е отчасти вярно: безчеткови двигатели работят от източник на постоянен ток (по-често от батерии), но контролерът се обръща намотките на свой ред. Не е съвсем вярно да се каже, че през намотките протича променлив ток. Окончателната форма на напрежението на захранващата намотка се формира от правоъгълни управляващи импулси.

Трифазен безчетков мотор може да бъде трижилен или четирижилен, където четвъртият проводник е кран от средната точка (ако намотките са свързани според звездната верига).

Намотка или, с прости думи, намотките от медна жица се поставят в зъбите на ядрото на статора. В зависимост от конструкцията и предназначението на задвижването, може да има различен брой зъби на статора. Съществуват различни варианти на разпределение на фазовите намотки по зъбите на ротора, както е показано на следващата фигура.

Намотките на всеки от зъбите в рамките на една фаза могат да бъдат свързани последователно или паралелно, в зависимост от задачите, възложени на проектанта по отношение на мощност и момент на проектираното задвижване, а самите фазови намотки са свързани в зависимост от звезда или триъгълник, като асинхронни или синхронни трифазни двигатели.

В статора могат да се монтират сензори за положение на ротора. Често се използват сензори, които дават сигнал на контролера, когато те са засегнати от магнитното поле на роторните магнити. Това е необходимо, за да може контролерът да „опознае” положението на ротора и да подаде енергия към съответните намотки. Това е необходимо, за да се подобри ефективността и стабилността на работа, и ако за кратко, да се изтръгне цялата мощност от двигателя. Сензорите обикновено се монтират 3 броя. Но наличието на сензори усложнява устройството на безчетковия електродвигател, към който трябва да се свържат допълнителни кабели за захранване и линии за данни.

В BDBT, постоянни магнити, монтирани на ротора се използват за възбуждане, а статорът е котва. Припомнете си, че в колекторните машини е обратното (роторът е котва), а за възбуждане в компактдиска се използват както постоянни магнити, така и електромагнити (намотки).

Магнитите се монтират с променливи полюси и съответно броят им определя броя на полюсите. Но това не означава, че колкото се може повече магнити, тогава същата двойка полюси. Няколко магнити могат да образуват един полюс. Броят на оборотите в минута зависи от броя на полюсите, какъвто е случаят с асинхронния двигател (и други). Това означава, че от един контролер при същите настройки безчеткови двигатели с различен брой полюсни двойки ще се въртят с различни скорости.

Видове BDPT

Сега да видим какви са безчетковите двигатели с постоянен магнит. Те се класифицират по форма на анти-ЕМП, дизайн, както и наличието на роторни сензори за положение. Така че, два основни вида се различават под формата на противо-ЕМП, което се индуцира в намотките по време на въртенето на ротора:

  • BLDC - трапецовидна задна ЕМП;
  • PMSM - обратна ЕМП синусоидална.

В идеалния случай те се нуждаят от различни източници на енергия (контролери), но на практика те са взаимозаменяеми. Но ако използвате контролер с правоъгълно или трапецовидно изходно напрежение с PMSM двигател, ще чуете характерни звуци като чукане по време на въртене.

А проектираните безчеткови DC двигатели са:

  • С вътрешен ротор. Това е по-познато представяне на електрическия мотор, когато статорът е тялото и валът се върти в него. Често те се наричат английската дума "Inrunner". Тази опция обикновено се използва за високоскоростни електродвигатели.
  • С външен ротор. Тук външната част на двигателя се върти с фиксиран на него вал, а в английските източници се нарича „изпреварвач”. Тази схема на устройството се използва, когато е необходим висок момент.

Изберете дизайн в зависимост от това защо имате нужда от безчетков мотор в конкретно приложение.

Съвременната индустрия произвежда безчеткови двигатели с двата ротора сензори за позициониране и без тях. Факт е, че има много начини за управление на BDPT, за някои от тях са необходими сензори за позициониране, други определят позициите на ЕМП в намотките, а други просто захранват необходимите фази и електродвигателят се синхронизира с такава мощност и влиза в режим на работа.

Основните характеристики на безчетковите постояннотокови двигатели:

  1. Начин на работа - дълъг или къс.
  2. Максимално работно напрежение.
  3. Максимален работен ток.
  4. Максимална мощност.
  5. Максималните обороти често показват не обороти, а KV - rev / v, т.е. броя на оборотите на 1 волта на приложеното напрежение (без натоварване на вала). За да получите максимална скорост, умножете това число с максималното напрежение.
  6. Съпротивлението на намотката (колкото по-малка е тя, толкова по-висока е ефективността) обикновено е стотни и хилядни от ома.
  7. Ъгълът на напредване на фазата (времето) е времето, след което токът в намотката ще достигне своя максимум, това се дължи на неговата индуктивност и законите на превключване (токът в индуктивността не може да се промени веднага.

Схема на свързване

Както бе споменато по-горе, за да работи безчетковия двигател, ви трябва специален контролер. Aliexpress може да се намери като набор от двигател и контролер, и поотделно. Контролерът също така се нарича ESC Motor или Electric Speed Controller. Избирайте ги според силата на тока, даден на товара.

Обикновено свързването на двигателя към контролера е лесно и разбираемо дори за чайниците. Основното, което трябва да знаете е, че за да промените посоката на въртене, трябва да промените връзката на всяка две фази, както и на трифазни асинхронни или синхронни електродвигатели.

Мрежата има редица технически решения и схеми както сложни, така и за чайници, които можете да видите по-долу.

В това видео авторът разказва как да се сприятелява с мотора на БЦ с „Ардуина”.

И в това видео ще научите за различните начини за свързване с различни регулатори и как можете да го направите сами. Авторът демонстрира това с примера на мотор от HDD и двойка мощни копия - inrunner и outrunner.

Между другото, схемата от видеото за повторение също е приложена:

Когато се използват безчеткови двигатели

Обхватът на приложение на такива електродвигатели е ранен. Използват се както за управление на малки механизми: в CD дискове, DVD устройства, твърди дискове и мощни устройства: батерия и мрежови електроинструменти (с мощност около 12V), радиоуправляеми модели (например, квадрокоптери), CNC машини за работа с инструменти (обикновено двигатели с номинално напрежение 24V или 48V).

БВПТ е широко използван в електрическия транспорт, почти всички съвременни мотори на електрически скутери, велосипеди, мотоциклети и автомобили са безчеткови двигатели. Между другото, номиналното напрежение на електродвигателите за транспорт се намира в широк диапазон, например, моторното колело за велосипед често се движи от 36V или 48V, с редки изключения и повече, и в автомобили, например, на Toyota Prius около 120V, и на Nissan Leaf - до 400, докато се зарежда от 220V (това се осъществява с помощта на вградения конвертор).

Всъщност, обхватът на безчетковите електродвигатели е много голям, липсата на колекторен възел позволява да се използва в опасни места, както и на места с висока влажност, без страх от късо съединение, искри или пожар поради дефекти в четката. Благодарение на високата ефективност и добрите показатели за тегло и размер, те са намерили приложение в космическата индустрия.

Предимства и недостатъци

Безчетковите DC двигатели, както и другите видове електрически машини, имат някои предимства и недостатъци.

Предимствата на BDPT са следните:

  • Благодарение на възбуждането от мощни постоянни магнити (например неодим), те са по-добри по въртящ момент и мощност и имат по-малки размери от асинхронните двигатели. Какво се използва от повечето производители на електрически превозни средства - от скутери до автомобили.
  • Никакво искрообразуващо устройство, което изисква редовна поддръжка.
  • Когато се използва контролер за качество, за разлика от същия компактдиск, те не пречат на захранващата мрежа, което е особено важно в радиоуправляваните устройства и превозни средства с усъвършенствано електронно оборудване в бордовата мрежа.
  • Ефективност над 80, по-често и 90%.
  • Висока скорост на въртене, в някои случаи до 100 000 об / мин.

Но има и значителен недостатък: безчетков мотор без контролер е само парче желязо с медна намотка. Той няма да може да работи. Контролерите са скъпи и най-често трябва да се поръчват в онлайн магазини или с aliexpress. Поради това, не винаги е възможно да се използват мотори BC в домашни модели и устройства.

Сега знаете какво е безчетков DC мотор, как работи и къде се прилага. Надяваме се статията ни да ви помогне да разберете всички въпроси!

Материали по темата:

  • Какво е ротор и статор
  • Как да се събере най-простият електрически двигател у дома
  • Разликата между DC и AC

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Знание