Es gibt zwei Arten von Motoren in Multi-Rotor-Geräten: Kollektor und bürstenlose. Ihr Hauptunterschied besteht darin, dass sich die Wicklungen bei einem Kollektormotor auf dem Rotor (rotierendem Teil) und bei einem bürstenlosen Motor auf dem Stator befinden. Ohne auf Details einzugehen, sagen wir, dass ein bürstenloser Motor einem Kollektormotor vorzuziehen ist, da er die an ihn gestellten Anforderungen am besten erfüllt. Daher konzentriert sich dieser Artikel nur auf diese Art von Motoren. Lesen Sie mehr über den Unterschied zwischen bürstenlosen und bürstenbehafteten Motoren in.
Trotz der Tatsache, dass BC-Motoren vor relativ kurzer Zeit verwendet wurden, ist die Idee ihres Geräts schon vor langer Zeit aufgetaucht. Das Aufkommen von Transistorschaltern und leistungsstarken Neodym-Magneten machte jedoch ihre kommerzielle Nutzung möglich.
BK-Gerät - Motoren
Der Aufbau eines bürstenlosen Motors besteht aus einem Rotor, auf dem Magnete befestigt sind, und einem Stator, auf dem sich die Wicklungen befinden. Allein durch die relative Position dieser Komponenten werden BC-Motoren in Innen- und Außenläufer unterteilt.
Bei Systemen mit mehreren Rotoren wird das Outrunner-Schema häufiger verwendet, da damit das höchste Drehmoment erzielt werden kann.
Vor- und Nachteile von BC - Motoren
Vorteile:
- Vereinfachte Konstruktion des Motors durch Ausschluss des Kollektors.
- Höhere Effizienz.
- Gute Kühlung
- BK-Motoren können im Wasser laufen! Vergessen Sie jedoch nicht, dass aufgrund des Wassers auf mechanische Teile Motor kann mit der Zeit rosten und ausfallen. Vermeiden ähnliche Situationen Es wird empfohlen, Motoren mit einem wasserabweisenden Schmiermittel zu behandeln.
- Niedrigste RFI
Nachteile:
Von den Minuspunkten kann man nur die Unmöglichkeit feststellen, diese Motoren ohne ESC (Drehzahlregler) zu verwenden. Dies verkompliziert die Konstruktion etwas und macht BC-Motoren teurer als Kollektormotoren. Wenn jedoch die Komplexität des Designs ein vorrangiger Parameter ist, dann gibt es BC-Motoren mit eingebauten Drehzahlreglern.
Wie wählt man Motoren für Ihren Copter aus?
Bei der Auswahl eines Dämons Kollektormotoren Zuallererst sollten Sie auf folgende Eigenschaften achten:
- Maximalstrom - Diese Kennlinie zeigt an, welchem maximalen Strom die Motorwicklung in kurzer Zeit standhalten kann. Wird diese Zeit überschritten, ist ein Motorausfall unvermeidlich. Dieser Parameter beeinflusst auch die Wahl von ESC.
- Die maximale Spannung - sowie der maximale Strom zeigt an, welche Spannung kurzzeitig an die Wicklung angelegt werden kann.
- KV ist die Anzahl der Motorumdrehungen pro Volt. Da diese Anzeige direkt von der Belastung der Motorwelle abhängt, wird sie für den Fall ohne Belastung angezeigt.
- Widerstand - abhängig vom Widerstand Motoreffizienz... Je niedriger der Widerstand, desto besser.
Veröffentlicht am 19.03.2013
Mit diesem Artikel beginne ich eine Reihe von Veröffentlichungen über bürstenlose Motoren. Gleichstrom... Ich werde in einer zugänglichen Sprache die allgemeinen Informationen, das Gerät, die Steueralgorithmen für den bürstenlosen Motor beschreiben. Wird berücksichtigt verschiedene Typen Motoren werden Beispiele für die Auswahl von Reglerparametern gegeben. Ich werde das Gerät und den Algorithmus des Reglers, die Methode zur Auswahl der Leistungsschalter und die Hauptparameter des Reglers beschreiben. Der logische Abschluss der Veröffentlichungen wird ein Reglerdiagramm sein.
Bürstenlose Motoren wurde durch die Entwicklung der Elektronik und insbesondere durch das Aufkommen kostengünstiger Leistungstransistorschalter verbreitet. Auch das Aufkommen leistungsstarker Neodym-Magnete spielte eine wichtige Rolle.
Der bürstenlose Motor sollte jedoch nicht als Neuheit betrachtet werden. Die Idee eines bürstenlosen Motors stammt aus den Anfängen der Elektrizität. Aufgrund der Nichtverfügbarkeit der Technologie wartete es jedoch bis 1962, als der erste kommerzielle bürstenlose Gleichstrommotor auf den Markt kam. Jene. Seit mehr als einem halben Jahrhundert gibt es verschiedene Serienausführungen dieser Art von Elektroantrieb!
Ein bisschen Terminologie
Bürstenlose Gleichstrommotoren werden auch als Ventilmotoren bezeichnet, in der ausländischen Literatur BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) oder PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor).
Strukturell besteht ein bürstenloser Motor aus einem Permanentmagnetrotor und einem Stator mit Wicklungen. Ich mache Sie darauf aufmerksam, dass sich bei einem Kollektormotor dagegen die Wicklungen auf dem Rotor befinden. Daher sind im weiteren Text der Rotor die Magnete, der Stator die Wicklungen.
Zur Steuerung des Motors wird ein elektronischer Regler verwendet. In ausländischer Literatur Geschwindigkeitsregler oder ESC (Elektronische Geschwindigkeitsregelung).
Was ist ein bürstenloser Motor?
Normalerweise suchen Menschen, wenn sie mit etwas Neuem konfrontiert sind, nach Analogien. Manchmal muss man die Sätze „na ja, es ist wie ein Synchro“ oder noch schlimmer „es sieht aus wie ein Schritt-Schritt“ hören. Da die meisten bürstenlosen Motoren dreiphasig sind, ist dies weiter verwirrend und führt zu dem Irrglauben, dass der Regler den Motor mit 3-Phasen-Wechselstrom „füttert“. All das oben Gesagte ist nur teilweise wahr. Tatsache ist, dass alle Motoren außer asynchronen als synchron bezeichnet werden können. Alle Gleichstrommotoren sind selbstsynchrone Synchronmotoren, ihr Funktionsprinzip unterscheidet sich jedoch von Synchronmotoren Wechselstrom die keine Selbstsynchronisation haben. Als bürstenloser Schrittmotor wird er wahrscheinlich auch funktionieren können. Aber hier ist die Sache: Ein Ziegelstein kann auch fliegen ... allerdings nicht weit, denn dafür ist er nicht gedacht. Als Schrittmotor eignet sich eher ein bürstenloser Jet-Motor.
Versuchen wir herauszufinden, was ein Brushles-Gleichstrommotor ist. In diesem Satz ist die Antwort bereits enthalten - dies ist ein Gleichstrommotor ohne Kollektor. Die Kollektorfunktionen werden von der Elektronik übernommen.
Vorteile und Nachteile
Eine ziemlich komplexe, schwere und funkensprühende Baugruppe - der Kollektor - wird aus der Motorkonstruktion entfernt. Die Konstruktion des Motors wird stark vereinfacht. Der Motor ist leichter und kompakter. Schaltverluste werden durch den Austausch der Kollektor- und Bürstenkontakte deutlich reduziert elektronische Schlüssel... Als Ergebnis erhalten wir einen Elektromotor mit beste Leistung Effizienz- und Leistungsanzeige pro Kilogramm Eigengewicht, mit den meisten große AuswahlÄnderungen der Drehzahl. In der Praxis laufen bürstenlose Motoren kühler als ihre bürstenbehafteten Gegenstücke. Übertrag schwere Ladung Von diesem Moment. Durch den Einsatz leistungsstarker Neodym-Magnete sind bürstenlose Motoren noch kompakter geworden. Das Design des bürstenlosen Motors ermöglicht den Betrieb in Wasser und aggressiven Umgebungen (natürlich nur der Motor, der Regler wird sehr teuer zu benetzen). Bürstenlose Motoren erzeugen praktisch keine Funkstörungen.
Der einzige Nachteil gilt als komplex und teuer die elektronische Einheit Steuerung (Regler oder ESC). Wer jedoch die Motordrehzahl regeln möchte, kommt ohne Elektronik nicht aus. Wenn Sie die Drehzahl eines bürstenlosen Motors nicht regeln müssen, können Sie trotzdem nicht auf eine elektronische Steuereinheit verzichten. Ein bürstenloser Motor ohne Elektronik ist nur ein Stück Hardware. Es gibt keine Möglichkeit, Spannung an ihn anzulegen und eine normale Drehung wie bei anderen Motoren zu erreichen.
Was passiert in einem bürstenlosen Motorregler?
Um zu verstehen, was in der Elektronik des Reglers passiert, der den bürstenlosen Motor steuert, gehen wir ein wenig zurück und verstehen zunächst die Funktionsweise des Kommutatormotors. Aus dem Schulphysikkurs erinnern wir uns, wie ein Magnetfeld mit einem Strom auf einen Rahmen einwirkt. Der Rahmen mit dem Strom dreht sich in einem Magnetfeld. Außerdem dreht es sich nicht ständig, sondern dreht sich in eine bestimmte Position. Damit eine kontinuierliche Drehung erfolgen kann, müssen Sie die Stromrichtung im Rahmen je nach Position des Rahmens ändern. In unserem Fall ist der Rahmen mit dem Strom die Motorwicklung und der Kommutator ist am Schalten beteiligt - ein Gerät mit Bürsten und Kontakten. Das Gerät des einfachsten Motors, siehe Abbildung.
Die Elektronik, die den bürstenlosen Motor steuert, macht dasselbe - in die richtigen momente verbindet Gleichspannung mit den erforderlichen Statorwicklungen.
Positionssensoren, Motoren ohne Sensoren
Aus dem oben Gesagten ist es wichtig zu verstehen, dass je nach Position des Rotors Spannung an die Motorwicklungen angelegt werden muss. Daher muss die Elektronik in der Lage sein, die Position des Motorläufers zu bestimmen. . Dazu werden Positionssensoren verwendet. Sie können sein verschiedener Arten, optisch, magnetisch usw. Derzeit sind diskrete Hall-Effekt-Sensoren (zB SS41) weit verbreitet. Der bürstenlose 3-Phasen-Motor verwendet 3 Sensoren. Dank solcher Sensoren weiß die elektronische Steuereinheit immer, in welcher Position sich der Rotor befindet und an welchen Wicklungen sie gerade Spannung anlegen. Später wird der Regelalgorithmus für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor betrachtet.
Es gibt bürstenlose Motoren, die keine Sensoren haben. Bei solchen Motoren wird die Position des Rotors durch Messen der Spannung an den unbenutzten dieser Moment Zeitwicklung. Auch diese Methoden werden später besprochen. Auf einen wesentlichen Punkt sollten Sie achten: Diese Methode ist nur bei drehendem Motor relevant. Wenn sich der Motor nicht oder sehr langsam dreht, funktioniert diese Methode nicht.
In welchen Fällen werden bürstenlose Motoren mit Sensoren eingesetzt und in welchen Fällen ohne Sensoren? Was ist der Unterschied zwischen ihnen?
Positionsgebermotoren werden bevorzugt mit technischer Punkt Vision. Der Regelalgorithmus für solche Motoren ist viel einfacher. Es gibt jedoch auch Nachteile: Es ist erforderlich, die Sensoren und die Verkabelung von den Sensoren im Motor zur Steuerelektronik mit Strom zu versorgen; bei Ausfall eines der Sensoren funktioniert der Motor nicht mehr und der Austausch der Sensoren erfordert in der Regel eine Demontage des Motors.
In Fällen, in denen es konstruktiv nicht möglich ist, Sensoren im Motorgehäuse zu platzieren, werden Motoren ohne Sensoren verwendet. Konstruktiv unterscheiden sich solche Motoren praktisch nicht von Motoren mit Sensoren. Aber die Elektronik muss den Motor ohne Sensoren steuern können. In diesem Fall muss das Steuergerät die Eigenschaften erfüllen spezifisches Modell Motor.
Muss der Motor bei starker Belastung der Motorwelle anlaufen (Elektrofahrzeuge, Hubwerke etc.), kommen Motoren mit Sensoren zum Einsatz.
Läuft der Motor ohne Belastung der Welle (Lüftung, Luftpropeller, eine Fliehkraftkupplung verwendet wird usw.), können Motoren ohne Sensoren verwendet werden. Denken Sie daran: Der Motor ohne Positionssensoren muss ohne Last auf der Welle anlaufen. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, sollte ein Motor mit Sensoren verwendet werden. Außerdem sind im Moment des Motorstarts ohne Sensoren Drehschwingungen der Motorachse möglich in verschiedene Seiten... Wenn dies für Ihr System kritisch ist, verwenden Sie einen Motor mit Sensoren.
Drei Phasen
Dreiphasige bürstenlose Motoren gekauft am weitesten verbreitet... Sie können jedoch ein-, zwei-, drei- oder mehrphasig sein. Je mehr Phasen, desto gleichmäßiger die Drehung des Magnetfelds, aber auch desto komplexer die Motorsteuerung. Das 3-Phasen-System ist in Bezug auf das Verhältnis von Effizienz / Komplexität am optimalsten, weshalb es so weit verbreitet ist. Außerdem wird nur ein dreiphasiges Schema als das gebräuchlichste betrachtet. Tatsächlich sind die Phasen die Motorwicklungen. Daher denke ich, dass es auch richtig ist, wenn Sie "dreiwindig" sagen. Die drei Wicklungen sind Stern- oder Dreieckschaltung. Ein bürstenloser Drehstrommotor hat drei Drähte - Wicklungsleitungen, siehe Abbildung.
Motoren mit Encodern haben zusätzlich 5 Adern (2-Versorgung von Positionssensoren und 3 Signale von Sensoren).
In einem Drehstromsystem wird an zwei der drei Wicklungen gleichzeitig Spannung angelegt. Somit gibt es 6 Möglichkeiten, die Motorwicklungen mit Gleichspannung zu versorgen, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.
Gleichstrommotor heißt Elektromotor die von einem konstanten Strom gespeist wird. Besorgen Sie sich ggf. einen drehmomentstarken Motor mit relativ niedrigen Drehzahlen. Konstruktiv sind Inrunner einfacher, da der stationäre Stator als Gehäuse dienen kann. Daran können Befestigungselemente angebracht werden. Bei Outrunnern dreht sich das gesamte Außenteil. Der Motor ist an einer festen Achse oder Statorteilen befestigt. Bei einem Motorrad erfolgt die Befestigung für die feste Achse des Stators, die Drähte werden zum Stator geführt, dessen Hohlachse kleiner als 0,5 mm ist.
Wechselstrommotor heißt mit Wechselstrom betriebener Elektromotor... Es gibt folgende Arten von Wechselstrommotoren:
Es gibt auch einen UKD (Universalkollektormotor) mit der Funktion des Betriebsmodus sowohl mit Wechsel- als auch mit Gleichstrom.
Eine andere Art von Motor ist Schrittmotor mit endlich vielen Rotorstellungen... Eine bestimmte angezeigte Position des Rotors wird dadurch festgelegt, dass die erforderlichen entsprechenden Wicklungen mit Strom versorgt werden. Wenn die Versorgungsspannung von einer Wicklung entfernt und auf andere übertragen wird, erfolgt der Übergang in eine andere Position.
Ein Wechselstrommotor, wenn er über ein kommerzielles Netz gespeist wird, ermöglicht normalerweise nicht das Erreichen von Drehzahl mehr dreitausend U/min... Wenn höhere Frequenzen benötigt werden, wird daher ein Kollektormotor verwendet, Zusätzliche Vorteile das ist Leichtigkeit und Kompaktheit bei gleichzeitiger Beibehaltung der erforderlichen Leistung.
Manchmal verwenden sie auch ein spezielles Übersetzungsgetriebe Multiplikator genannt, der die kinematischen Parameter des Geräts auf die erforderlichen technische Indikatoren... Verteilerbaugruppen nehmen manchmal bis zur Hälfte des Platzes des gesamten Motors ein, daher werden Wechselstrommotoren durch die Verwendung eines Frequenzumrichters und manchmal durch das Vorhandensein eines Netzes mit einer erhöhten Frequenz von bis zu 400 Hz verkleinert und leichter gemacht .
Die Ressource eines asynchronen Wechselstrommotors ist merklich höher als die des Kollektors. Es ist bestimmt Zustand der Isolierung von Wicklungen und Lagern... Ein Synchronmotor gilt bei Verwendung eines Umrichters und eines Rotorlagesensors als elektronisches Analogon eines klassischen Kollektormotors, der den Betrieb mit Gleichstrom unterstützt.
Bürstenloser Gleichstrommotor. Allgemeine Hinweise und Geräteaufbau
Der bürstenlose Gleichstrommotor wird auch als bürstenloser Drehstrommotor bezeichnet. Es handelt sich um ein Synchrongerät, dessen Funktionsprinzip auf einer selbstsynchronisierten Frequenzregelung basiert, durch die der Vektor (ausgehend von der Position des Rotors) des Statormagnetfelds gesteuert wird.
Motorsteuerungen dieser Art werden oft von konstante Spannung, weshalb sie ihren Namen haben. In der englischsprachigen Fachliteratur wird der bürstenlose Motor PMSM oder BLDC genannt.
Der bürstenlose Motor wurde in erster Linie entwickelt, um l . zu optimieren jeder Gleichstrommotor im Allgemeinen. ZU Antrieb Ein solches Gerät (insbesondere für einen Hochgeschwindigkeits-Mikroaktuator mit präziser Positionierung) war sehr anspruchsvoll.
Dies führte vielleicht zur Verwendung solcher spezifischen Gleichstromgeräte, bürstenloser Drehstrommotoren, auch BDPT genannt. Sie sind nahezu identisch im Design. Synchronmotoren Wechselstrom, wobei die Drehung des magnetischen Rotors in einem herkömmlichen geschichteten Stator in Gegenwart von Dreiphasenwicklungen auftritt und die Drehzahl von der Spannung und der Statorbelastung abhängt. Basierend auf bestimmten Rotorkoordinaten werden unterschiedliche Statorwicklungen geschaltet.
Bürstenlose Gleichstrommotoren können ohne separate Sensoren existieren, manchmal sind sie jedoch am Rotor vorhanden, wie beispielsweise ein Hall-Sensor. Wenn das Gerät ohne funktioniert zusätzlicher Sensor, dann Ständerwicklungen wirken als Befestigungselement... Dann entsteht der Strom durch die Drehung des Magneten, wenn der Rotor in der Statorwicklung eine EMK induziert.
Wird eine der Wicklungen abgeschaltet, so wird das induzierte Signal gemessen und weiterverarbeitet, jedoch ist dieses Funktionsprinzip ohne einen Signalverarbeitungsprofessor nicht möglich. Zum Reversieren oder Bremsen eines solchen Elektromotors wird jedoch keine Brückenschaltung benötigt - es reicht aus, den Statorwicklungen Steuerimpulse in umgekehrter Reihenfolge zuzuführen.
Bei einem VD (Ventilmotor) befindet sich am Rotor eine Induktivität in Form eines Permanentmagneten und am Stator die Ankerwicklung. Basierend auf der Position des Rotors, die Versorgungsspannung aller Wicklungen wird gebildet Elektromotor. Bei Verwendung eines Kollektors in solchen Konstruktionen übernimmt ein Halbleiterschalter seine Funktion in einem Ventilmotor.
Der Hauptunterschied zwischen Synchron- und Ventilmotoren liegt in der Selbstsynchronisation der letzteren mit Hilfe von DPR, die die proportionale Drehfrequenz von Rotor und Feld bestimmt.
Am häufigsten wird ein bürstenloser Gleichstrommotor in folgenden Bereichen eingesetzt:
Stator
Dieses Gerät hat ein klassisches Design und ähnelt dem gleichen Gerät einer Asynchronmaschine. Die Zusammensetzung beinhaltet Kupferkern(entlang des Umfangs in den Rillen verlegt), die die Anzahl der Phasen und den Körper bestimmt. Normalerweise reichen die Sinus- und Cosinusphasen für die Drehung und den Selbststart aus, jedoch wird oft ein bürstenloser Motor mit dreiphasigem und sogar vierphasigem erstellt.
Elektromotoren mit Rückwärtsgang elektromotorische Kraft Je nach Art der Windungsstapelung auf der Statorwicklung werden sie in zwei Typen unterteilt:
- sinusförmige Form;
- trapezförmig.
Bei den entsprechenden Motortypen ändert sich auch der elektrische Phasenstrom nach der Versorgungsart sinus- oder trapezförmig.
Rotor
Normalerweise besteht der Rotor aus Permanentmagnete mit der Polpaarzahl von zwei bis acht, die sich wiederum von Nord nach Süd oder umgekehrt abwechseln.
Die gebräuchlichsten und günstigsten für die Herstellung eines Rotors sind Ferrit-Magnete, aber ihr Nachteil ist niedriges Niveau magnetische Induktion, daher ersetzen Geräte, die aus Legierungen verschiedener Seltenerdelemente hergestellt wurden, dieses Material jetzt, da sie liefern können hohes Niveau magnetische Induktion, die wiederum die Größe des Rotors verringert.
DVR
Der Rotorlagesensor liefert Rückmeldung... Nach dem Funktionsprinzip wird das Gerät in folgende Unterarten unterteilt:
- induktiv;
- fotoelektrisch;
- Hall-Effekt-Sensor.
Der letztere Typ hat aufgrund seiner . die größte Popularität erlangt nahezu absolute Trägheitseigenschaften und die Fähigkeit, die Verzögerung in den Rückkopplungskanälen basierend auf der Rotorposition zu beseitigen.
Steuersystem
Das Steuerungssystem besteht aus Leistungsschaltern, manchmal auch aus Thyristoren oder Leistungstransistoren, einschließlich eines isolierten Gates, die zur Erfassung eines Strom- oder Spannungswechselrichters führen. Der gebräuchlichste Prozess zum Verwalten dieser Schlüssel ist durch Verwendung eines Mikrocontrollers, die eine riesige Menge an Rechenoperationen erfordert, um den Motor zu steuern.
Arbeitsprinzip
Die Funktionsweise des Motors liegt darin, dass die Steuerung eine bestimmte Anzahl von Statorwicklungen so kommutiert, dass die Vektoren der Magnetfelder von Rotor und Stator orthogonal sind. Mit PWM (Pulsweitenmodulation) die Steuerung steuert den durch den Motor fließenden Strom und regelt das Moment, das auf den Rotor einwirkt. Die Richtung dieses wirksamen Moments wird durch die Höhe des Winkels zwischen den Vektoren bestimmt. In den Berechnungen werden elektrische Grade verwendet.
Die Kommutierung sollte so erfolgen, dass Ф0 (Rotorerregungsfluss) relativ zum Ankerfluss konstant gehalten wird. Durch das Zusammenwirken einer solchen Erregung und des Ankerflusses wird ein Drehmoment M gebildet, das dazu neigt, den Rotor zu drehen und parallel das Zusammentreffen von Erregung und Ankerfluss sicherzustellen. Während der Rotordrehung werden jedoch unter dem Einfluss des Rotorlagesensors unterschiedliche Wicklungen geschaltet, wodurch sich der Ankerstrom der nächsten Stufe zuwendet.
In einer solchen Situation verschiebt sich der resultierende Vektor und wird in Bezug auf den Rotorfluss stationär, was wiederum das erforderliche Drehmoment an der Motorwelle erzeugt.
Motorsteuerung
Der bürstenlose DC-Motorcontroller regelt das auf den Rotor wirkende Drehmoment durch Veränderung der Stärke der Pulsweitenmodulation. Die Kommutierung wird überwacht und erfolgt mittels Elektronik, im Gegensatz zu einem herkömmlichen Gleichstrommotor mit Bürsten. Ebenfalls üblich sind Steuersysteme, die Pulsweitenmodulation und Pulsweitensteueralgorithmen für den Arbeitsablauf implementieren.
Vektorgesteuerte Motoren bieten den größten Bereich, der für ihre eigene Geschwindigkeitsregelung bekannt ist. Regulierung dieser Geschwindigkeit sowie Beibehaltung der Flussverknüpfung auf notwendiges Niveau, liegt am Frequenzumrichter.
Ein Merkmal der vektorgesteuerten Regelung eines elektrischen Antriebs ist das Vorhandensein von geregelten Koordinaten. Sie sind drin stationäre Anlage und auf Rotieren umgestellt, Zuweisen eines konstanten Wertes proportional zu den gesteuerten Parametern des Vektors, aufgrund dessen eine Steueraktion gebildet wird, und dann ein umgekehrter Übergang.
Trotz aller Vorteile eines solchen Systems geht ein Nachteil in Form der Komplexität der Steuerung der Vorrichtung zur Regelung der Geschwindigkeit in einem weiten Bereich einher.
Vorteile und Nachteile
Heutzutage ist diese Art von Motor in vielen Branchen sehr gefragt, denn ein bürstenloser Gleichstrommotor hat fast alles in sich vereint beste Qualitäten kontaktlose und andere Arten von Motoren.
Unbestreitbare Vorteile Ventilmotor sind:
Trotz der gewichtigen positive Punkte, v bürstenloser Gleichstrommotor es gibt auch ein paar nachteile:
Basierend auf dem oben Gesagten und Unterentwicklung moderne Elektronik in der Region halten viele den Einsatz eines konventionellen Asynchronmotors mit Frequenzumrichter noch für ratsam.
Dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor
Dieser Motortyp weist eine hervorragende Leistung auf, insbesondere wenn er von Positionssensoren gesteuert wird. Wenn das Widerstandsmoment variiert oder völlig unbekannt ist, sowie wenn es erforderlich ist, höheres Anlaufmoment Steuerung mit einem Sensor verwendet wird. Wird der Sensor nicht verwendet (in der Regel bei Ventilatoren), ermöglicht die Steuerung den Verzicht auf kabelgebundene Kommunikation.
Merkmale der Steuerung eines bürstenlosen Drehstrommotors ohne Positionssensor:
Steuerungsfunktionen dreiphasiger bürstenloser Motor mit einem Positionssensor am Beispiel eines Hallsensors:
Abschluss
Der bürstenlose Gleichstrommotor hat viele Vorteile und wird würdige Wahl für den Gebrauch durch einen Fachmann und einen einfachen Mann auf der Straße.
Das Aufkommen von bürstenlosen Motoren wird durch die Notwendigkeit erklärt, elektrische Maschine mit vielen Vorteilen. Ein bürstenloser Motor ist ein Gerät ohne Kollektor, dessen Funktion von der Elektronik übernommen wird.
BKEPT - bürstenlose Gleichstrommotoren, können zum Beispiel 12, 30 Volt betrieben werden.
- Auswahl passender Motor
- Arbeitsprinzip
- BLDC-Gerät
- Sensoren und ihre Abwesenheit
- Mangel an Sensor
- PWM-Frequenzkonzept
- Arduino-System
- Motorlager
Die Wahl des richtigen Motors
Um ein Gerät auszuwählen, müssen das Funktionsprinzip und die Eigenschaften der bürstenbehafteten und bürstenlosen Motoren verglichen werden.
Von links nach rechts: Bürstenmotor und FC 28-12 Brushless-Motor
Kollektoren kosten weniger, entwickeln aber eine niedrige Drehzahl. Sie sind mit Gleichstrom betrieben, leicht und leicht, kostengünstige Reparatur Teile zu ersetzen. Die Manifestation der negativen Qualität wird enthüllt, wenn eine große Anzahl von Umdrehungen empfangen wird. Die Bürsten berühren den Kollektor und verursachen Reibung, die den Mechanismus beschädigen könnte. Die Leistung des Gerätes wird reduziert.
Bürsten müssen nicht nur wegen des schnellen Verschleißes repariert werden, sondern können auch zu einer Überhitzung der Mechanik führen.
Der Hauptvorteil eines bürstenlosen Gleichstrommotors ist das Fehlen von Drehmoment und Schaltkontakten. Dadurch entstehen keine Verlustquellen wie bei Permanentmagnetmotoren. Ihre Funktionen werden von MOS-Transistoren übernommen. Zuvor waren ihre Kosten hoch, sodass sie nicht verfügbar waren. Heute ist der Preis akzeptabel geworden und die Leistung hat sich deutlich verbessert. Ohne Radiator im System ist die Leistung auf 2,5 bis 4 Watt begrenzt und der Betriebsstrom beträgt 10 bis 30 Ampere. Effizienz bürstenlose Motoren sehr groß.
Der zweite Vorteil sind die Mechanikeinstellungen. Die Achse ist auf breiten Lagern montiert. Es gibt keine brechenden und löschbaren Elemente in der Struktur.
Einziges Manko ist das teure elektronische Steuergerät.
Betrachten Sie ein Beispiel für die Mechanik einer CNC-Werkzeugmaschine mit einer Spindel.
Das Ersetzen des Kollektormotors durch einen bürstenlosen Motor schützt die CNC-Spindel vor Beschädigungen. Unter der Spindel befindet sich ein Viduval mit Rechts- und Linksdrehung. Die CNC-Spindel hat hohe Energie... Die Geschwindigkeit des Drehmoments wird vom Regler durch den Servotest gesteuert, und die Drehungen werden von der automatischen Steuerung gesteuert. Die Kosten für eine CNC mit einer Spindel betragen etwa 4000 Rubel.
Arbeitsprinzip
Das Hauptmerkmal des Mechanismus ist das Fehlen eines Kollektors. Und die Permanentmagnete sind an der Spindel verbaut, sie sind der Rotor. Um ihn herum befinden sich Drahtwicklungen, die unterschiedliche Magnetfelder haben. Unterscheidung bürstenlose Motoren 12 Volt ist der Rotorsteuerungssensor, der sich darauf befindet. Signale werden an die Drehzahlreglereinheit gesendet.
BLDC-Gerät
Die Magnetanordnung im Stator wird meist bei Zweiphasenmotoren mit geringe Menge Stangen. Das Drehmomentprinzip um den Stator herum wird verwendet, wenn ein Zweiphasenmotor mit niedriger Drehzahl benötigt wird.
Der Rotor hat vier Pole. Rechteckmagnete werden mit Wechselpolen eingebaut. Die Anzahl der Pole ist jedoch nicht immer gleich der Anzahl der Magnete, die 12, 14 betragen kann.
Das Bild zeigt 8 Magnete, die 4 Pole bilden. Das Kraftmoment hängt von der Kraft der Magnete ab.
Sensoren und ihre Abwesenheit
Hubregler werden in zwei Gruppen eingeteilt: mit und ohne Rotorlagesensor.
Stromkräfte werden auf die Motorwicklungen ausgeübt, wenn spezielle Situation Rotor und wird bestimmt durch elektronisches System einen Positionssensor verwenden. Sie kommen in einer Vielzahl von Arten. Ein beliebter Reiseregler ist ein diskreter Hall-Effekt-Sensor. Ein 3-Phasen-30-Volt-Motor verwendet 3 Sensoren. Die Elektronikeinheit hat ständig Daten über die Position des Rotors und leitet die Spannung rechtzeitig an die benötigten Wicklungen.
Ein gängiges Gerät, das beim Schalten von Wicklungen seine Schlussfolgerungen ändert.
Ein Open-Loop-Gerät misst Strom, Geschwindigkeit. PWM-Kanäle sind an der Unterseite der Steuerung angeschlossen.
Drei Eingänge sind mit dem Hallsensor verbunden. Bei einer Änderung des Hallsensors beginnt der Interrupt-Recycling-Prozess. Um eine schnelle Reaktion beim Interrupt-Handling zu gewährleisten, ist ein Hall-Sensor an die unteren Pins des Ports angeschlossen.
Verwendung eines Positionssensors mit einem Mikrocontroller
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Der Endstufencontroller ist das Herzstück des AVR-Kerns, der eine intelligente Steuerung des bürstenlosen Gleichstrommotors ermöglicht. AVR ist ein Chip zur Ausführung bestimmter Aufgaben.
Das Funktionsprinzip des Reglers kann mit oder ohne Sensor sein. Das AVR-Board-Programm implementiert:
- den Motor so schnell wie möglich starten, ohne externe Zusatzgeräte zu verwenden;
- Drehzahlregelung mit einem externen Potentiometer.
Separate Ansicht automatische Kontrolle sma, in Waschmaschinen verwendet.
Mangel an Sensor
Um die Position des Rotors zu bestimmen, muss die Spannung an der unbenutzten Wicklung gemessen werden. Diese Methode anwendbar, wenn sich der Motor dreht, sonst funktioniert es nicht.
Sensorlose Regler sind einfacher herzustellen, was ihre weit verbreitete Verwendung erklärt.
Controller haben die folgenden Eigenschaften:
- maximaler konstanter Stromwert;
- Wert der maximalen Betriebsspannung;
- Nummer maximale Geschwindigkeit;
- Widerstand von Leistungsschaltern;
- Pulsfrequenz.
Beim Anschließen eines Controllers ist es wichtig, die Kabel so kurz wie möglich zu halten. Aufgrund des Auftretens von Einschaltströmen beim Start. Wenn der Draht lang ist, können Fehler bei der Positionsbestimmung des Rotors auftreten. Daher werden die Controller mit 12 - 16 cm Draht verkauft.
Die Controller haben viele Softwareeinstellungen:
- Motorabschaltungssteuerung;
- sanftes oder hartes Herunterfahren;
- Bremsen und sanftes Abschalten;
- vor Leistung und Effizienz;
- weicher, harter, schneller Start;
- Strombegrenzung;
- Gasmodus;
- Richtungswechsel.
Der in der Abbildung gezeigte LB11880-Controller enthält einen leistungsstarken bürstenlosen Motortreiber, dh Sie können den Motor ohne zusätzliche Treiber direkt an die Mikroschaltung betreiben.
PWM-Frequenzkonzept
Beim Einschalten der Zündschlüssel wird der Motor mit voller Last beaufschlagt. Das Gerät erreicht seine Höchstgeschwindigkeit. Um den Motor zu steuern, müssen Sie einen Leistungsregler bereitstellen. Genau das macht die Pulsweitenmodulation (PWM).
Die erforderliche Häufigkeit des Öffnens und Schließens von Schlüsseln wird festgelegt. Die Spannung wechselt von Null auf Arbeit. Zur Drehzahlregelung ist es erforderlich, den Tastensignalen ein PWM-Signal zu überlagern.
Das PWM-Signal kann vom Gerät an mehreren Pins erzeugt werden. Oder erstellen Sie mit einem Programm eine PWM für einen separaten Schlüssel. Die Schaltung wird einfacher. Das PWM-Signal hat 4-80 kHz.
Eine Erhöhung der Frequenz führt zu mehrÜbergangsprozesse, bei denen Wärme entsteht. Die Höhe der PWM-Frequenz erhöht die Anzahl der Transienten, dies führt zu Verlusten auf den Tasten. Eine niedrige Frequenz ergibt nicht die gewünschte Sanftheit der Steuerung.
Um Verluste auf den Tasten bei Einschwingvorgängen zu reduzieren, werden PWM-Signale separat auf die oberen oder unteren Tasten geführt. Direkte Verluste werden mit der Formel P = R * I2 berechnet, wobei P die Verlustleistung, R der Schlüsselwiderstand und I die Stromstärke ist.
Weniger Widerstand minimiert Verluste und erhöht die Effizienz.
Arduino-System
Oft wird die Arduino-Hardware-Computing-Plattform verwendet, um bürstenlose Motoren zu steuern. Es basiert auf dem Board und der Entwicklungsumgebung in der Wiring-Sprache.
Das Arduino-Board enthält einen Atmel AVR-Mikrocontroller und eine elementare Bindung für die Programmierung und Interaktion mit Schaltungen. Das Board hat einen Spannungsregler. Die serielle Arduino-Platine ist eine einfache invertierende Schaltung zum Umwandeln von Signalen von einem Pegel in einen anderen. Programme werden über USB installiert. Einige Modelle, wie der Arduino Mini, erfordern zusätzliche Gebühr zum Programmieren.
Die Programmiersprache Arduino verwendet die Standardverarbeitung. Bei einigen Arduino-Modellen können Sie mehrere Server gleichzeitig steuern. Die Programme werden vom Prozessor verarbeitet und vom AVR kompiliert.
Reglerprobleme können durch Spannungseinbrüche und Überlastung verursacht werden.
Motorlager
Motorhalterung - Motorhalterungsmechanismus. Es wird in Motoreninstallationen verwendet. Der Motorrahmen ist eine miteinander verbundene Stange und Rahmenelemente. Motorrahmen sind flach, räumlich in Bezug auf die Elemente. Motorhalterung für einen einzelnen Motor 30 Volt oder mehrere Geräte. Stromkreis Die Motorhalterung besteht aus einem Satz Stangen. Der Motorträger wird in eine Kombination aus Traversen- und Rahmenelementen eingebaut.
Der bürstenlose Gleichstrommotor ist eine unersetzliche Einheit sowohl im Alltag als auch in der Industrie. Zum Beispiel CNC-Werkzeugmaschinen, medizinische Geräte, Automobilmechanismen.
BLDC-Motoren zeichnen sich durch Zuverlässigkeit, hochpräzises Funktionsprinzip, automatische intelligente Steuerung und Regelung aus.
Ich habe mich wahrscheinlich gefragt, wie sich ein solcher Motor von anderen Motoren unterscheidet, zum Beispiel von denen in Bohrmaschinen. Motoren, die in nicht sehr leistungsstarken Maschinen eingebaut sind, zünden normalerweise nicht und arbeiten nicht so laut wie dieselbe Bohrmaschine, die weniger Leistung hat als die Maschine.
Was ist los? Die Sache ist die der bürstenlose Motor ist ein bürstenloser Motor und der bürstenlose Motor ist ein bürstenloser Motor... Um verschiedene Probleme zu lösen, ist Ihr eigener Motortyp geeignet - irgendwo Besser passen Sammler, aber irgendwo können Sie nur einen bürstenlosen installieren.
Kollektormotor
Der Kommutatormotor hat in der Regel nur zwei Stromadern, er ist einfach zu bedienen, es reicht die konstante oder wechselnde Versorgungsspannung zu regeln und die Drehzahl ändert sich entsprechend. Sie können den Kollektormotor sogar mit einem einfachen Dimmer steuern. Der Hauptvorteil des Kollektormotors ist die hohe Drehzahl (Zehntausende pro Minute) bei hohem Drehmoment.
Das Funktionsprinzip des Kollektormotors ist sehr einfach. Tatsächlich besteht sein Rotor aus einem Satz Kupferrahmen in einem magnetischen Kreis, die abwechselnd zu einer Stromquelle auf der Kollektor-Bürsten-Anordnung kommutiert werden. Der Stator kann entweder Permanentmagnete sein oder eine Wicklung haben, die von derselben Quelle wie der Rotor oder von einer separaten Quelle gespeist wird, und manchmal sind der Stator und der Rotor in einem einzigen Serienkreis enthalten (z. B. Motoren von automatischen Waschmaschinen).
An jedem der Abschnitte der Rotorwicklung durch die Kollektor-Bürsten-Anordnung abwechselnd während der Drehung des Rotors, elektrischer Strom, dadurch wird der Rotor ummagnetisiert und erhält deutlich ausgeprägte Nord- und Südmagnetpole, wodurch sich der Rotor im Stator dreht (die Rotorpole werden von den Statorpolen herausgedrückt, dann wird der Rotor weiter ummagnetisiert und wieder herausgedrückt ). Da der Rotor jedes Mal von der nächsten Sektion auf die Stromversorgung umgeschaltet wird, stoppt die Rotation nicht, solange der Kollektor mit Strom versorgt wird.
Der Hauptnachteil des Kollektormotors
Es ist sehr praktisch, die Geschwindigkeit des Bürstenmotors einzustellen, aber wenn sie hoch genug sind, machen sich die Bürsten bemerkbar. Da die Bürsten immer fest mit dem Kollektor verbunden sind, hohe Drehzahlen sie verschleißen schnell, verstopfen schließlich auf die eine oder andere Weise und beginnen schließlich zu funken.
Der Verschleiß der Bürsten und der Kommutator-Bürsten-Anordnung im Allgemeinen führt zu einer Verringerung des Wirkungsgrades des Kommutatormotors. Also ich selbst Kollektor-Bürsten-Montage - das ist Hauptnachteil Kollektormotoren... Heute versucht man, bürstenbehaftete Motoren zugunsten bürstenloser Schrittmotoren aufzugeben.
Ein bürstenloser Motor hat keinen Kommutator oder Bürsten. Das einfachste Beispiel bürstenloser Motor - asynchron Drehstrommotor mit Käfigläufer. Ein weiteres Beispiel für einen bürstenlosen Motor - moderner - Schrittmotor mit magnetischem Rotor... Die Statorwicklungen eines bürstenlosen Motors werden selbst ummagnetisiert, sodass sich der Rotor ständig dreht und sich auf diese Weise kontinuierlich dreht.
In den meisten Fällen sind moderne bürstenlose Motoren mit einem Rotorpositionssensor ausgestattet, der den Signalen des Motordrehzahlreglers entspricht. Das Signal des Rotorpositionssensors wird mehr als 100 Mal pro Sekunde an den Prozessor übertragen, was zu einer präzisen Rotorpositionierung und einem hohen Drehmoment führt. Natürlich gibt es bürstenlose Motoren ohne Rotorlagesensor, ein anschauliches Beispiel ist der gleiche Asynchron-Drehstrommotor. Motoren ohne Positionssensor sind günstiger als Motoren mit Encoder.
Die Vorteile von bürstenlosen Motoren
Da die Lebensdauer der Rotorlager extrem hoch ist, können wir sagen, dass es bei einem bürstenlosen Motor praktisch keine Verschleißteile gibt und im Betrieb keinerlei Wartung erforderlich ist. Die Reibung wird hier minimiert, es gibt kein Problem der Überhitzung des Kollektors, im Allgemeinen sind die Zuverlässigkeit und der Wirkungsgrad von bürstenlosen Motoren sehr hoch.
Es gibt keine Funkenbürsten, der Rotorpositionssensor hilft, die Steuerung genau zu machen - es gibt praktisch keine Nachteile, nur Vorteile. Ist das der Preis der Qualität? Schrittmotoren höher als die des Sammlers (plus Fahrer), aber das ist nichts im Vergleich zu regelmäßiger Austausch Federn, Bürsten und Kollektoren für Kollektormotoren.