Was ist ein bürstenloser motor. Wie wird es verwaltet

Sicherlich hat jeder Neuling, der sein Leben zum ersten Mal mit funkgesteuerten Elektromodellen verbunden hat, nach sorgfältigem Studium der Füllung eine Frage. Was ist ein Sammler und? Welches ist besser für Ihr funkgesteuertes Elektromodell?

Die Kommutatormotoren, die so oft zum Antrieb von funkgesteuerten Elektromodellen verwendet werden, haben nur zwei abgehende Zuleitungen. Einer von ihnen ist "+", der andere ist "-". Sie sind wiederum mit dem Drehzahlregler verbunden. Nach dem Zerlegen des Kollektormotors finden Sie dort immer 2 gebogene Magnete, eine Welle zusammen mit einem Anker, auf den ein Kupferfaden (Draht) gewickelt ist, wobei sich auf der einen Seite der Welle ein Zahnrad befindet und auf der anderen Seite dort ist ein Kollektor, der aus Platten zusammengesetzt ist, die ein sauberes Kupfer enthalten.

Das Funktionsprinzip des Kollektormotors

Elektrischer Strom (Gleich- oder Gleichstrom), der in die Ankerwicklungen eindringt (je nach Anzahl der einzelnen) erzeugt in ihnen ein elektromagnetisches Feld, das auf der einen Seite einen Südpol und auf der anderen Seite einen Nordpol hat.

Viele Leute wissen, dass, wenn Sie zwei Magnete nehmen und sie anbringen namensgebende Pole einander, dann konvergieren sie zu nichts, und wenn Sie entgegengesetzte Namen verwenden, bleiben sie haften, so dass es nicht immer möglich ist, sie zu trennen.

Dieses elektromagnetische Feld, das in jeder der Ankerwicklungen entsteht und mit jedem der Pole der Statormagnete zusammenwirkt, aktiviert (rotiert) den Anker selbst. Außerdem fließt der Strom durch den Kollektor und die Bürsten zur nächsten Wicklung, und so dreht sich die Motorwelle nacheinander von einer Ankerwicklung zur anderen zusammen mit dem Anker, jedoch nur so lange, wie Spannung daran anliegt.

Bei einem Standard-Kollektormotor hat der Anker drei Pole (drei Wicklungen) - dies geschieht, damit der Motor nicht in einer Position "klebt".

Nachteile von Bürstenmotoren

An sich leisten die Kollektormotoren gute Arbeit, aber nur bis zu dem Moment, in dem sie die höchstmögliche Geschwindigkeit am Ausgang herausholen müssen. Es dreht sich alles um die oben genannten Pinsel. Da sie dadurch immer in engem Kontakt mit dem Kollektor stehen hohe Drehzahlen an der Berührungsstelle entsteht Reibung, die weiter zu einem schnellen Verschleiß beider führt und in der Folge zu einem Verlust der Wirkleistung el. führt. Motor. Dies ist der größte Nachteil solcher Motoren, der all seine positiven Eigenschaften zunichte macht.

So funktioniert ein bürstenloser Motor

Hier ist das Gegenteil der Fall, Motoren dieser Art fehlen sowohl Bürsten als auch ein Kollektor. Die Magnete in ihnen sind streng um die Welle herum angeordnet und wirken als Rotor. Um ihn herum werden die Wicklungen gelegt, die bereits mehrere Magnetpole aufweisen. Auf dem Rotor von bürstenlosen Motoren ist ein sogenannter Sensor (Sensor) installiert, der seine Position überwacht und diese Informationen an den Prozessor übermittelt, der in Verbindung mit einem Drehzahlregler arbeitet (die Rotorposition wird mehr als 100 Mal pro Sekunde ausgetauscht ). Am Ausgang bekommen wir mehr reibungslosen Betrieb den Motor selbst mit maximaler Effizienz.

Bürstenlose Motoren können mit oder ohne Sensor sein. Das Fehlen eines Sensors verringert die Effizienz des Motors geringfügig, sodass sein Fehlen einen Anfänger wahrscheinlich nicht verärgern wird, aber andererseits wird der Preis angenehm überraschen. Es ist leicht, sie voneinander zu unterscheiden. Bei Motoren mit Sensor gibt es neben 3 dicken Stromkabeln auch eine zusätzliche Schleife mit dünnen, die zum Drehzahlregler führt. Sie sollten Motoren mit einem Sensor sowohl für Anfänger als auch für Amateure nicht hinterherjagen, da ihr Potenzial nur von den Profis geschätzt wird und der Rest einfach und deutlich zu viel bezahlt.

Vorteile von bürstenlosen Motoren

Es gibt fast keine Verschleißteile. Warum "fast", denn die Rotorwelle ist auf Lagern montiert, die wiederum zum Verschleiß neigen, aber ihre Ressource ist extrem lang und ihre Austauschbarkeit ist sehr einfach. Diese Motoren sind sehr zuverlässig und effizient. Ein Sensor für die Rotorlageregelung ist installiert. Bei Kollektormotoren wird der Betrieb der Bürsten immer von Lichtbögen begleitet, die in der Folge den Betrieb von Funkanlagen stören. Mit der bezkollektonyh sind diese Probleme, wie Sie bereits verstanden haben, ausgeschlossen. Keine Reibung, keine Überhitzung, was ebenfalls ein wesentlicher Vorteil ist. Im Vergleich zu Bürstenmotoren benötigen sie kein zusätzlicher Service während der Operation.

Nachteile von bürstenlosen Motoren

Solche Motoren haben nur ein Minus, das ist der Preis. Wenn Sie es jedoch von der anderen Seite betrachten und berücksichtigen, dass der Betrieb den Besitzer sofort von Problemen wie dem Austauschen von Federn, Ankern, Bürsten und Kollektoren befreit, werden Sie leicht letzteren den Vorzug geben.

Veröffentlicht am 11.04.2013

Allgemeines Gerät (Inrunner, Outrunner)

Bürstenlosen Motor Gleichstrom besteht aus einem Permanentmagnetrotor und einem Stator mit Wicklungen. Es gibt zwei Arten von Motoren: Innenläufer, bei dem sich die Rotormagnete im Stator mit Wicklungen befinden, und Außenläufer, bei dem die Magnete außen liegen und um einen feststehenden Stator mit Wicklungen rotieren.

Planen Innenläufer normalerweise verwendet für schnelllaufende Motoren mit nicht eine große Anzahl m Stangen. Außenläufer 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 durch die Hohlachse zum Stator geführt.

Magnete und Pole

Die Polzahl des Rotors ist gerade. Die Form der verwendeten Magnete ist in der Regel rechteckig. Zylindrische Magnete werden weniger häufig verwendet. Sie werden mit Wechselpolen installiert.

Die Anzahl der Magnete entspricht nicht immer der Anzahl der Pole. Mehrere Magnete können einen Pol bilden:

In diesem Fall bilden 8 Magnete 4 Pole. Die Größe der Magnete hängt von der Geometrie des Motors und den Eigenschaften des Motors ab. Je stärker die verwendeten Magnete sind, desto höher ist das vom Motor erzeugte Drehmoment auf der Welle.

Die Magnete am Rotor werden mit Spezialkleber fixiert. Seltener sind Ausführungen mit Magnethalter. Das Rotormaterial kann magnetisch leitfähig (Stahl), nicht magnetisch leitfähig (Aluminiumlegierungen, Kunststoffe etc.) kombiniert sein.

Wicklungen und Zähne

Die Wicklung eines bürstenlosen Drehstrommotors besteht aus Kupferdraht. Der Draht kann einadrig sein oder aus mehreren isolierten Leitern bestehen. Der Stator besteht aus mehreren übereinander gestapelten Blechen aus magnetisch leitfähigem Stahl.

Die Anzahl der Statorzähne muss durch die Anzahl der Phasen geteilt werden. jene. für bürstenlosen Drehstrommotor Anzahl der Statorzähne muss durch 3 . teilbar sein... Die Anzahl der Statorzähne kann entweder größer oder kleiner als die Anzahl der Pole am Rotor sein. Zum Beispiel gibt es Motoren mit Stromkreisen: 9 Zähne / 12 Magnete; 51 Zähne / 46 Magnete.

Motoren mit einem 3-Zahn-Stator werden selten verwendet. Da zu jedem Zeitpunkt nur zwei Phasen arbeiten (bei Einschaltung durch einen Stern), wirken magnetische Kräfte nicht gleichmäßig über den gesamten Umfang auf den Rotor (siehe Abb.).

Die auf den Rotor wirkenden Kräfte versuchen diesen zu verkanten, was zu erhöhten Schwingungen führt. Um diesen Effekt zu eliminieren, wird der Stator mit vielen Zähnen ausgeführt und die Wicklung möglichst gleichmäßig über die Zähne des gesamten Statorumfangs verteilt.

In diesem Fall heben sich die auf den Rotor wirkenden Magnetkräfte gegenseitig auf. Es gibt kein Ungleichgewicht.

Varianten der Verteilung der Phasenwicklungen entlang der Statorzähne

Wickeloption für 9 Zähne

Wickeloption für 12 Zähne

In den angegebenen Diagrammen ist die Zähnezahl so gewählt, dass sie nicht nur geteilt durch 3... Zum Beispiel für 36 Zähne haben 12 Zähne pro Phase. Die 12 Zähne können wie folgt verteilt werden:

Das am meisten bevorzugte Schema sind 6 Gruppen von 2 Zähnen.

Existiert Motor mit 51 Zähnen am Stator! 17 Zähne pro Phase. 17 ist eine Primzahl, es ist nur durch 1 und durch sich selbst vollständig teilbar. Wie verteilt man die Wicklung entlang der Zähne? Leider konnte ich in der Literatur keine Beispiele und Techniken finden, die helfen würden, dieses Problem zu lösen. Es stellte sich heraus, dass die Wicklung wie folgt verteilt war:

Betrachten Sie eine echte Wicklungsschaltung.

Beachten Sie, dass die Wicklung an verschiedenen Zähnen unterschiedliche Wicklungsrichtungen hat. Die unterschiedlichen Wickelrichtungen sind durch Groß- und Kleinschreibung gekennzeichnet. Details zur Auslegung von Wicklungen finden Sie in der Literaturempfehlung am Ende des Artikels.

Die klassische Wicklung erfolgt mit einem Draht für eine Phase. Jene. alle Wicklungen an den Zähnen einer Phase sind in Reihe geschaltet.

Zahnwicklungen können auch parallel geschaltet werden.

Es können auch kombinierte Einschlüsse möglich sein

Die parallele und kombinierte Verbindung ermöglicht es, die Induktivität der Wicklung zu reduzieren, was zu einer Erhöhung des Statorstroms (und damit der Leistung) und der Motordrehzahl führt.

Elektrische und echte Revolutionen

Wenn der Rotor des Motors zwei Pole hat, dann macht der Rotor bei einer vollen Umdrehung des Magnetfelds am Stator eine volle Umdrehung. Bei 4 Polen braucht es zwei Umdrehungen des Magnetfeldes am Stator, um die Motorwelle um eine volle Umdrehung zu drehen. Je größer die Anzahl der Rotorpole, desto mehr elektrische Umdrehungen sind erforderlich, um die Motorwelle pro Umdrehung zu drehen. Wir haben zum Beispiel 42 Magnete am Rotor. Um den Rotor eine Umdrehung zu drehen, benötigen Sie 42/2 = 21 elektrischer Umsatz... Diese Eigenschaft kann als eine Art Reduzierer verwendet werden. Durch die Wahl der erforderlichen Polzahl erhalten Sie einen Motor mit der gewünschten Geschwindigkeitscharakteristik... Darüber hinaus wird für uns in Zukunft ein Verständnis dieses Prozesses bei der Wahl der Parameter des Reglers notwendig sein.

Positionssensoren

Der Aufbau von Motoren ohne Sensoren unterscheidet sich von Motoren mit Sensoren nur durch deren Fehlen. Andere grundlegende Unterschiede Nein. Die gängigsten Positionssensoren basierend auf dem Hall-Effekt. Sensoren reagieren auf ein Magnetfeld, sie werden in der Regel am Stator so positioniert, dass sie von den Rotormagneten beeinflusst werden. Der Winkel zwischen den Sensoren sollte 120 Grad betragen.

Dies bezieht sich auf "elektrische" Abschlüsse. Jene. Bei einem mehrpoligen Motor kann die physische Position der Sensoren wie folgt sein:

Manchmal befinden sich die Sensoren außerhalb des Motors. Hier ist ein Beispiel für die Position der Sensoren. Es war eigentlich ein sensorloser Motor. So auf einfache Weise es war mit Hallsensoren ausgestattet.

Bei einigen Motoren sind Sensoren installiert auf spezielles Gerät, mit dem Sie die Sensoren in einem bestimmten Bereich bewegen können. Bei einem solchen Gerät wird das Timing eingestellt. Wenn der Motor jedoch einen Rückwärtsgang erfordert (Drehung in Rückseite) benötigen Sie einen zweiten Satz Sensoren, die für den Rückwärtsgang konfiguriert sind. Da das Timing nicht hat zentral am Anfang und niedrige Drehzahlen, können Sie die Sensoren auf den Nullpunkt setzen und der Vorlaufwinkel kann per Software korrigiert werden, wenn der Motor anläuft.

Haupteigenschaften des Motors

Jeder Motor ist für spezifische Anforderungen ausgelegt und weist folgende Hauptmerkmale auf:

• Arbeitszeit für die der Motor ausgelegt ist: lang- oder kurzfristig. Lang Betriebsmodus geht davon aus, dass der Motor stundenlang laufen kann. Solche Motoren sind so ausgelegt, dass die Wärmeabgabe an die Umgebung höher ist als die Wärmeabgabe des Motors selbst. In diesem Fall heizt es sich nicht auf. Beispiel: Lüftungs-, Rolltreppen- oder Förderbandantrieb. Kurzfristig - bedeutet, dass sich der Motor für eine kurze Zeit einschaltet, in der er keine Zeit hat, sich auf die maximale Temperatur aufzuwärmen, gefolgt von einer langen Zeit, in der der Motor Zeit zum Abkühlen hat. Beispiel: Fahrstuhlantrieb, Elektrorasierer, Haartrockner.
• Wicklungswiderstand des Motors... Auswirkungen auf den Wicklungswiderstand des Motors Motoreffizienz... Je geringer der Widerstand, desto höher der Wirkungsgrad. Durch Messen des Widerstands können Sie die Anwesenheit feststellen Drehverschluss in der Wicklung. Der Widerstand der Motorwicklung beträgt Tausendstel Ohm. Zur Messung ist ein spezielles Gerät oder eine spezielle Messtechnik erforderlich.
• Maximal Betriebsspannung ... Die maximale Spannung, der die Statorwicklung standhalten kann. Die maximale Spannung bezieht sich auf den folgenden Parameter.
• Maximale Drehzahl... Manchmal zeigen sie nicht an maximale Geschwindigkeit, ein Kv- die Anzahl der Umdrehungen des Motors pro Volt ohne Last auf der Welle. Multiplizieren dieses Indikators mit maximale Spannung, erhalten wir die maximale Motordrehzahl ohne Belastung der Welle.
• Maximaler Strom... Maximal zulässiger Strom Wicklungen. In der Regel wird auch die Zeit angegeben, in der der Motor dem angegebenen Strom standhält. Die Begrenzung des Maximalstroms ist mit einer möglichen Überhitzung der Wicklung verbunden. Daher bei niedrige Temperaturen Umfeld die tatsächliche Betriebszeit mit dem maximalen Strom wird länger und bei der Hitze brennt der Motor früher aus.
• Maximale Motorleistung. Direkt mit dem vorherigen Parameter verknüpft. Dies ist die Spitzenleistung, die der Motor für einen kurzen Zeitraum, normalerweise einige Sekunden, liefern kann. Bei lange arbeit bei maximaler Leistung sind Überhitzung und Ausfall des Motors unvermeidlich.
• Nennleistung... Die Leistung, die der Motor während der gesamten Einschaltzeit entwickeln kann.
• Phasenvoreilungswinkel (Timing)... Die Statorwicklung weist eine gewisse Induktivität auf, die das Stromwachstum in der Wicklung verhindert. Der Strom wird nach einiger Zeit sein Maximum erreichen. Um diese Verzögerung zu kompensieren, wird die Phasenumschaltung mit etwas Vorlauf durchgeführt. Wie Motorzündung Verbrennungs, wobei der Zündzeitpunkt unter Berücksichtigung der Kraftstoffzündzeit eingestellt wird.

Sie sollten auch darauf achten, dass Sie bei Nennlast nicht die maximale Drehzahl an der Motorwelle erreichen. Kv für einen unbelasteten Motor angegeben. Berücksichtigen Sie beim Betrieb des Motors mit Batterien das „Absacken“ der Versorgungsspannung unter Last, was wiederum die maximale Motordrehzahl reduziert.

Das Funktionsprinzip, das auf Frequenzregelung und Selbstsynchronisation basiert, wird als bürstenloser Motor bezeichnet. Bei dieser Konstruktion wird der Statormagnetfeldvektor relativ zur Rotorposition gesteuert. Der bürstenlose Motor wurde entwickelt, um die Leistung von Standard-DC-Bürstenmotoren zu verbessern.

Er hat organisch am meisten kombiniert beste Qualitäten Gleichstrommotoren und kontaktlose Elektromotoren.

Die wichtigsten Unterschiede zu herkömmlichen Motoren

Bürstenlose Motoren werden häufig in funkgesteuerten Flugzeugen verwendet. Ihre herausragende Leistung und Überlebensfähigkeit hat aufgrund des Fehlens von reibenden Teilen in Form von Bürsten, die Strom übertragen, große Popularität erlangt.

Um sich den Unterschied besser vorstellen zu können, müssen Sie sich daran erinnern, dass in der Norm Kollektormotor der Rotor dreht sich mit Wicklungen im Stator, die auf Permanentmagneten basieren. Die Wicklungen werden je nach Rotorlage über einen Kollektor kommutiert. Im Elektromotor Wechselstrom im Gegenteil, ein Rotor mit Magnet dreht sich in einem Stator mit Wicklungen. Der Motor hat ungefähr das gleiche Design.

Im Gegensatz zu Standardmotoren, im bürstenlosen Teil fungiert der Stator als beweglicher Teil, in dem Permanentmagnete platziert sind, und die Rolle des stationären Teils spielt ein Rotor mit Drehstromwicklungen.

Das Funktionsprinzip eines bürstenlosen Elektromotors

Die Drehung des Motors erfolgt durch Richtungsänderung des Magnetfeldes in den Rotorwicklungen in eine bestimmte Reihenfolge... Dabei wirken die Permanentmagnete mit den Magnetfeldern des Rotors zusammen und treiben den beweglichen Stator an. Diese Bewegung basiert auf der Haupteigenschaft von Magneten, wenn die gleichnamigen Pole abgestoßen werden, und anders als - anziehen.

Die Steuerung der Magnetfelder in den Rotorwicklungen und deren Veränderung erfolgt mit Hilfe des Controllers. Es ist ein ziemlich komplexes Gerät, das hohe Ströme mit schalten kann schnelle Geschwindigkeit... Der Controller hat notwendigerweise einen bürstenlosen Motor in seiner Schaltung, was die Kosten seiner Verwendung stark erhöht.

Bürstenlose Motoren haben keine rotierenden Kontakte und keine Kontakte, die schalten können. Dies ist ihr Hauptvorteil gegenüber herkömmlichen Elektromotoren, da alle Reibungsverluste minimiert werden.

In diesem Artikel möchten wir darüber sprechen, wie wir einen Elektromotor von Grund auf neu geschaffen haben: von der Idee über den ersten Prototypen bis hin zu einem vollwertigen Motor, der alle Tests bestanden hat. Wenn Ihnen dieser Artikel interessant erscheint, werden wir Sie separat über die interessantesten Phasen unserer Arbeit informieren.

Im Bild von links nach rechts: Rotor, Stator, Teilmotorbaugruppe, Motorbaugruppe

Einführung

Heute dank der Entwicklung moderne Elektronik und dem Aufkommen leistungsstarker Magnete auf Basis von Seltenerdmetallen ist es möglich, leistungsfähigere und gleichzeitig kompaktere und leichtere "bürstenlose" Elektromotoren zu bauen. Gleichzeitig sind sie aufgrund der Einfachheit ihres Designs die zuverlässigsten Elektromotoren, die je entwickelt wurden. Die Erstellung eines solchen Motors wird in diesem Artikel besprochen.

Motorbeschreibung

Der erste Motor dieser Art wurde von uns experimentell in 3D gedruckt. Anstelle von Spezialblechen aus Elektroband haben wir für den Rotorkörper und den Statorkern, auf den die Kupferspule gewickelt wurde, gewöhnlichen Kunststoff verwendet. Am Rotor wurden Neodym-Magnete mit rechteckigem Querschnitt befestigt. Natürlich war ein solcher Motor nicht in der Lage zu liefern maximale Leistung... Dies reichte jedoch aus, damit der Motor bis zu 20.000 U / min drehte, wonach der Kunststoff nicht stand und der Rotor des Motors platzte und die Magnete herumgeschleudert wurden. Dieses Experiment hat uns dazu veranlasst, einen vollwertigen Motor zu entwickeln.

Erste Prototypen

Den Rotor des neuen Motors haben wir aus einem einzigen Neodym-Magneten in Form eines Zylinders gefertigt. In einer Pilotproduktion wurde ein Epoxid-Magnet auf eine aus Werkzeugstahl gefertigte Welle geklebt.

Wir schneiden den Stator mit einem Laser aus einem Satz von 0,5 mm dicken Transformatorstahlplatten. Jede Platte wurde dann sorgfältig lackiert und dann wurde der fertige Stator aus ca. 50 Platten geklebt. Die Platten wurden mit Lack überzogen, um einen Kurzschluss zwischen ihnen zu vermeiden und Energieverluste durch Foucault-Ströme, die im Stator entstehen könnten, auszuschließen.

Das Motorgehäuse wurde aus zwei Aluminiumteilen in Form eines Containers gefertigt. Der Stator passt perfekt in das Aluminiumgehäuse und haftet gut an den Wänden. Dieses Design bietet gute Kühlung Motor.

Messung von Eigenschaften

Das Hauptelement des Ständers ist eine schwere Last in Form einer Unterlegscheibe. Während der Messungen dreht der Motor die gegebene Last und die Ausgangsleistung und das Drehmoment des Motors werden aus der Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung berechnet.

Um die Rotationsgeschwindigkeit der Last zu messen, werden ein Magnetpaar auf der Welle und ein magnetisches Digitalanzeige A3144 basierend auf Halleffekt. Natürlich wäre es auch möglich, die Umdrehungen durch Impulse direkt aus den Motorwicklungen zu messen, da dieser Motor ist synchron. Die Version mit Sensor ist jedoch zuverlässiger und funktioniert auch bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten, bei denen die Impulse unlesbar sind.

Neben Umdrehungen kann unser Stand noch einige weitere wichtige Parameter messen:

• Versorgungsstrom (bis 30A) mit einem Stromsensor basierend auf dem Hall-Effekt ACS712;
• Versorgungsspannung. Gemessen direkt über den ADC des Mikrocontrollers, über einen Spannungsteiler;
• Temperatur innerhalb / außerhalb des Motors. Die Temperatur wird mit einem Halbleiterthermistor gemessen;

Dadurch ist unser Stand jederzeit in der Lage zu messen die folgenden Eigenschaften Motor:

• verbrauchter Strom;
• verbrauchte Spannung;
• Energieverbrauch;
• Ausgangsleistung;
• Wellenumdrehungen;
• Moment auf der Welle;
• Strom geht in Wärme über;
• Temperatur im Motor.

Bürstenlosen Motor

Das Funktionsprinzip eines bürstenlosen Drehstrommotors

Ventilmotor ist ein Synchronmotor nach dem Prinzip der Frequenzregelung mit Selbstsynchronisation, dessen Kern darin besteht, den Vektor des Statormagnetfeldes in Abhängigkeit von der Position des Rotors zu steuern. Ventilmotoren(in der englischsprachigen Literatur BLDC oder PMSM) werden auch bürstenlose DC-Motoren genannt, da der Kollektor eines solchen Motors meist mit einer Gleichspannung versorgt wird.

VD-Beschreibung

Dieser Motortyp wurde entwickelt, um die Eigenschaften von Gleichstrommotoren zu verbessern. Hohe Anforderungen an Aktoren(insbesondere Hochgeschwindigkeits-Mikroantriebe zur präzisen Positionierung) haben zum Einsatz von spezifische Motoren Gleichstrom: kontaktlos Drehstrommotoren Gleichstrom (BDPT oder BLDC). Vom Aufbau her ähneln sie Wechselstrom-Synchronmotoren: Der magnetische Rotor dreht sich in einem geschichteten Stator mit Drehstromwicklungen. Die Drehzahl ist jedoch eine Funktion von Last und Statorspannung. Diese Funktion wird durch Umschalten der Statorwicklungen in Abhängigkeit von den Rotorkoordinaten realisiert. BDPTs sind in Versionen mit separaten Sensoren am Rotor und ohne separate Sensoren erhältlich. Als separate Sensoren werden Hallsensoren verwendet. Bei Ausführung ohne separate Sensoren wirken die Statorwicklungen als Befestigungselement. Wenn sich der Magnet dreht, induziert der Rotor eine EMF in den Statorwicklungen, was zu einem Strom führt. Beim Abschalten einer Wicklung wird das darin induzierte Signal gemessen und verarbeitet. Dieser Algorithmus erfordert einen Signalprozessor. Zum Bremsen und Reversieren des BDPS wird keine Brückenleistungsumkehrschaltung benötigt - es reicht aus, Steuerimpulse in umgekehrter Reihenfolge an die Statorwicklungen anzulegen.

Der Hauptunterschied zwischen VD und Synchronmotor ist seine Selbstsynchronisation mit Hilfe von DPR, wodurch die Drehfrequenz des Feldes im VD proportional zur Drehfrequenz des Rotors ist.

Stator

Bürstenloser Motorstator

Der Stator ist traditionell aufgebaut und ähnelt dem Stator einer Induktionsmaschine. Es besteht aus einem Körper, einem Kern aus Elektrostahl und einer Kupferwicklung, die in Nuten entlang des Umfangs des Kerns verlegt ist. Die Anzahl der Wicklungen bestimmt die Anzahl der Phasen im Motor. Für Selbststart und Rotation genügen zwei Phasen - Sinus und Cosinus. Typischerweise sind HP dreiphasig, seltener vierphasig.

Gemäß dem Verfahren zum Einlegen der Windungen in die Statorwicklungen werden Motoren mit einer gegenläufigen elektromotorischen Kraft einer trapezförmigen (BLDC) und einer sinusförmigen (PMSM) Form unterschieden. Je nach Versorgungsart ändert sich auch der Phasenstrom bei den entsprechenden Motortypen trapez- oder sinusförmig.

Rotor

Der Rotor besteht aus Permanentmagneten und hat typischerweise zwei bis acht Polpaare mit abwechselnden Nord- und Südpolen.

Anfänglich wurden Ferritmagnete verwendet, um den Rotor herzustellen. Sie sind üblich und billig, aber es fehlt die Form niedriges Niveau magnetische Induktion. Heutzutage werden Magnete aus Seltenerdlegierungen immer beliebter, da sie die Gewinnung ermöglichen hohes Niveau magnetische Induktion und reduzieren die Größe des Rotors.

Rotorlagesensor

Der Rotorpositionssensor (RPS) gibt Rückmeldung über die Rotorposition. Seine Funktionsweise kann auf verschiedenen Prinzipien basieren - photoelektrisch, induktiv, Hall-Effekt usw. Am beliebtesten sind Hall- und photoelektrische Sensoren, da sie praktisch träge sind und es Ihnen ermöglichen, die Verzögerung im Kanal zu beseitigen Rückmeldung nach Rotorlage.

Die Lichtschranke in ihrer klassischen Form enthält drei feststehende Fotodetektoren, die nacheinander von einem synchron mit dem Rotor rotierenden Verschluss geschlossen werden. Dies ist in Abbildung 1 (gelber Punkt) dargestellt. Der vom DPR erhaltene Binärcode erfasst sechs verschiedene Rotorpositionen. Die Sensorsignale werden vom Steuergerät in eine Kombination von Steuerspannungen umgewandelt, die die Leistungsschalter steuern, so dass in jedem Zyklus (Phase) des Motorbetriebs zwei Schalter eingeschaltet und zwei der drei Ankerwicklungen in Reihe geschaltet sind zum Netzwerk. Ankerwicklungen U, V, W befinden sich am Stator mit einer Verschiebung von 120° und ihre Anfänge und Enden sind so verbunden, dass beim Umschalten der Tasten ein rotierender Gradient von Magnetfeldern entsteht.

VD-Steuerungssystem

Das Steuerungssystem enthält Leistungsschalter, oft Thyristoren oder IGBT-Leistungstransistoren. Daraus wird ein Spannungswandler oder ein Stromwandler zusammengesetzt. Die Schlüsselsteuerung wird aufgrund der Vielzahl von Rechenoperationen zur Steuerung des Motors in der Regel auf Basis eines Mikrocontrollers realisiert.

Das Prinzip des VD-Betriebs

Das Prinzip des HP-Betriebs basiert auf der Tatsache, dass der HP-Controller die Statorwicklungen so kommutiert, dass der Statormagnetfeldvektor immer orthogonal zum Rotormagnetfeldvektor ist. Mittels Pulsweitenmodulation (PWM) steuert der Controller den Strom, der durch die HP-Wicklungen fließt, d.h. Vektor des Statormagnetfeldes und damit das auf den HD-Rotor wirkende Drehmoment geregelt. Das Vorzeichen des Winkels zwischen den Vektoren bestimmt die Richtung des auf den Rotor wirkenden Moments.

Die Kommutierung erfolgt so, dass der Rotorerregungsfluss F 0 bezüglich der Ankerströmung konstant gehalten. Durch das Zusammenwirken von Ankerströmung und Erregung entsteht ein Drehmoment m, die versucht, den Rotor so zu drehen, dass die Flüsse des Ankers und der Erregung zusammenfallen, aber wenn sich der Rotor unter der Wirkung des DPR dreht, werden die Wicklungen geschaltet und der Fluss des Ankers dreht sich zum nächsten Schritt.

In diesem Fall wird der resultierende Stromvektor relativ zum Rotorfluss verschoben und stationär, wodurch ein Drehmoment an der Motorwelle erzeugt wird.

In der motorischen Betriebsart liegt der MDS des Stators dem MDS des Rotors um einen Winkel von 90° vor, der mit dem DPR eingehalten wird. Im Bremsbetrieb eilt der MDS des Stators dem MDS des Rotors nach, der 90°-Winkel wird auch über den DPR eingehalten.

Motorsteuerung

Der HD-Regler regelt das auf den Rotor wirkende Drehmoment durch Veränderung des PWM-Wertes.

Im Gegensatz zu Bürstenmotor Gleichstrom, das Schalten in der WP wird von einer Elektronik durchgeführt und gesteuert.

Regelsysteme, die Algorithmen zur Pulsweitenregelung und Pulsweitenmodulation in der HD-Steuerung implementieren, sind weit verbreitet.

Das System mit dem größten Drehzahlregelungsbereich – für Motoren mit Vektorregelung. Der Frequenzumrichter regelt die Motordrehzahl und hält die Flusskopplung in der Maschine auf einem vorgegebenen Niveau.

Ein Merkmal der Regelung eines elektrischen Antriebs mit Vektorregelung sind die geregelten Koordinaten gemessen in stationäre Anlage Koordinaten werden in ein rotierendes System umgewandelt, aus dem ein konstanter Wert zugewiesen wird, der proportional zu den Komponenten der Vektoren der gesteuerten Parameter ist, nach denen die Bildung von Steueraktionen durchgeführt wird, dann der umgekehrte Übergang.

Der Nachteil dieser Systeme ist die Komplexität der Steuerung und Funktionsgeräte zum große Auswahl Geschwindigkeitsregelung.

Vor- und Nachteile von VD

In letzter Zeit gewinnt dieser Motortyp schnell an Popularität und durchdringt viele Branchen. Es wird in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt: von Haushaltsgeräten bis hin zu Schienenfahrzeugen.

VD mit elektronische Systeme Steuerungen kombinieren oft die besten Eigenschaften von kontaktlosen und DC-Motoren.

Vorteile:

• Großer Geschwindigkeitsbereich
• Berührungslos und wartungsfrei - bürstenlose Maschine
• Geeignet für den Einsatz in explosiver und aggressiver Umgebung
• Hohes Überlastdrehmoment
• Hohe Energieeffizienz (Wirkungsgrad über 90%)

• Lange Lebensdauer, hohe Zuverlässigkeit und erhöhte Lebensdauer durch das Fehlen von elektrischen Schleifkontakten

Nachteile:

• Relativ ausgeklügeltes Motormanagementsystem
• Die hohen Kosten des Motors aufgrund der Verwendung von teuren Permanentmagnete im Rotordesign
• In vielen Fällen ist es sinnvoller, einen Asynchronmotor mit Frequenzumrichter zu verwenden.

Für Anwendungen, die höchste erreichbare Effizienz mit extrem einfachen und zuverlässige Blöcke Steuerung (Schlüsselschalter ohne PWM) ist noch folgendes Merkmal hervorzuheben: Trotz der Tatsache, dass die Umdrehungen durch die Steuerung stark variieren können, ist nur in einem relativ engen Winkelgeschwindigkeitsbereich ein akzeptabler Wirkungsgrad zu erreichen. Diese wird durch die Induktivität der Wicklungen bestimmt. Wenn die Drehzahl unter dem Optimum liegt, führt die fortgesetzte Bestromung dieser Phase nach Erreichen der magnetischen Flussgrenze nur zu einer unnötigen Erwärmung. Bei höheren Drehzahlen als optimal erreicht der magnetische Fluss im Pol aufgrund der induktivitätsbegrenzten Stromanstiegszeit nicht sein Maximum. Beispiele für solche Motoren sind bürstenlose Modellbausätze. Sie müssen effizient, leicht und zuverlässig sein und eine optimale Winkelgeschwindigkeit bei gegebener Lastkennlinie produzieren die Hersteller Modellreihen mit unterschiedlichen Induktivitäten (Anzahl der Windungen) Wicklungen. Gleichzeitig entspricht eine geringere Umdrehungszahl einem schnelleren Motor.

siehe auch

Links

• http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/app/micros/avr/AVR440.htm AVR440: Steuerung eines zweiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors ohne Sensoren
• http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html 5.4 Belüftete Motoren
• http://www.imafania.narod.ru/bldc.htm Über bürstenlosen Motor und Verwendung Schrittmotor als bürstenlos