Wie man aus einem Bürstenmotor einen bürstenlosen Motor macht. So funktioniert ein bürstenloser Motor

Veröffentlicht am 11.04.2013

Allgemeines Gerät (Inrunner, Outrunner)

Bürstenlosen Motor Gleichstrom besteht aus einem Permanentmagnet-Rotor und einem Stator mit Wicklungen. Es gibt zwei Arten von Motoren: Innenläufer, bei dem sich die Rotormagnete im Stator mit Wicklungen befinden, und Outrunner, 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. Outrunner Besorgen Sie sich ggf. einen drehmomentstarken Motor mit relativ niedrigen Drehzahlen. Konstruktiv sind Inrunner einfacher, da der stationäre Stator als Gehäuse dienen kann. Darauf können Befestigungselemente montiert 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 Drehmoment, das der Motor auf der Welle erzeugt.

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 massiv 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 zur Lösung dieses Problems beitragen würden. Es stellte sich heraus, dass die Wicklung wie folgt verteilt war:

Betrachten Sie eine echte Wicklungsschaltung.

Bitte beachten Sie, dass die Wicklung an verschiedenen Zähnen unterschiedliche Wickelrichtungen hat. Die unterschiedlichen Wickelrichtungen sind durch Groß- und Kleinbuchstaben gekennzeichnet. Details zur Auslegung von Wicklungen finden Sie in den Literaturvorschlägen 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

Durch die parallele und kombinierte Verbindung können Sie die Induktivität der Wicklung reduzieren, was zu einer Erhöhung des Ständerstroms (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 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 braucht man 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. Auf so einfache Weise wurde es mit Hallsensoren ausgestattet.

Bei einigen Motoren sind Sensoren installiert auf spezielles Gerät, mit dem Sie die Sensoren innerhalb eines bestimmten Bereichs 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 Voreilwinkel 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. Diese Motoren sind so konstruiert, 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 Förderantrieb. 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... Der Widerstand der Motorwicklung beeinflusst den Wirkungsgrad des Motors. 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 Belastung 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. Beim lange arbeit auf der maximale LeistungÜberhitzung des Motors und sein Ausfall ist 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.

Beachten Sie auch, dass Sie bei Nennlast keine maximale Drehzahl an der Motorwelle erreichen. Kv für einen unbelasteten Motor angegeben. Berücksichtigen Sie bei der Batterieversorgung des Motors das „Absacken“ der Versorgungsspannung unter Last, was wiederum die maximale Motordrehzahl reduziert.

Das Funktionsprinzip eines bürstenlosen Gleichstrommotors (BKDP) ist seit langem bekannt und bürstenlose Motoren waren schon immer eine interessante Alternative zu herkömmlichen Lösungen. Trotzdem ähnlich elektrische Autos erst im XXI Jahrhundert fanden sie breite Anwendung in der Technik. Ausschlaggebend für die flächendeckende Umsetzung war die mehrfache Kostenreduzierung der Antriebsregelelektronik des BDKP.

Probleme mit dem Kollektormotor

Grundsätzlich besteht die Aufgabe eines jeden Elektromotors darin, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Es gibt zwei Haupt physikalische Phänomene dem Gerät elektrischer Maschinen zugrunde liegen:

Der Motor ist so konstruiert, dass die an jedem der Magneten erzeugten Magnetfelder immer miteinander interagieren und den Rotor drehen. Ein herkömmlicher Gleichstrommotor besteht aus vier Hauptteilen:

• Stator (stationäres Element mit Magnetring);
• Anker (rotierendes Element mit Wicklungen);
• Kohlebürsten;
• Kollektor.

Diese Konstruktion sorgt für die Drehung des Ankers und des Kollektors auf derselben Welle relativ zu den feststehenden Bürsten. Der Strom fließt von der Quelle durch den federbelasteten für guter Kontakt Bürsten am Kommutator, der den Strom zwischen den Ankerwicklungen verteilt. Das dort induzierte Magnetfeld interagiert mit den Statormagneten, wodurch der Stator in Rotation versetzt wird.

Der Hauptnachteil traditioneller Motor dass ein mechanischer Kontakt an den Bürsten nicht reibungsfrei gewährleistet werden kann. Mit zunehmender Geschwindigkeit manifestiert sich das Problem stärker. Die Verteilerbaugruppe nutzt sich mit der Zeit ab und ist außerdem anfällig für Lichtbögen und Ionisierung. Umgebungsluft... Somit ist trotz der Einfachheit und der geringen Herstellungskosten solche Elektromotoren haben einige unüberwindbare Nachteile:

• Abnutzung von Bürsten;
• elektrische Störungen durch Lichtbogen;
• Höchstgeschwindigkeitsbegrenzungen;
• Schwierigkeiten beim Kühlen eines rotierenden Elektromagneten.

Das Aufkommen der Prozessortechnologie und der Leistungstransistoren ermöglichte es Entwicklern, die mechanische Schalteinheit aufzugeben und die Rolle von Rotor und Stator in einem Gleichstrommotor zu ändern.

Das Funktionsprinzip des BDKP

Bei einem bürstenlosen Elektromotor übernimmt im Gegensatz zum Vorgänger ein elektronischer Wandler die Rolle eines mechanischen Schalters. Dadurch kann das "Umgekehrte" Schema des BDKP umgesetzt werden - seine Wicklungen befinden sich am Stator, wodurch kein Kollektor erforderlich ist.

Mit anderen Worten, die Hauptsache grundlegender Unterschied zwischen klassischer Motor und BDKP ist, dass anstelle von stationären Magneten und rotierenden Spulen letztere aus stationären Wicklungen und rotierenden Magneten bestehen. Trotz der Tatsache, dass das Schalten selbst darin ähnlich erfolgt, ist seine physikalische Umsetzung in bürstenlosen Antrieben viel komplizierter.

Das Hauptproblem ist die präzise Steuerung des bürstenlosen Motors, was impliziert richtige Reihenfolge und die Schaltfrequenz der einzelnen Wicklungsabschnitte. Dieses Problem ist konstruktiv nur lösbar, wenn die aktuelle Position des Rotors kontinuierlich ermittelt werden kann.

Die zur Verarbeitung durch die Elektronik benötigten Daten werden auf zwei Wegen gewonnen.:

• Erfassen der absoluten Position der Welle;
• durch Messen der in den Statorwicklungen induzierten Spannung.

Um die Steuerung nach dem ersten Verfahren zu implementieren, werden meistens entweder optische Paare oder am Stator befestigte Hallsensoren verwendet, die auf den magnetischen Fluss des Rotors reagieren. Der Hauptvorteil ähnliche Systeme Das Sammeln von Informationen über die Position der Welle ist ihre Leistung auch bei sehr niedrige Geschwindigkeiten und in Ruhe.

Die sensorlose Steuerung zur Schätzung der Spannung in den Spulen erfordert mindestens eine minimale Rotordrehung. Daher ist bei solchen Konstruktionen ein Modus zum Starten des Motors bis zu Umdrehungen vorgesehen, bei denen die Spannung an den Wicklungen geschätzt werden kann, und der Ruhezustand wird durch Analysieren der Wirkung des Magnetfelds auf die durchlaufenden Teststromimpulse getestet die Spulen.

Trotz aller oben genannten Konstruktionsschwierigkeiten, bürstenlose Motoren werden aufgrund ihrer Leistung und einer Reihe von Eigenschaften, die für den Sammler unzugänglich sind, immer beliebter. Eine kurze Liste der Hauptvorteile des BDKP gegenüber den klassischen sieht wie folgt aus:

• keine mechanischen Energieverluste durch Bürstenreibung;
• vergleichsweise Geräuschlosigkeit der Arbeit;
• Leichtes Beschleunigen und Abbremsen der Rotation durch geringe Rotorträgheit;
• präzise Rotationskontrolle;
• die Möglichkeit, die Kühlung aufgrund der Wärmeleitfähigkeit zu organisieren;
• Fähigkeit, daran zu arbeiten hohe Geschwindigkeiten;
• Haltbarkeit und Zuverlässigkeit.

Moderne Anwendung und Perspektiven

Es gibt viele Geräte, für die eine längere Betriebszeit erforderlich ist kritische Wichtigkeit... Bei solchen Geräten ist der Einsatz von BDKP trotz ihrer relativen Hohe Kosten... Es kann Wasser sein und Kraftstoffpumpen, Turbinen zum Kühlen von Klimaanlagen und Motoren usw. Bürstenlose Motoren werden in vielen Elektromodellen verwendet Fahrzeug... Heutzutage konzentriert sich die Automobilindustrie ernsthaft auf bürstenlose Motoren.

BDKP sind ideal für kleine Antriebe, die in schwierige Bedingungen oder hochpräzise: Zuführungen und Gurtförderer, Industrieroboter, Positionierungssysteme. Es gibt Bereiche, in denen bürstenlose Motoren unangefochten dominieren: Festplatten, Pumpen, leise Lüfter, kleine Haushaltsgeräte, CD-/DVD-Laufwerke. Geringes Gewicht und hohe Leistung haben die BDKP auch zur Basis für die Herstellung moderner Akku-Handwerkzeuge gemacht.

Wir können sagen, dass es im Bereich der Elektroantriebe deutliche Fortschritte gibt. Der anhaltende Preisverfall für digitale Elektronik hat einen Trend zur ubiquitären Nutzung hervorgebracht bürstenlose Motoren anstelle von traditionellen.

Als ich anfing, ein Steuergerät für einen bürstenlosen Motor (Radmotor) zu entwickeln, gab es viele Fragen, wie man einen realen Motor mit einer abstrakten Schaltung aus drei Wicklungen und Magneten vergleichen kann, auf der in der Regel jeder das bürstenlose Prinzip erklärt Motoren steuern.

Als ich die Steuerung durch Hallsensoren implementiert habe, habe ich noch nicht wirklich verstanden, was jenseits der abstrakten drei Wicklungen und zwei Pole im Motor passiert: warum 120 Grad und warum der Regelalgorithmus genau der gleiche ist.

Alles passte, als ich anfing, die Idee der sensorlosen Steuerung eines bürstenlosen Motors zu verstehen - das Verständnis des Prozesses, der in einer echten Hardware abläuft, half dabei, die Hardware zu entwickeln und den Regelalgorithmus zu verstehen.

Im Folgenden werde ich versuchen, meinen Weg zum Verständnis des Prinzips der Steuerung eines bürstenlosen Gleichstrommotors zu beschreiben.

Für den Betrieb eines bürstenlosen Motors ist es erforderlich, dass das konstante Magnetfeld des Rotors wie bei einem herkömmlichen Gleichstrommotor durch das rotierende elektromagnetische Feld des Stators abgeführt wird.

Die Drehung des Statormagnetfeldes erfolgt durch Umschalten der Wicklungen mittels einer elektronischen Steuereinheit.
Der Aufbau eines bürstenlosen Motors ähnelt dem eines Synchronmotors, wenn der bürstenlose Motor an ein Drehstromnetz angeschlossen wird. Wechselstrom Wenn die elektrischen Parameter des Motors erfüllt sind, wird es funktionieren.

Eine gewisse Kommutierung der Wicklungen eines bürstenlosen Motors ermöglicht die Ansteuerung von einer Gleichstromquelle. Um zu verstehen, wie eine Kommutierungstabelle für einen bürstenlosen Motor erstellt wird, muss die Steuerung einer AC-Synchronmaschine berücksichtigt werden.

Synchronmaschine
Die Synchronmaschine wird über ein Drehstromnetz gesteuert. Der Motor hat 3 elektrische Wicklungen, die um 120 elektrische Grad versetzt sind.

Nach dem Start eines Drehstrommotors im Generatormodus induziert ein konstantes Magnetfeld an jeder der Motorwicklungen eine EMK, die Motorwicklungen sind gleichmäßig verteilt, eine Sinusspannung wird an jeder der Phasen induziert und diese Signale werden um 1/3 der Periode untereinander verschoben (Abbildung 1). Die Form der EMF ändert sich nach einem sinusförmigen Gesetz, die Periode der Sinuskurve beträgt 2P (360), da wir es mit elektrischen Größen (EMF, Spannung, Strom) zu tun haben, nennen wir sie elektrische Grade und messen die Periode in Ihnen.

Wenn an den Motor eine dreiphasige Spannung angelegt wird, liegt zu jedem Zeitpunkt an jeder Wicklung eine bestimmte Stromstärke an.

Jede Wicklung erzeugt einen magnetischen Feldvektor proportional zum Strom in der Wicklung. Durch Addieren von 3 Vektoren erhalten Sie den resultierenden Vektor des Magnetfelds. Da sich der Strom an den Motorwicklungen im Laufe der Zeit nach einem sinusförmigen Gesetz ändert, ändert sich die Größe des Magnetfeldvektors jeder Wicklung und der resultierende Gesamtvektor ändert den Drehwinkel, während die Größe dieses Vektors konstant bleibt.

Abbildung 2 zeigt eine elektrische Periode eines Drehstrommotors, für diese Periode sind 3 beliebige Momente angegeben, um jedes dieser Momente des Magnetfeldvektors einzubauen, verschieben wir diese Periode, 360 elektrische Grad, auf einem Kreis. Platzieren Sie 3 Motorwicklungen um 120 elektrische Grad zueinander verschoben (Abbildung 3).

Entlang jeder der Phasen ist der Vektor des von der Motorwicklung erzeugten Magnetfelds aufgetragen. Die Richtung des Vektors wird durch die Richtung des Gleichstroms in der Wicklung bestimmt. Wenn die an der Wicklung anliegende Spannung positiv ist, ist der Vektor gerichtet auf gegenüberliegende Seite von der Wicklung, wenn negativ, dann entlang der Wicklung. Der Betrag des Vektors ist proportional zum Betrag der Spannung an der Phase in dieser Moment.
Um den resultierenden Magnetfeldvektor zu erhalten, ist es notwendig, die Vektordaten gemäß dem Vektoradditionsgesetz zu addieren.
Die Konstruktion ist für den zweiten und dritten Zeitpunkt ähnlich.

Der resultierende Vektor ändert also im Laufe der Zeit sanft seine Richtung. Abbildung 5 zeigt die resultierenden Vektoren und zeigt die vollständige Drehung des Statormagnetfelds in einer elektrischen Periode.

Hinter diesem Vektor des elektrischen Magnetfeldes wird zu jedem Zeitpunkt das Magnetfeld der Permanentmagnete des Rotors abgeführt (Bild 6).

So funktioniert eine Synchron-Wechselstrommaschine.

Bei einer Gleichstromquelle ist es erforderlich, eine elektrische Periode mit einer Änderung der Stromrichtungen an drei Motorwicklungen unabhängig zu bilden. Da der Aufbau eines bürstenlosen Motors dem eines Synchronmotors gleicht und im Generatorbetrieb identische Parameter aufweist, muss von Bild 5 ausgegangen werden, das das erzeugte magnetische Drehfeld zeigt.

Konstanter Druck
Das DC-Netzteil hat nur 2 Adern "Plus Power" und "Minus Power", wodurch es möglich ist, nur zwei der drei Wicklungen mit Spannung zu versorgen. Es ist notwendig, sich Abbildung 5 anzunähern und alle Momente auszuwählen, in denen es möglich ist, 2 von drei Phasen anzuschließen.

Die Anzahl der Permutationen aus dem 3er-Set beträgt 6, daher gibt es 6 Möglichkeiten zum Verbinden der Wicklungen.
Lass uns darstellen Möglichkeiten Kommutierungen und wählen Sie eine Sequenz aus, in der der Vektor schrittweise weitergedreht wird, bis er das Ende der Periode erreicht und von vorne beginnt.

Die elektrische Periode wird ab dem ersten Vektor gezählt.

Abbildung 5 zeigt, dass bei der Steuerung einer dreiphasigen Sinusspannung viele Vektoren sich im Laufe der Zeit reibungslos drehen, und beim Schalten mit Gleichstrom ist es möglich, ein Drehfeld von nur 6 Vektoren zu erhalten, dh zum nächsten Schritt zu schalten muss alle 60 elektrischen Grad auftreten.
Die Ergebnisse aus Abbildung 7 sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Tabelle 1. Die resultierende Reihenfolge der Kommutierungen der Motorwicklungen.

Die Ansicht des resultierenden Steuersignals gemäß Tabelle 1 ist in Abbildung 8 gezeigt. Dabei schaltet -V auf Minus der Stromversorgung (GND) und + V schaltet auf Plus der Stromversorgung.

Das reale Bild der Motorphasen ähnelt jedoch dem Sinussignal aus Abbildung 1. Das Signal hat eine Trapezform, da in den Momenten, in denen die Motorwicklung nicht angeschlossen ist, die Permanentmagnete des Rotors eine EMF darauf induzieren (Abbildung 9).

Auf einem Oszilloskop sieht das so aus:

Design-Merkmale
Wie bereits erwähnt, wird für 6 Schaltungen der Wicklungen eine elektrische Periode von 360 elektrischen Grad gebildet.
Diese Zeit muss dem tatsächlichen Drehwinkel des Rotors zugeordnet werden. Motoren mit einem Polpaar und einem Dreizahnstator werden selten verwendet, Motoren haben N Polpaare.
Abbildung 11 zeigt Motormodelle mit einem Polpaar und zwei Polpaaren.

Ein Motor mit zwei Polpaaren hat 6 Wicklungen, jede der Wicklungen ist ein Paar, jede Gruppe von 3 Wicklungen ist um 120 elektrische Grad gegeneinander versetzt. Abbildung 12b. um eine Periode für 6 Wicklungen verzögert. Die Wicklungen U1-U2, V1-V2, W1-W2 sind miteinander verbunden und stellen in der Ausführung 3-Phasen-Ausgangsleitungen dar. Der Einfachheit halber sind die Verbindungen nicht gezeigt, aber denken Sie daran, dass U1-U2, V1-V2, W1-W2 gleich sind.

Abbildung 12, basierend auf den Daten in Tabelle 1, zeigt Vektoren für ein und zwei Polpaare.

Abbildung 13 zeigt die Vektoren, die durch 6 Kommutierungen der Motorwicklungen mit einem Polpaar entstehen. Der Rotor besteht aus Permanentmagneten, in 6 Schritten dreht sich der Rotor mechanisch um 360 Grad.
Die Abbildung zeigt die Endlagen des Rotors, in den Abständen zwischen zwei benachbarten Positionen dreht sich der Rotor vom vorherigen in den nächsten Schaltzustand. Wenn der Rotor diese Endposition erreicht, muss die nächste Umschaltung erfolgen und der Rotor wird eine neue Zielposition anstreben, so dass sein Magnetfeldvektor mit dem elektromagnetischen Feldvektor des Stators gleichgerichtet wird.

Bei Motoren mit N Polpaaren müssen für eine vollständige mechanische Umdrehung N elektrische Perioden durchlaufen werden.
Ein Motor mit zwei Polpaaren hat zwei Magnete mit den Polen S und N und 6 Wicklungen (Abbildung 14). Jede Gruppe von 3 Wicklungen ist um 120 elektrische Grad gegeneinander versetzt.

Bestimmung der Rotorposition eines bürstenlosen Motors
Wie bereits erwähnt, ist es für das Funktionieren des Motors erforderlich die richtigen momente Zeit, um die Spannung an die erforderlichen Statorwicklungen anzuschließen. Je nach Position des Rotors muss die Spannung an die Motorwicklungen angelegt werden, damit das Statormagnetfeld dem Rotormagnetfeld immer voraus ist. Um die Position des Rotors des Motors und das Schalten der Wicklungen zu bestimmen, verwenden Sie die elektronische Einheit Verwaltung.
Die Verfolgung der Rotorposition ist auf verschiedene Weise möglich:
1. Durch Hallsensoren
2. Durch Gegen-EMF
In der Regel statten die Hersteller den Motor bei der Freigabe mit Hallsensoren aus, daher ist dies die gebräuchlichste Steuerungsmethode.
Durch das Schalten der Wicklungen gemäß den Gegen-EMK-Signalen können Sie auf die im Motor eingebauten Sensoren verzichten und die Analyse der freien Phase des Motors als Sensor verwenden, die durch das Gegen-EMK-Magnetfeld induziert wird.

Bürstenlose Motorsteuerung mit Hallsensor
Um die Wicklungen zum richtigen Zeitpunkt zu schalten, ist es notwendig, die Position des Rotors in elektrischen Graden zu verfolgen. Dazu werden Hallsensoren verwendet.
Da es 6 Zustände des Magnetfeldvektors gibt, werden 3 Hallsensoren benötigt, die einen darstellen Absolutwertgeber Positionen mit Drei-Bit-Ausgabe. Hallsensoren werden wie Wicklungen um 120 elektrische Grad gegeneinander versetzt eingebaut. Dadurch können die Rotormagnete als Betätigungselement des Sensors verwendet werden.

Um den Motor zu drehen, ist es notwendig, dass das Statormagnetfeld dem Rotormagnetfeld voraus ist, die Position, wenn der Rotormagnetfeldvektor gleichgerichtet mit dem Statormagnetfeldvektor ist, ist für eine gegebene Kommutierung endlich die Umschaltung auf die nächste Kombination muss erfolgen, um ein Schweben des Rotors im Stillstand zu verhindern.
Vergleichen wir die Signale von Hall-Sensoren mit einer Kombination von Phasen, die angeschlossen werden müssen (Tabelle 2)

Tabelle 2. Vergleich von Hall-Sensorsignalen mit Motorphasenkommutierung.

Back-EMF-Steuerung
Es gibt bürstenlose Motoren ohne Positionssensoren. Die Bestimmung der Rotorlage erfolgt durch Auswertung des EMK-Signals an der freien Phase des Motors. Zu jedem Zeitpunkt wird „+“ mit einer der Phasen mit der anderen „-“ der Stromversorgung verbunden, eine der Phasen bleibt frei. Beim Rotieren induziert das Rotormagnetfeld EMF in der freien Wicklung. Mit fortschreitender Drehung ändert sich die Spannung an der freien Phase (Abbildung 17).

Das Signal der Motorwicklung wird in 4 Punkte aufgeteilt:
1. Die Wicklung ist mit 0 . verbunden
2. Wicklung nicht angeschlossen (freie Phase)
3. Die Wicklung wird an die Versorgungsspannung angeschlossen
4. Wicklung nicht angeschlossen (freie Phase)
Vergleicht man das Signal der Phasen mit dem Steuersignal, kann man erkennen, dass der Moment des Übergangs in den nächsten Zustand durch das Überschreiten des Mittelpunkts (halbe Versorgungsspannung) mit einer momentan nicht angeschlossenen Phase erkannt werden kann (Abbildung 18).

Nach dem Erkennen einer Kreuzung ist es notwendig, anzuhalten und den nächsten Zustand einzuschalten. Gemäß dieser Abbildung wird ein Algorithmus zum Umschalten der Zustände der Wicklungen erstellt (Tabelle 3).

Tabelle 3. Algorithmus zum Schalten von Motorwicklungen

Der Komparator wird getriggert, wenn die Spannung den Mittelpunkt überschreitet und erzeugt ein Signal für den Mikrocontroller.

Signalverarbeitung von Motorphasen
Das Signal der Phasen beim Regeln der PWM-Geschwindigkeit unterscheidet sich jedoch im Aussehen und hat einen Impulscharakter (Abbildung 21). In einem solchen Signal ist es unmöglich, den Schnittpunkt mit dem Mittelpunkt zu erkennen.

So dieses Signal sollte mit einem RC-Filter gefiltert werden, um die Hüllkurve zu erhalten, und auch entsprechend den Anforderungen des Komparators geteilt werden. Mit zunehmendem Tastverhältnis nimmt die Amplitude des PWM-Signals zu (Abbildung 22).

Mittelpunktschema

Durch strombegrenzende Widerstände werden Signale aus den Phasen entfernt und zusammengeführt, es ergibt sich folgendes Bild:

Aufgrund der PWM ist die Mittelpunktspannung nicht konstant, das Signal muss zusätzlich gefiltert werden. Ist die Mittelpunktspannung nach der Glättung groß genug (im Bereich der Motorversorgungsspannung), muss sie durch einen Spannungsteiler auf den Wert der halben Versorgungsspannung geteilt werden.
bürstenlosen Motor

Gleichstrommotor heißt Elektromotor die mit konstantem Strom betrieben wird. Besorgen Sie sich ggf. einen drehmomentstarken Motor mit relativ niedrigen Drehzahlen. Konstruktiv sind Inrunner einfacher, da der stationäre Stator als Gehäuse dienen kann. Darauf können Befestigungselemente montiert 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 auf Wechsel- als auch auf 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 Getriebe Multiplikator genannt, der die kinematischen Parameter des Geräts auf die erforderlichen technische Indikatoren... Kollektorbaugruppen nehmen manchmal die Hälfte des Platzes des gesamten Motors ein, daher werden Drehstrommotoren durch den Einsatz eines Frequenzumrichters und manchmal durch das Vorhandensein eines Netzes mit einer erhöhten Frequenz von bis zu 400 Hz in der Größe reduziert und leichter gemacht.

Ressource von irgendwelchen Asynchronmotor Wechselstrom ist deutlich höher als der Kollektorstrom. 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 dieses Typs 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. An den Aktuator eines solchen Gerätes wurden sehr hohe Anforderungen gestellt (insbesondere an den schnellen Mikroantrieb mit präziser Positionierung).

Dies führte vielleicht zur Verwendung solcher spezifischen Gleichstromgeräte, bürstenlosen Drehstrommotoren, auch BDPT genannt. Von ihrer Konstruktion her sind sie fast identisch mit synchronen Wechselstrommotoren, bei denen die Drehung des magnetischen Rotors in einem herkömmlichen geschichteten Stator in Gegenwart von dreiphasigen Wicklungen erfolgt 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 eine EMK in die Statorwicklung 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 ist jedoch keine Brückenschaltung erforderlich - 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

Üblicherweise besteht der Rotor aus Permanentmagneten mit zwei bis acht Polpaaren, 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 geringe magnetische Induktion Daher ersetzen jetzt Vorrichtungen aus Legierungen verschiedener Seltenerdelemente ein solches Material, da sie eine hohe magnetische Induktion bereitstellen können, was wiederum eine Verringerung der Größe des Rotors ermöglicht.

DPR

Der Rotorpositionssensor liefert eine 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 Kanälen durch die Position des Rotors zu beseitigen Rückmeldung.

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 besteht 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

Regler bürstenlosen Motor Gleichstrom regelt das auf den Rotor wirkende Drehmoment und verändert die 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. Die Regulierung dieser Drehzahl sowie die Aufrechterhaltung der Flusskopplung auf dem erforderlichen Niveau erfolgt über den Frequenzumrichter.

Ein Merkmal der auf Vektorregelung basierenden 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 Steuerwirkung 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.

Die unbestreitbaren Vorteile eines bürstenlosen Motors sind:

Trotz des gewichtigen positive Punkte, v bürstenloser Gleichstrommotor es gibt auch ein paar nachteile:

Basierend auf dem oben Gesagten und der Unterentwicklung moderne Elektronik in der region halten viele noch immer den einsatz eines konventionellen asynchronmotors mit frequenzumrichter für ratsam.

Dreiphasiger bürstenloser Gleichstrommotor

Dieser Motortyp hat eine hervorragende Leistung, insbesondere wenn er von Positionssensoren gesteuert wird. Wenn das Widerstandsmoment variiert oder völlig unbekannt ist, sowie wenn es erforderlich ist, zu erreichen höheres Anlaufdrehmoment Steuerung mit Sensor verwendet. 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:

Fazit

Ein bürstenloser Gleichstrommotor hat viele Vorteile und ist sowohl für einen Fachmann als auch für einen einfachen Laien eine lohnende Wahl.

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 konstanten Spannung gespeist 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 einem Hochdruckmotor und einem Synchronmotor ist seine Selbstsynchronisation mit Hilfe eines DPR, wodurch die Drehfrequenz des Feldes im Hochdruckmotor proportional zur Drehfrequenz des Rotor.

Stator

Bürstenloser Motorstator

Der Stator ist traditionell aufgebaut und ähnelt dem Stator einer Asynchronmaschine. Es besteht aus einem Körper, einem Kern aus Elektroband 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 Selbstanlauf 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 weit verbreitet und billig, haben jedoch den Nachteil einer geringen magnetischen Induktion. Heutzutage gewinnen Magnete aus Seltenerdlegierungen an Popularität, da sie eine hohe magnetische Induktion ermöglichen und die Größe des Rotors reduzieren.

Rotorlagesensor

Der Rotorpositionssensor (RPR) 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 Rückkopplungskanal durch die Position des zu beseitigen Rotor.

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 Positionen des Rotors. 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 mit dem Netzwerk in Reihe. 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 Magnetfeldgradient 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 für die Motorsteuerung in der Regel auf Basis eines Mikrocontrollers implementiert.

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 wird. 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 wird. 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 eilt der MDS des Stators dem MDS des Rotors um einen Winkel von 90° voraus, 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 elektronisch durchgeführt und überwacht.

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 Drehzahl des Motors und hält die Flusskopplung in der Maschine auf einem vorgegebenen Niveau.

Die Regelung eines elektrischen Antriebs mit Vektorregelung zeichnet sich dadurch aus, dass die in einem festen Koordinatensystem gemessenen Regelkoordinaten in ein rotierendes System umgerechnet werden, ein konstanter Wert proportional zu den Komponenten der Vektoren der Regelgrößen, nach dem die Regelung Aktionen werden gebildet, extrahiert werden, dann der umgekehrte Übergang.

Der Nachteil dieser Systeme ist die Komplexität der Steuer- und Funktionseinrichtungen für einen weiten Bereich der Drehzahlregelung.

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

Mängel:

• Relativ komplexes Motormanagementsystem
• Hohe Kosten des Motors durch Verwendung teurer Permanentmagnete in der Rotorkonstruktion
• 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 (einem Schlüsselschalter, der kein PWM verwendet) ist außerdem folgendes Merkmal zu unterscheiden: Trotz der Tatsache, dass die Umdrehungen durch das Steuergerät stark variieren können, ist ein akzeptabler Wirkungsgrad nur in einem relativ engen Winkelgeschwindigkeitsbereich erreichbar. 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 Drehzahlen über dem Optimum 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 einer gegebenen 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