Silnik bezszczotkowy prąd stały ma trójfazowe uzwojenie na stojanie i magnes stały na wirniku. Uzwojenie stojana tworzy wirujące pole magnetyczne, z którym wirnik magnetyczny zaczyna się poruszać. Aby wytworzyć wirujące pole magnetyczne, do uzwojenia stojana przykładany jest trójfazowy układ napięciowy, który może mieć inny kształt i jest uformowany różne sposoby... Tworzenie napięć zasilających (przełączanie uzwojeń) dla silnik kolektora prąd stały jest wytwarzany przez wyspecjalizowane jednostki elektroniczne - sterownik silnika.

Zamów silnik bezszczotkowyw naszym katalogu

W najprostszym przypadku uzwojenia są połączone parami ze źródłem stałe napięcie a gdy wirnik obraca się w kierunku wektora pola magnetycznego uzwojenia stojana, napięcie jest połączone z inną parą uzwojeń. W takim przypadku wektor pola magnetycznego stojana przyjmuje inną pozycję i nadal obraca się wirnik. Do określenia właściwy momentłącząc kolejne uzwojenia stosuje się czujnik położenia wirnika, częściej niż inne czujniki Halla.

Możliwe warianty i przypadki szczególne

Dostępne obecnie silniki bezszczotkowe są dostępne w różnych wersjach.

Przez wykonanie uzwojenie stojana Można wyróżnić silniki z klasycznym uzwojeniem nawiniętym na stalowy rdzeń oraz silniki z wydrążonym cylindrycznym uzwojeniem bez stalowego rdzenia. Klasyczne uzwojenie ma znacznie wyższą indukcyjność niż puste uzwojenie cylindryczne, a zatem dłuższą stałą czasową. Z tego powodu z jednej strony puste cylindryczne uzwojenie umożliwia bardziej dynamiczną zmianę prądu (a tym samym momentu obrotowego), z drugiej strony podczas pracy ze sterownika silnika przy użyciu modulacji PWM o niskiej częstotliwości w celu wygładzenia tętnienia prądu , wymagane są dławiki filtrujące o większej wartości (i odpowiednio większe). Ponadto klasyczne uzwojenie z reguły ma zauważalnie wyższy magnetyczny moment docisku, a także niższą sprawność niż uzwojenie cylindryczne wydrążone.

Kolejna różnica, według której są podzielone różne modele silniki - jest to względne położenie wirnika i stojana - istnieją silniki z wirnikiem wewnętrznym i silniki z wirnik zewnętrzny... Silniki z wirnikiem wewnętrznym mają na ogół wyższe prędkości i niższy moment bezwładności wirnika niż modele z wirnikiem zewnętrznym. W rezultacie silniki z wirnikiem wewnętrznym mają wyższą dynamikę. Silniki z wirnikiem zewnętrznym często mają nieco wyższy moment obrotowy dla tej samej średnicy zewnętrznej silnika.

Różnice w stosunku do innych typów silników

Różnice w stosunku do DCT kolektora. Umieszczenie uzwojenia na wirniku umożliwiło porzucenie szczotek i kolektora i tym samym pozbycie się ruchomego kontakt elektryczny, co znacznie zmniejsza niezawodność DCT z magnesami trwałymi. Z tego samego powodu prędkość silników bezszczotkowych jest z reguły znacznie wyższa niż silników prądu stałego z magnesami trwałymi. Z jednej strony pozwala to zwiększyć określona moc z drugiej strony silnik bezszczotkowy, nie we wszystkich zastosowaniach tak duża prędkość jest naprawdę potrzebna

Różnice w stosunku do silników synchronicznych z magnesami trwałymi. Silniki synchroniczne z magnesami trwałymi na wirniku są bardzo podobne w konstrukcji do bezszczotkowych silników prądu stałego, ale istnieje wiele różnic. Po pierwsze, termin silnik synchroniczny łączy wiele różne rodzaje silniki, z których niektóre są przeznaczone do pracy bezpośrednio ze standardowej sieci prądu przemiennego, inne (np. serwomotory synchroniczne) mogą być obsługiwane tylko z przemienników częstotliwości (sterowników silników). Silniki bezszczotkowe mimo, że mają trójfazowe uzwojenie na stojanie to nie pozwalają praca bezpośrednia od napięcia sieciowego i koniecznie wymagają obecności odpowiedniego sterownika. Oprócz silniki synchroniczne zakładają zasilanie napięciem sinusoidalnym, natomiast silniki bezszczotkowe umożliwiają zasilanie napięciem przemiennym o kształcie skokowym (komutacja blokowa), a nawet zakładają jego zastosowanie w nominalnych trybach pracy.

Kiedy potrzebny jest silnik bezszczotkowy?

Odpowiedź na to pytanie jest dość prosta - w przypadkach, gdy ma przewagę nad innymi typami silników. Na przykład jest prawie niemożliwe obejście się bez silnika bezszczotkowego w zastosowaniach, które wymagają: wysokie prędkości obroty: ponad 10 000 obr./min. Stosowanie silników bezszczotkowych jest również uzasadnione w przypadkach, w których wymagana jest długa żywotność silnika. W przypadkach, w których wymagane jest zastosowanie zespołu z silnika ze skrzynią biegów, zdecydowanie uzasadnione jest zastosowanie silników bezszczotkowych wolnoobrotowych (o dużej liczbie biegunów). W tym przypadku szybkie silniki bezszczotkowe będą miały prędkość wyższą niż limit dopuszczalna prędkość skrzyni biegów i z tego powodu nie będzie możliwe pełne wykorzystanie ich mocy. W przypadku zastosowań, w których wymagane jest najprostsze sterowanie silnikiem (bez użycia sterownika silnika), naturalnym wyborem jest szczotkowy silnik prądu stałego.

Z drugiej strony w warunkach podniesiona temperatura lub manifestuje się zwiększone promieniowanie słabość silniki bezszczotkowe - czujniki Halla. Standardowe modele przetworników z efektem Halla mają ograniczoną odporność na promieniowanie i zakres temperatur pracy. Jeśli jednak w takiej aplikacji konieczne jest zastosowanie silnika bezszczotkowego, wówczas nieuniknione stają się wersje na zamówienie z wymianą czujników Halla na bardziej odporne na te czynniki, co zwiększa cenę silnika i czas dostawy.

Sprzęt domowy i medyczny, modelowanie samolotów, napędy odcinające rurociągi gazociągów i ropy są dalekie od pełna lista obszary zastosowania bezszczotkowych silników prądu stałego (BD). Przyjrzyjmy się budowie i działaniu tych siłowników elektromechanicznych, aby lepiej zrozumieć ich zalety i wady.

Informacje ogólne, urządzenie, zakres

Jednym z powodów zainteresowania OBD jest zwiększone zapotrzebowanie na szybkie mikrosilniki z precyzyjnym pozycjonowaniem. Wewnętrzną strukturę takich napędów pokazano na rysunku 2.

Jak widać konstrukcja to wirnik (twornik) i stojan, pierwszy posiada magnes trwały (lub kilka magnesów ułożonych w określonej kolejności), a drugi wyposażony jest w cewki (B) do wytwarzania pola magnetycznego.

Warto zauważyć, że te mechanizmy elektromagnetyczne mogą być zarówno z wewnętrzną zworą (ten typ konstrukcji można zobaczyć na ryc. 2), jak i zewnętrzną (patrz ryc. 3).

W związku z tym każdy ze wzorów ma określone pole zastosowania. Urządzenia z wewnętrzną armaturą mają wysoka prędkość rotacji, dlatego są stosowane w układach chłodniczych, ponieważ elektrownie drony itp. Zewnętrzne napędy wirników znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie wymagane jest precyzyjne pozycjonowanie i odporność na moment obrotowy (robotyka, sprzęt medyczny, maszyny CNC itp.).

Zasada działania

W przeciwieństwie do innych napędów, na przykład maszyny asynchronicznej prądu przemiennego, do obsługi OBD wymagany jest specjalny sterownik, który włącza uzwojenia w taki sposób, że wektory pól magnetycznych twornika i stojana są do siebie ortogonalne . Oznacza to, że w rzeczywistości urządzenie sterujące reguluje moment obrotowy działający na twornik OBD. Proces ten jest wyraźnie przedstawiony na rysunku 4.

Jak widać, dla każdego ruchu twornika konieczne jest wykonanie pewnej komutacji w uzwojeniu stojana silnika bezszczotkowego. Ta zasada działania nie pozwala na płynną kontrolę obrotów, ale umożliwia szybkie nabranie rozpędu.

Różnice między silnikami szczotkowymi i bezszczotkowymi

Napęd typu kolektor różni się od OBD jako cechy konstrukcyjne(patrz rys. 5.) i zasada działania.

Rozważać różnice konstrukcyjne... Rysunek 5 pokazuje, że wirnik (1 na rys. 5) silnika kolektorowego, w przeciwieństwie do bezszczotkowego, ma cewki, w których prosty obwód uzwojenie i magnesy trwałe(zwykle dwa) są zamontowane na stojanie (2 na rys. 5). Dodatkowo na wale zamontowany jest kolektor, do którego podłączone są szczotki dostarczające napięcie do uzwojeń twornika.

Porozmawiajmy krótko o zasadzie pracy maszyny zbierające... Po przyłożeniu napięcia do jednej z cewek jest ona wzbudzana i generowane jest pole magnetyczne. Współdziała z magnesami trwałymi, przez co zwora i umieszczony na niej kolektor obracają się. W rezultacie zasilanie jest dostarczane do drugiego uzwojenia i cykl się powtarza.

Częstotliwość obrotu twornika tego projektu zależy bezpośrednio od natężenia pola magnetycznego, które z kolei jest wprost proporcjonalne do napięcia. Oznacza to, że aby zwiększyć lub zmniejszyć prędkość, wystarczy zwiększyć lub zmniejszyć poziom odżywiania. Aby odwrócić, konieczne jest przełączenie polaryzacji. Ta metoda sterowania nie wymaga specjalnego sterownika, ponieważ regulator skoku może być wykonany w oparciu o rezystor zmienny, a konwencjonalny przełącznik będzie działał jako falownik.

W poprzedniej sekcji omówiliśmy cechy konstrukcyjne silników bezszczotkowych. Jak pamiętasz, ich połączenie wymaga specjalnego kontrolera, bez którego po prostu nie będą działać. Z tego samego powodu silniki te nie mogą być używane jako generatory.

Warto również zauważyć, że w niektórych napędach tego typu w celu bardziej wydajnego sterowania położenie wirnika jest monitorowane za pomocą czujników Halla. To znacznie poprawia właściwości silników bezszczotkowych, ale prowadzi do wzrostu kosztów już drogiej konstrukcji.

Jak uruchomić silnik bezszczotkowy?

Aby ten typ dysku działał, wymagany jest dedykowany kontroler (patrz Rysunek 6). Bez tego uruchomienie jest niemożliwe.

Samodzielne składanie takiego urządzenia nie ma sensu, taniej i bardziej niezawodnie będzie kupić gotowe. Możesz go odebrać przez następujące cechy specyficzne dla sterowników kanałów PWM:

• Maksymalny dopuszczalny prąd, ta charakterystyka jest podana dla normalna operacja działanie urządzenia. Dość często producenci wskazują taki parametr w nazwie modelu (na przykład Phoenix-18). W niektórych przypadkach podawana jest wartość dla trybu szczytowego, którą sterownik może utrzymywać przez kilka sekund.
• Maksymalne napięcie znamionowe do pracy ciągłej.
• Rezystancja obwodów wewnętrznych sterownika.
• Dopuszczalna prędkość jest podana w obr./min. Powyżej tej wartości sterownik nie pozwoli na zwiększenie obrotów (ograniczenie jest realizowane na poziom programu). Należy pamiętać, że prędkość jest zawsze podana dla napędów 2-biegunowych. W przypadku większej liczby par biegunów wartość należy podzielić przez ich liczbę. Na przykład podana liczba to 60000 obr/min, zatem dla 6 silnik magnetyczny prędkość obrotowa wyniesie 60 000/3 = 20 000 obr./min.
• Częstotliwość generowanych impulsów, dla większości sterowników ten parametr waha się od 7 do 8 kHz, więcej drogie modele pozwalają przeprogramować parametr, zwiększając go do 16 lub 32 kHz.

Zauważ, że pierwsze trzy cechy określają moc OBD.

Sterowanie silnikiem bezszczotkowym

Jak już wspomniano powyżej, przełączanie uzwojeń napędowych jest sterowane elektronicznie. Sterownik monitoruje położenie twornika za pomocą czujników Halla, aby określić, kiedy należy przełączyć. Jeżeli napęd nie jest wyposażony w takie detektory, to brane jest pod uwagę sem wsteczne występujące w niepodłączonych cewkach stojana. Kontroler, który w rzeczywistości jest kompleksem sprzętowo-programowym, monitoruje te zmiany i ustala kolejność przełączania.

Trójfazowy bezszczotkowy silnik prądu stałego

Większość OBD jest wykonana w układzie trójfazowym. Do sterowania takim napędem sterownik posiada konwerter impulsów prądu stałego na trójfazowy (patrz rys. 7).

Aby wyjaśnić, jak to działa silnik zaworu, wraz z rysunkiem 7, rozważmy rysunek 4, na którym pokazano kolejno wszystkie etapy działania napędu. Zapiszmy je:

1. Do cewek „A” podawany jest impuls dodatni, do „B” impuls ujemny, w wyniku czego zwora poruszy się. Czujniki zarejestrują jego ruch i dadzą sygnał do następnej komutacji.
2. Cewka „A” jest odłączona, a impuls dodatni przechodzi do „C” („B” pozostaje bez zmian), następnie wysyłany jest sygnał do następnego zestawu impulsów.
3. Na "C" - pozytywny, "A" - negatywny.
4. Działa para „B” i „A”, które otrzymują pozytywne i negatywne impulsy.
5. Dodatni impuls jest ponownie zastosowany do „B”, a negatywny impuls do „C”.
6. Cewki „A” są włączone (+ jest dostarczany), a ujemny impuls jest powtarzany do „C”. Następnie cykl się powtarza.

W pozornej prostocie sterowania jest wiele trudności. Konieczne jest nie tylko śledzenie położenia zwory w celu wytworzenia kolejnej serii impulsów, ale także sterowanie prędkością poprzez regulację prądu w cewkach. Ponadto należy wybrać najbardziej optymalne parametry do przyspieszania i zwalniania. Warto też nie zapominać, że sterownik musi być wyposażony w blok, który pozwala kontrolować jego działanie. Wygląd zewnętrzny takie wielofunkcyjne urządzenie można zobaczyć na rysunku 8.

Zalety i wady

Elektryczny silnik bezszczotkowy ma wiele zalet, a mianowicie:

• Żywotność jest znacznie dłuższa niż w przypadku konwencjonalnych odpowiedników kolektorów.
• Wysoka wydajność.
• Szybkie wybieranie maksymalna prędkość obrót.
• Jest mocniejszy niż CD.
• Brak iskier podczas pracy pozwala na użytkowanie napędu w warunkach zagrożenia pożarowego.
• Nie jest wymagane dodatkowe chłodzenie.
• Prosta obsługa.

Teraz spójrzmy na minusy. Znacząca wada, co ogranicza korzystanie z baz danych - ich stosunkowo wysoki koszt (biorąc pod uwagę cenę sterownika). Wśród niedogodności jest niemożność korzystania z bazy danych bez sterownika, nawet na krótkoterminowe włączenie, na przykład w celu sprawdzenia jej działania. Problematyczne naprawy, zwłaszcza jeśli wymagane jest przewijanie.

Bezszczotkowe silniki i konstrukcja LikBez

Jak tylko zacząłem zajmować się modelowaniem samolotów, od razu zacząłem się zastanawiać, dlaczego silnik ma trzy przewody, dlaczego jest taki mały i jednocześnie tak mocny, i po co mu regulator prędkości... Czas minął i domyśliłem się wszystko. A potem postawił sobie za zadanie wykonanie bezszczotkowego silnika własnymi rękami.

Zasada działania silnika elektrycznego:
Każda praca opiera się na maszyna elektryczna zakłada się zjawisko indukcji elektromagnetycznej. Dlatego też, jeśli umieścisz ramkę z prądem w polu magnetycznym, będzie to miało wpływ siła ampera co stworzy moment obrotowy... Rama zacznie się obracać i zatrzyma się w miejscu braku momentu wytworzonego przez siłę Ampera.

Urządzenie z silnikiem elektrycznym:
Każdy Silnik elektryczny składa się z części stałej - Stojan i ruchoma część - Wirnik... Aby rozpocząć rotację, musisz kolejno zmienić kierunek prądu. Ta funkcja jest wykonywana przez Kolektor(szczotki).

Silnik bezszczotkowy czy silnik? PRĄD STAŁY bez kolektora, w którym funkcje kolektora pełni elektronika. (Jeżeli silnik ma trzy przewody, to nie znaczy, że pracuje na trójfazowym prądzie przemiennym! A działa na „porcjach” krótkich impulsów DC, a nie chcę cię porażać, ale te same silniki, które są stosowane w chłodnicach są również bezszczotkowe, chociaż są i mają tylko dwa przewody zasilające DC)

Bezszczotkowe urządzenie silnikowe:
Rozbiegacz(wymawiane „inrunner”). Silnik posiada uzwojenia umieszczone na wewnętrznej powierzchni obudowy oraz obracający się wewnątrz wirnik magnetyczny.


Wyprzedzający(wymawiane „wyprzedzający”). Silnik posiada uzwojenia stacjonarne (wewnątrz), wokół których obraca się korpus z magnesami trwałymi umieszczonymi na jego wewnętrznej ściance.

Zasada działania:
Aby silnik bezszczotkowy zaczął się obracać, napięcie musi być synchronicznie przyłożone do uzwojeń silnika. Synchronizację można zorganizować za pomocą czujników zewnętrznych (czujników optycznych lub Halla) oraz na podstawie wstecznego pola elektromagnetycznego (bezczujnikowego), które występuje w silniku podczas jego obrotu.

Sterowanie bezczujnikowe:
Istnieją silniki bezszczotkowe bez czujników położenia. W takich silnikach położenie wirnika jest określane przez pomiar siły elektromotorycznej w fazie swobodnej. Pamiętamy, że w każdej chwili „+” jest podłączony do jednej z faz (A) do drugiej (B) „-” zasilania, jedna z faz pozostaje wolna. Obracając się, silnik indukuje pole elektromagnetyczne (tj. w wyniku działania prawa indukcji elektromagnetycznej w cewce powstaje prąd indukcyjny) w swobodnym uzwojeniu. W miarę postępu rotacji zmienia się napięcie na wolnej fazie (C). Mierząc napięcie na wolnej fazie można wyznaczyć moment przełączenia na kolejną pozycję wirnika.


Aby zmierzyć to napięcie metodą „wirtualnego punktu”. Najważniejsze jest to, że znając rezystancję wszystkich uzwojeń i napięcie początkowe, możesz praktycznie „przesunąć drut” do złącza wszystkich uzwojeń:

Bezszczotkowy regulator prędkości silnika:
Bezszczotkowy silnik bez elektroniki to tylko kawałek sprzętu. w przypadku braku regulatora nie możemy po prostu podłączyć do niego napięcia, aby po prostu zaczął się normalny obrót. Tempomat to dość złożony system elementów radiowych, ponieważ ona musi:
1) Określ początkową pozycję wirnika, aby uruchomić silnik elektryczny
2) Włącz silnik elektryczny niskie prędkości
3) Przyspiesz silnik elektryczny do znamionowej (ustawionej) prędkości obrotowej
4) Utrzymuj maksymalny moment obrotowy

Schemat ideowy regulatora prędkości (zaworu):


Silniki bezszczotkowe zostały wynalezione u zarania pojawienia się elektryczności, ale nikt nie mógł stworzyć dla nich systemu sterowania. I dopiero wraz z rozwojem elektroniki: wraz z pojawieniem się potężnych tranzystorów półprzewodnikowych i mikrokontrolerów w życiu codziennym zaczęto stosować silniki bezszczotkowe (pierwsze zastosowanie przemysłowe w latach 60.).

Zalety i wady silników bezszczotkowych:

Zalety:
-Częstotliwość obrotów zmienia się w szeroki zasięg
-Możliwość stosowania w środowisku wybuchowym i agresywnym
-Duży moment przeciążeniowy
-Wysoka wydajność energetyczna (sprawność powyżej 90%)
-Długa żywotność, wysoka niezawodność i zwiększona żywotność ze względu na brak przesuwnych styków elektrycznych

Niedogodności:
- Stosunkowo zaawansowany system zarządzania silnikiem
-Wysoka cena silnik ze względu na zastosowanie drogich materiałów w konstrukcji wirnika (magnesy, łożyska, wały)
Po zajęciu się teorią przejdźmy do praktyki: zaprojektujemy i wykonamy silnik do model akrobacyjny MX-2.

Lista materiałów i wyposażenia:
1) Drut (pobrany ze starych transformatorów)
2) Magnesy (zakupione online)
3) Stojan (skrzydło)
4) Wał
5) Łożyska
6) Duraluminium
7) Termokurczliwe
8) Dostęp do nieograniczonej ilości śmieci technicznych
9) Dostęp do narzędzi
10) Proste ramiona :)

Postęp:
1) Od samego początku decydujemy:

Dlaczego robimy silnik?
Do czego ma być przeznaczony?
Gdzie jesteśmy ograniczeni?

W moim przypadku: robię silnik do samolotu, więc niech będzie z obrotem zewnętrznym; powinien być zaprojektowany tak, aby wypuszczać 1400 gramów ciągu z baterią z trzema puszkami; Mam ograniczoną wagę i rozmiar. Jednak od czego zaczynasz? Odpowiedź na to pytanie jest prosta: od najtrudniejszej części, czyli z detalem, który jest łatwiejszy do znalezienia i dopasowania do siebie. Właśnie to zrobiłem. Po wielu nieudane próby zrób stojan z blachy stal miękka, stało się dla mnie jasne, że lepiej ją znaleźć. Znalazłem go w starej głowicy wideo z magnetowidu.

2) Uzwojenie trójfazowego silnika bezszczotkowego wykonane jest z izolowanego drutu miedzianego, którego przekrój określa wartość prądu, a tym samym moc silnika. Niezapomniane, że im grubszy drut, tym więcej rewolucji ale słabszy moment obrotowy. Wybór sekcji:

1A - 0,05mm; 15A - 0,33mm; 40A - 0,7mm

3A - 0,11mm; 20A - 0,4mm; 50A - 0,8mm

10A - 0,25mm; 30A - 0,55mm; 60A - 0,95mm

3) Zaczynamy nawijać drut na słupy. Im więcej zwojów (13) jest nawiniętych wokół zęba, tym większe pole magnetyczne. Im silniejsze pole, tym większy moment obrotowy i mniej obrotów. Otrzymać wysokie obroty, konieczne jest nawijanie mniejszej liczby zwojów. Ale wraz z tym spada również moment obrotowy. Aby skompensować moment obrotowy, do silnika przykładane jest zwykle wyższe napięcie.

4) Następnie wybieramy metodę połączenia uzwojenia: gwiazdę lub trójkąt. Połączenie w gwiazdę daje większy moment obrotowy, ale mniej obrotów niż połączenie w trójkąt 1,73 razy. (później wybrano połączenie delta)

5) Wybór magnesów. Liczba biegunów na wirniku musi być parzysta (14). Kształt użytych magnesów jest zwykle prostokątny. Wielkość magnesów zależy od geometrii silnika i charakterystyki silnika. Im silniejsze są zastosowane magnesy, tym wyższy moment obrotowy generowany przez silnik na wale. Ponadto im więcej biegunów, tym większy moment obrotowy, ale mniej obrotów. Magnesy na wirniku są mocowane specjalnym klejem topliwym.

Testowanie ten silnik Wykonałem na stworzonej przeze mnie instalacji vitnomotor, która pozwala na pomiar ciągu, mocy i prędkości obrotowej silnika.

Aby zobaczyć różnice między połączeniami „gwiazda” i „trójkąt”, połączyłem uzwojenia na różne sposoby:

W efekcie otrzymaliśmy silnik odpowiadający charakterystyce samolotu, którego masa wynosi 1400 gramów.

Z pewnością każdy nowicjusz, który po raz pierwszy związał swoje życie z modelami elektrycznymi sterowanymi radiowo, po dokładnym przestudiowaniu wypełnienia, ma pytanie. Co to jest kolekcjoner i? Który z nich lepiej założyć na swój model elektryczny sterowany radiowo?

Silniki komutatorowe, które są tak często używane do napędzania sterowanych radiowo modeli elektrycznych, mają tylko dwa wychodzące przewody zasilające. Jeden z nich to „+”, drugi to „-”. Z kolei są one połączone z regulatorem prędkości. Po zdemontowaniu silnika kolektora zawsze znajdziesz tam 2 zakrzywione magnesy, wałek wraz z kotwą, na którą nawinięty jest miedziany nić (drut), gdzie z jednej strony wału znajduje się przekładnia, a z drugiej strony jest kolektor złożony z płyt, które zawierają czystą miedź.

Zasada działania silnika kolektora

Prąd elektryczny (stały lub stały), wchodzący do uzwojeń twornika (w zależności od ich liczby dla każdego po kolei) wytwarza w nich pole elektromagnetyczne, które ma biegun południowy z jednej strony i biegun północny z drugiej.

Wiele osób wie, że jeśli weźmiesz dowolne dwa magnesy i przymocujesz je tytułowe bieguny siebie nawzajem, wtedy nie zbiegną się do niczego, a jeśli wstawisz przeciwne nazwy, będą się sklejać tak, że nie zawsze można je rozdzielić.

Tak więc to pole elektromagnetyczne, które powstaje w dowolnym uzwojeniu twornika, oddziałując z każdym z biegunów magnesów stojana, aktywuje (obrót) samą twornik. Ponadto prąd, przez kolektor i szczotki, przechodzi do następnego uzwojenia, a więc sekwencyjnie, przechodząc od jednego uzwojenia twornika do drugiego, wał silnika obraca się razem z twornikiem, ale tylko tak długo, jak jest do niego przyłożone napięcie.

W standardowym silniku kolektorowym zwora ma trzy bieguny (trzy uzwojenia) - odbywa się to po to, aby silnik nie „przyklejał się” w jednej pozycji.

Wady silników szczotkowanych

Same silniki kolektorów dobrze sobie radzą ze swoją pracą, ale tylko do momentu, w którym istnieje potrzeba uzyskania od nich najwyższej możliwej prędkości na wyjściu. Chodzi o same wspomniane wyżej pędzle. Ponieważ są one zawsze w bliskim kontakcie z kolektorem, w wyniku wysokich obrotów w punkcie styku powstaje tarcie, które dalej powoduje szybkie zużycie obu, a następnie prowadzi do utraty efektywnej mocy el. silnik. Jest to najważniejsza wada takich silników, która neguje wszystkie jej pozytywne cechy.

Jak działa silnik bezszczotkowy

Tutaj jest odwrotnie, w silnikach tego typu brakuje zarówno szczotek, jak i kolektora. Znajdujące się w nich magnesy znajdują się ściśle wokół wału i działają jak wirnik. Wokół niego umieszczone są uzwojenia, które mają już kilka biegunów magnetycznych. Na wirniku silników bezszczotkowych montowany jest tzw. czujnik (czujnik), który będzie monitorował jego położenie i przekazywał tę informację do procesora, który współpracuje z regulatorem prędkości (pozycja wirnika jest wymieniana ponad 100 razy na sekundę ). Na wyjściu dostajemy więcej gładka operacja sam silnik z maksymalną wydajnością.

Silniki bezszczotkowe mogą być z czujnikiem lub bez. Brak czujnika nieznacznie zmniejsza wydajność silnika, więc ich brak raczej nie zdenerwuje początkującego, ale z drugiej strony cena mile zaskoczy. Łatwo je odróżnić. W przypadku silników z czujnikiem oprócz 3 grubych przewodów zasilających jest też dodatkowa pętla cienkich, które trafiają do regulatora prędkości. Nie należy gonić silników z czujnikiem zarówno dla początkującego, jak i amatora, bo ich potencjał docenią tylko zawodowcy, a reszta po prostu przepłaci, i to znacząco.

Zalety silników bezszczotkowych

Nie ma prawie żadnych zużywających się części. Dlaczego „prawie”, ponieważ wał wirnika jest zainstalowany na łożyskach, które z kolei mają tendencję do zużywania się, ale ich zasób jest niezwykle długi, a ich wymienność jest bardzo prosta. Silniki te są bardzo niezawodne i wydajne. Zainstalowany jest czujnik kontroli położenia wirnika. W silnikach kolektorowych pracy szczotek zawsze towarzyszy wyładowanie łukowe, które następnie powoduje zakłócenia w działaniu sprzętu radiowego. Tak więc z bezkollektonyh, jak już zrozumiałeś, te problemy są wykluczone. Nie ma tarcia, nie ma przegrzania, co również jest istotną zaletą. W porównaniu z silniki kolektorów nie wymaga usługi dodatkowe podczas operacji.

Wady silników bezszczotkowych

Takie silniki mają tylko jeden minus, to jest cena. Ale jeśli spojrzysz na to z drugiej strony i weźmiesz pod uwagę fakt, że operacja natychmiast uwalnia właściciela od takich problemów, jak wymiana sprężyn, kotew, szczotek, kolektorów, to z łatwością preferujesz to drugie.

Pojawienie się silników bezszczotkowych wynika z potrzeby stworzenia maszyny elektrycznej o wielu zaletach. Silnik bezszczotkowy to urządzenie bez kolektora, którego funkcję przejmuje elektronika.

BKEPT - bezszczotkowe silniki prądu stałego, mogą być zasilane na przykład 12, 30 woltami.

• Wybór odpowiedniego silnika
• Zasada działania
• Urządzenie BLDC
• Czujniki i ich brak
• Brak czujnika
• Koncepcja częstotliwości PWM
• Układ Arduino
• Mocowanie silnika

Wybór odpowiedniego silnika

Aby wybrać jednostkę, należy porównać zasadę działania i cechy silników szczotkowych i bezszczotkowych.

Od lewej do prawej: silnik szczotkowany i silnik bezszczotkowy FC 28-12

Kolektory kosztują mniej, ale rozwijają niską prędkość obrotową momentu obrotowego. Są zasilane prądem stałym, lekkie i lekkie, niedroga naprawa do wymiany części. Manifestacja negatywnej jakości ujawnia się, gdy otrzymuje się ogromną liczbę obrotów. Szczotki stykają się z kolektorem powodując tarcie, które może uszkodzić mechanizm. Wydajność jednostki jest zmniejszona.

Szczotki nie tylko wymagają naprawy ze względu na szybkie zużycie, ale mogą również doprowadzić do przegrzania mechanizmu.

Główną zaletą bezszczotkowego silnika prądu stałego jest brak momentu obrotowego i styków przełączających. Oznacza to, że nie ma źródeł strat, jak w silnikach z magnesami trwałymi. Ich funkcje pełnią tranzystory MOS. Wcześniej ich koszt był wysoki, więc nie były dostępne. Dziś cena stała się akceptowalna, a wydajność znacznie się poprawiła. W przypadku braku grzejnika w systemie moc jest ograniczona od 2,5 do 4 watów, a prąd roboczy wynosi od 10 do 30 amperów. Sprawność silników bezszczotkowych jest bardzo wysoka.

Drugą zaletą są ustawienia mechaniki. Oś zamontowana na szerokich łożyskach. W konstrukcji nie ma elementów łamliwych i usuwalnych.

Jedynym minusem są drogie jednostka elektroniczna kierownictwo.

Rozważ przykład mechaniki obrabiarki CNC z wrzecionem.

Wymiana silnika komutatora na silnik bezszczotkowy ochroni wrzeciono CNC przed uszkodzeniem. Pod wrzecionem znajduje się viduval, który ma prawe i lewe obroty momentu obrotowego. Wrzeciono CNC ma duża moc... Prędkość momentu obrotowego jest kontrolowana przez regulator poprzez test serwa, a obroty są kontrolowane przez sterownik automatyczny. Koszt CNC z wrzecionem to około 4 tysięcy rubli.

Zasada działania

Główną cechą mechanizmu jest brak kolektora. A magnesy trwałe są zainstalowane na wrzecionie, są wirnikiem. Wokół niego znajdują się uzwojenia drutu, które mają różne pola magnetyczne. Różnica silniki bezszczotkowe 12 V to umieszczony na nim czujnik sterowania wirnikiem. Sygnały są wysyłane do jednostki regulatora prędkości.

Urządzenie BLDC

Rozmieszczenie magnesów wewnątrz stojana jest zwykle stosowane w silnikach dwufazowych o mała ilość bieguny. Zasada momentu obrotowego wokół stojana jest stosowana, gdy konieczne jest uzyskanie silnika dwufazowego o niskich obrotach.

Na wirniku są cztery bieguny. Magnesy prostokątne są instalowane z naprzemiennymi biegunami. Jednak liczba biegunów nie zawsze jest równa liczbie magnesów, która może wynosić 12, 14. Ale liczba biegunów musi być parzysta.Kilka magnesów może tworzyć jeden biegun.

Zdjęcie przedstawia 8 magnesów tworzących 4 bieguny. Moment siły zależy od mocy magnesów.

Czujniki i ich brak

Sterowniki skoku dzielą się na dwie grupy: z czujnikiem położenia wirnika i bez niego.

Siły prądu działają na uzwojenia silnika, gdy szczególna sytuacja wirnik. Jest to określone przez system elektroniczny za pomocą czujnika położenia. Występują w różnych typach. Popularnym kontrolerem podróży jest dyskretny czujnik Halla. Silnik 3-fazowy 30 V będzie korzystał z 3 czujników. Elektronika stale posiada dane o położeniu wirnika i na czas kieruje napięcie na wymagane uzwojenia.

Powszechne urządzenie, które zmienia swoje wnioski podczas przełączania uzwojeń.

Urządzenie z otwartą pętlą mierzy prąd, prędkość. Kanały PWM są podłączone do dolnej części systemu sterowania.

Do czujnika Halla podłączone są trzy wejścia. Jeśli czujnik Halla zostanie wymieniony, rozpoczyna się proces przerwania recyklingu. Aby zapewnić szybką reakcję obsługi przerwań, czujnik Halla jest podłączony do dolnych pinów portu.

Korzystanie z czujnika położenia z mikrokontrolerem

Aby zaoszczędzić na rachunkach za prąd, nasi czytelnicy polecają „Electricity Saving Box”. Miesięczne płatności będą o 30-50% niższe niż przed skorzystaniem z ekonomii. Usuwa z sieci składnik reaktywny, w wyniku czego zmniejsza się obciążenie, a co za tym idzie pobór prądu. Urządzenia elektryczne zużywają mniej energii elektrycznej, a koszty jej płacenia są zmniejszone.

Kontroler stopnia mocy jest sercem rdzenia AVR, który zapewnia inteligentne sterowanie bezszczotkowym silnikiem prądu stałego. AVR to chip do wykonywania określonych zadań.

Zasada działania regulatora może być z czujnikiem lub bez. Program płyt AVR realizuje:

• jak najszybsze uruchomienie silnika bez korzystania z dodatkowych urządzeń zewnętrznych;
• regulacja prędkości jednym zewnętrznym potencjometrem.

Oddzielny widok automatyczna kontrola sma, stosowany w pralkach.

Brak czujnika

Aby określić położenie wirnika, konieczne jest zmierzenie napięcia na nieużywanym uzwojeniu. Ta metoda ma zastosowanie, gdy silnik się obraca, w przeciwnym razie nie będzie działać.

Bezczujnikowe esc są łatwiejsze w produkcji, co tłumaczy ich szerokie zastosowanie.

Kontrolery mają następujące właściwości:

• maksymalna stała wartość prądu;
• wartość maksymalnego napięcia roboczego;
• numer maksymalna prędkość;
• rezystancja przełączników zasilania;
• częstotliwość impulsów.

Podczas podłączania kontrolera ważne jest, aby przewody były jak najkrótsze. Ze względu na występowanie prądów rozruchowych na początku. Jeśli przewód jest długi, mogą wystąpić błędy w określeniu położenia wirnika. Dlatego sterowniki sprzedawane są z przewodem 12-16 cm.

Kontrolery mają wiele ustawień oprogramowania:

• kontrola wyłączenia silnika;
• płynne lub twarde wyłączenie;
• hamowanie i płynne wyłączanie;
• przewyższająca moc i wydajność;
• miękki, twardy, szybki start;
• obecne ograniczenie;
• tryb gazowy;
• zmiana kierunku.

Kontroler LB11880 pokazany na rysunku zawiera potężny bezszczotkowy sterownik silnika, co oznacza, że ​​można uruchomić silnik bezpośrednio do mikroukładu bez dodatkowych sterowników.

Koncepcja częstotliwości PWM

Po włączeniu kluczyków do silnika zostaje przyłożone pełne obciążenie. Urządzenie osiąga prędkość maksymalną. W celu sterowania silnikiem należy zapewnić regulator mocy. To jest dokładnie to, co robi modulacja szerokości impulsu (PWM).

Ustala się wymaganą częstotliwość otwierania i zamykania kluczy. Napięcie zmienia się od zera do pracy. Aby kontrolować obroty, konieczne jest nałożenie sygnału PWM na sygnały klucza.

Sygnał PWM może być generowany przez urządzenie na kilku pinach. Lub utwórz PWM dla osobnego klucza z programem. Obwód staje się prostszy. Sygnał PWM ma 4-80 kHz.

Zwiększenie częstotliwości prowadzi do jeszcze procesy przejściowe, które powodują powstanie ciepła. Wysokość częstotliwości PWM zwiększa liczbę transjentów, co prowadzi do strat na kluczach. Niska częstotliwość nie daje pożądanej płynności sterowania.

Aby zmniejszyć straty na przełącznikach podczas procesów przejściowych, sygnały PWM są podawane oddzielnie do górnych lub dolnych przełączników. Straty bezpośrednie są obliczane za pomocą wzoru P = R * I2, gdzie P to strata mocy, R to kluczowa rezystancja, I to prąd.

Mniejszy opór minimalizuje straty i zwiększa wydajność.

Układ Arduino

Często do sterowania silnikami bezszczotkowymi wykorzystywana jest sprzętowa platforma obliczeniowa arduino. Opiera się na płycie i środowisku programistycznym w języku Wiring.

Płytka arduino zawiera mikrokontroler Atmel AVR oraz elementarne wiązanie do programowania i interakcji z obwodami. Płytka posiada regulator napięcia. Płytka Serial Arduino to prosty układ odwracający do konwersji sygnałów z jednego poziomu na drugi. Programy są instalowane przez USB. Niektóre modele, takie jak Arduino Mini, wymagają: dodatkowa opłata do programowania.

Język programowania Arduino wykorzystuje standardowe przetwarzanie. Niektóre modele arduino pozwalają na kontrolowanie wielu serwerów jednocześnie. Programy są przetwarzane przez procesor i kompilowane przez AVR.

Problemy ze sterownikiem mogą wystąpić z powodu spadków napięcia i przeciążenia.

Mocowanie silnika

Mocowanie silnika - mechanizm mocowania silnika. Znajduje zastosowanie w instalacjach silnikowych. Rama silnika to połączony pręt i elementy ramy. Ramy silników są płaskie, przestrzenne pod względem elementów. Mocowanie silnika dla jednego silnika 30 V lub wielu urządzeń. Obwód zasilania mocowanie silnika składa się z zestawu prętów. Mocowanie silnika jest montowane w połączeniu elementów kratownicy i ramy.

Bezszczotkowy silnik prądu stałego to niezastąpiona jednostka stosowana zarówno w życiu codziennym, jak i w przemyśle. Na przykład obrabiarki CNC, sprzęt medyczny, mechanizmy samochodowe.

Silniki BLDC wyróżniają się niezawodnością, wysoką precyzją działania, automatycznym inteligentnym sterowaniem i regulacją.