Co to jest silnik bezszczotkowy. Jak to jest zarządzane

Z pewnością każdy początkujący, 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?

Szczotkowane silniki, tak często używane do zasilania modeli elektrycznych sterowanych radiowo, 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 nawinięta jest miedziana nić (drut), gdzie z jednej strony wału znajduje się przekładnia, a tam z drugiej to kolektor złożony z płyt zawierających czystą miedź.

Zasada działania silnika kolektora

Prąd elektryczny (stały lub stały), płynący 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 słupy o tej samej nazwie do siebie, to nie będą się spotykać na darmo, a jeśli są przywiązani do przeciwnych nazw, to będą się trzymać tak, że nie zawsze można je rozdzielić.

Tak więc to pole elektromagnetyczne, które występuje w dowolnym uzwojeniu twornika, oddziałując z każdym z biegunów magnesów stojana, napędza (obrót) samą twornik. Ponadto prąd przepływa przez kolektor i szczotki 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) - dzieje się tak, aby silnik nie „przyklejał się” w jednej pozycji.

Wady silników kolektorów

Same silniki kolektorowe dobrze sobie radzą ze swoją pracą, ale dzieje się tak tylko do momentu, w którym konieczne jest uzyskanie z nich najwyższej możliwej prędkości na wyjściu. Chodzi o same wspomniane wyżej pędzle. Ponieważ w rezultacie są zawsze w bliskim kontakcie z kolektorem wysoka prędkość Na ich styku dochodzi do tarcia, które w przyszłości spowoduje szybkie zużycie obu, a następnie doprowadzi do utraty efektywnej mocy elektrycznej. silnik. Jest to najważniejsza wada takich silników, która unieważnia wszystkie ich pozytywne cechy.

Zasada działania silnika bezszczotkowego

Tutaj jest odwrotnie, silniki tego typu nie mają zarówno szczotek, jak i kolektora. Znajdujące się w nich magnesy znajdują się ściśle wokół wału i działają jak wirnik. Wokół niego umieszczane są uzwojenia, które mają już kilka biegunów magnetycznych. Na wirniku silników bezszczotkowych zainstalowany jest tzw. czujnik (czujnik), który będzie kontrolował jego położenie i przekazywał tę informację do procesora współpracującego z regulatorem prędkości obrotowej (wymiana danych o położeniu wirnika odbywa się ponad 100 razy na sekundę). Dzięki temu dostajemy więcej gładka operacja sam silnik z maksymalną wydajnością.

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

Zalety silników bezszczotkowych

Prawie brak części zużywających się. Dlaczego „prawie”, ponieważ wał wirnika jest osadzony na łożyskach, które z kolei mają tendencję do zużywania się, ale ich zasoby są niezwykle duże, a ich wymienność jest bardzo prosta. Silniki te są bardzo niezawodne i wydajne. Zainstalowany jest czujnik położenia wirnika. W silnikach kolektorowych pracy szczotek zawsze towarzyszy iskrzenie, które następnie powoduje zakłócenia w pracy urządzeń radiowych. Tak więc dla kolekcjonerów, jak już zrozumiałeś, te problemy są wykluczone. Brak tarcia, brak przegrzania, co również jest istotną zaletą. W porównaniu do silników kolektorowych nie wymagają usługi dodatkowe podczas operacji.

Wady silników bezszczotkowych

Te 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, możesz łatwo dać pierwszeństwo temu drugiemu.

Opublikowano 11.04.2013

Współdzielone urządzenie (Inrunner, Outrunner)

Silnik bezszczotkowy prąd stały składa się z wirnika z magnesami trwałymi oraz stojana z uzwojeniami. Istnieją dwa rodzaje silników: Inrunner, w którym magnesy wirnika znajdują się wewnątrz stojana z uzwojeniami, oraz Wyprzedzający, w którym magnesy znajdują się na zewnątrz i obracają się wokół nieruchomego stojana z uzwojeniami.

schemat Inrunner zwykle używane do silniki szybkoobrotowe Z nie duża liczba m bieguny. Wyprzedzający jeśli to konieczne, uzyskaj silnik o wysokim momencie obrotowym i stosunkowo niskiej prędkości. Strukturalnie Inrunners są prostsze ze względu na fakt, że stały stojan może służyć jako obudowa. Można do niego zamontować urządzenia montażowe. W przypadku Outrunnerów obraca się cała zewnętrzna część. Silnik jest mocowany za pomocą stałej osi lub części stojana. W przypadku koła silnikowego mocowanie odbywa się dla stałej osi stojana, druty są prowadzone do stojana przez oś wydrążoną.

magnesy i słupy

Liczba biegunów na wirniku jest parzysta. Kształt użytych magnesów jest zwykle prostokątny. Magnesy cylindryczne są używane rzadziej. Są instalowane z naprzemiennymi biegunami.

Liczba magnesów nie zawsze odpowiada liczbie biegunów. Kilka magnesów może tworzyć jeden biegun:

W tym przypadku 8 magnesów tworzy 4 bieguny. Wielkość magnesów zależy od geometrii silnika i charakterystyki silnika. Im silniejsze są zastosowane magnesy, tym wyższy moment siły wytwarzany przez silnik na wale.

Magnesy na wirniku są mocowane specjalnym klejem. Mniej popularne są projekty z uchwytem na magnes. Materiał wirnika może być przewodzący magnetycznie (stal), niemagnetycznie przewodzący (stopy aluminium, tworzywa sztuczne itp.) połączony.

Uzwojenia i zęby

Uzwojenie trójfazowego silnika bezszczotkowego odbywa się za pomocą drutu miedzianego. Przewód może być jednożyłowy lub składać się z kilku izolowanych żył. Stojan składa się z kilku złożonych razem arkuszy stali przewodzącej magnetycznie.

Liczbę zębów stojana należy podzielić przez liczbę faz. tych. dla trójfazowego silnika bezszczotkowego liczba zębów stojana musi być podzielna przez 3. Liczba zębów stojana może być większa lub mniejsza niż liczba biegunów wirnika. Na przykład istnieją silniki o schematach: 9 zębów / 12 magnesów; 51 zębów / 46 magnesów.

Silnik z 3-zębowym stojanem jest używany niezwykle rzadko. Ponieważ tylko dwie fazy działają w dowolnym momencie (po włączeniu przez gwiazdę), siły magnetyczne działają na wirnik nierównomiernie na całym obwodzie (patrz rys.).

Siły działające na wirnik próbują go wypaczyć, co prowadzi do wzrostu drgań. Aby wyeliminować ten efekt, stojan jest wykonany z dużą liczbą zębów, a uzwojenie jest rozłożone na zębach na całym obwodzie stojana możliwie równomiernie.

W takim przypadku siły magnetyczne działające na wirnik znoszą się nawzajem. Nie ma nierównowagi.

Opcje rozdziału uzwojeń fazowych według zębów stojana

Opcja nawijania na 9 zębów

Opcja nawijania na 12 zębów

Na powyższych wykresach ilość zębów dobrana jest w taki sposób, aby podzielna nie tylko przez 3. Na przykład, kiedy 36 zaliczono zęby 12 zęby na fazę. 12 zębów można rozłożyć w następujący sposób:

Najkorzystniejszy schemat to 6 grup po 2 zęby.

istnieje silnik z 51 zębami na stojanie! 17 zębów na fazę. 17 to liczba pierwsza, jest podzielna tylko przez 1 i siebie. Jak rozprowadzić uzwojenie na zębach? Niestety, nie mogłem znaleźć w literaturze przykładów i technik, które pomogłyby rozwiązać ten problem. Okazało się, że uzwojenie zostało rozłożone w następujący sposób:

Rozważ prawdziwy obwód uzwojenia.

Należy pamiętać, że uzwojenie ma różne kierunki nawijania na różnych zębach. Różne kierunki nawijania są oznaczone dużymi i dużymi literami. Szczegóły dotyczące konstrukcji uzwojeń można znaleźć w literaturze zamieszczonej na końcu artykułu.

Uzwojenie klasyczne wykonuje się jednym przewodem na jedną fazę. Tych. wszystkie uzwojenia na zębach jednej fazy są połączone szeregowo.

Uzwojenia zębów można również łączyć równolegle.

Można również łączyć inkluzje

Połączenie równoległe i kombinowane pozwala na zmniejszenie indukcyjności uzwojenia, co prowadzi do wzrostu prądu stojana (stąd moc) i prędkości silnika.

Obroty elektryczne i rzeczywiste

Jeśli wirnik silnika ma dwa bieguny, to przy jednym pełnym obrocie pola magnetycznego na stojanie wirnik wykonuje jeden pełny obrót. Przy 4 biegunach potrzeba dwóch obrotów pola magnetycznego na stojanie, aby obrócić wał silnika o jeden pełny obrót. Im większa liczba biegunów wirnika, tym więcej obrotów elektrycznych jest wymaganych do obrócenia wału silnika o jeden obrót. Na przykład na wirniku mamy 42 magnesy. Aby obrócić wirnik o jeden obrót, zajmie to 42/2=21 rewolucja elektryczna. Ta właściwość może być używana jako rodzaj reduktora. Wybierając wymaganą liczbę biegunów, możesz uzyskać silnik o pożądanej charakterystyka prędkości. Dodatkowo zrozumienie tego procesu będzie nam potrzebne w przyszłości przy doborze parametrów sterownika.

Czujniki położenia

Konstrukcja silników bez czujników różni się od silników z czujnikami tylko w przypadku braku tych ostatnich. Inny podstawowe różnice nie. Najpopularniejsze czujniki położenia oparte na efekcie Halla. Czujniki reagują na pole magnetyczne, zwykle są umieszczone na stojanie w taki sposób, że oddziałują na nie magnesy wirnika. Kąt między czujnikami musi wynosić 120 stopni.

Znaczenie stopni „elektrycznych”. Tych. w przypadku silnika wielobiegunowego fizyczne rozmieszczenie czujników może wyglądać następująco:

Czasami czujniki znajdują się poza silnikiem. Oto jeden przykład lokalizacji czujników. W rzeczywistości był to silnik bez czujników. Więc w prosty sposób został wyposażony w czujniki halla.

W niektórych silnikach czujniki są zainstalowane na specjalne urządzenie, co pozwala na przesuwanie czujników w określonych granicach. Za pomocą takiego urządzenia ustawia się czas. Jeśli jednak silnik wymaga biegu wstecznego (obrót w Odwrotna strona) będzie wymagać drugiego zestawu czujników ustawionych na bieg wsteczny. Ponieważ czas nie ma kluczowy na początku i niskie obroty, można ustawić czujniki na punkt zerowy i programowo wyregulować kąt wyprzedzenia, gdy silnik zacznie się obracać.

Główne cechy silnika

Każdy silnik jest obliczany pod kątem określonych wymagań i ma następujące główne cechy:

• Tryb pracy dla których przeznaczony jest silnik: długoterminowe lub krótkoterminowe. Długie tryb pracy oznacza, że ​​silnik może pracować przez wiele godzin. Takie silniki są obliczane w taki sposób, aby przenoszenie ciepła do otoczenia było większe niż wydzielanie ciepła przez sam silnik. W takim przypadku nie rozgrzeje się. Przykład: wentylacja, schody ruchome lub napęd przenośnika. Krótkoterminowe - oznacza, że ​​silnik zostanie włączony na krótki czas, podczas którego nie ma czasu na rozgrzanie się do maksymalnej temperatury, po czym nastąpi długi okres, w którym silnik ma czas na ostygnięcie. Przykład: napęd windy, golarki elektryczne, suszarki do włosów.
• Rezystancja uzwojenia silnika. Wpływa na rezystancję uzwojenia silnika Sprawność silnika. Im niższy opór, tym wyższa wydajność. Mierząc rezystancję, możesz sprawdzić obecność obwód międzyzwrotny w uzwojeniu. Rezystancja uzwojenia silnika to tysięczne części oma. Aby go zmierzyć, wymagane jest specjalne urządzenie lub specjalna technika pomiarowa.
• Maksymalny napięcie robocze . Maksymalne napięcie, jakie może wytrzymać uzwojenie stojana. Maksymalne napięcie jest związane z następującym parametrem.
• Maksymalne obroty. Czasami wskazują maksymalna prędkość, a kv- liczba obrotów silnika na wolt bez obciążenia wału. Mnożenie tej liczby przez maksymalne napięcie, uzyskujemy maksymalną prędkość obrotową silnika bez obciążenia na wale.
• Maksymalny prąd. Maksymalny dopuszczalny prąd uzwojenia. Z reguły wskazany jest również czas, w którym silnik może wytrzymać określony prąd. Ograniczenie prądu maksymalnego wiąże się z możliwym przegrzaniem uzwojenia. Dlatego kiedy niskie temperatury środowisko rzeczywisty czas pracy przy maksymalnym prądzie będzie dłuższy, a w upale silnik szybciej się wypali.
• Maksymalna moc silnika. Bezpośrednio związany z poprzednim parametrem. Jest to maksymalna moc, jaką silnik może rozwinąć przez krótki czas, zwykle kilka sekund. Na długa praca przy maksymalnej mocy przegrzanie silnika i jego awaria są nieuniknione.
• Moc znamionowa. Moc, jaką silnik może rozwinąć przez cały czas włączenia.
• Kąt wyprzedzenia fazy (taktowanie). Uzwojenie stojana ma pewną indukcyjność, która spowalnia wzrost prądu w uzwojeniu. Po chwili prąd osiągnie maksimum. Aby skompensować to opóźnienie, przełączanie faz odbywa się z pewnym wyprzedzeniem. Podobny do zapłonu silnika wewnętrzne spalanie, gdzie kąt wyprzedzenia zapłonu jest ustawiany z uwzględnieniem czasu zapłonu paliwa.

Należy również zwrócić uwagę na to, że przy obciążeniu znamionowym nie uzyskasz maksymalnej prędkości na wale silnika. kv wskazane dla nieobciążonego silnika. Przy zasilaniu silnika z akumulatorów należy liczyć się z „obniżeniem” napięcia zasilania pod obciążeniem, co z kolei zmniejszy również maksymalne obroty silnika.

Zasada działania oparta na regulacji częstotliwości i samosynchronizacji nazywana jest silnikiem bezszczotkowym. W tej konstrukcji wektor pola magnetycznego stojana jest sterowany w zależności od położenia wirnika. Silnik bezszczotkowy został zaprojektowany w celu poprawy wydajności standardowych silników szczotkowych na prąd stały.

Połączył najbardziej organicznie najlepsze cechy Silniki prądu stałego i bezdotykowe silniki elektryczne.

Główne różnice w stosunku do silników konwencjonalnych

Silniki bezszczotkowe są często stosowane w modelach samolotów sterowanych radiowo. Ich wyjątkowa wydajność i trwałość zyskały dużą popularność ze względu na brak części trących w postaci szczotek, które przenoszą prąd.

Aby pełniej oddać różnicę, trzeba o tym pamiętać w standardzie silnik elektryczny kolektora wirnik obraca się z uzwojeniami wewnątrz stojana, które są oparte na magnesach trwałych. Uzwojenia przełączane są kolektorem w zależności od położenia wirnika. W silniku elektrycznym prąd przemienny przeciwnie, wirnik z magnesem obraca się wewnątrz stojana z uzwojeniami. W przybliżeniu ten sam projekt ma silnik.

w odróżnieniu standardowe silniki, w bezszczotkowym stojan pełni rolę części ruchomej, w której umieszczone są magnesy trwałe, a rolę części nieruchomej pełni wirnik z uzwojeniami trójfazowymi.

Jak działa silnik bezszczotkowy

Obrót silnika odbywa się poprzez zmianę kierunku pola magnetycznego w uzwojeniach wirnika w pewna sekwencja. W tym przypadku magnesy trwałe oddziałują z polami magnetycznymi wirnika i wprawiają w ruch ruchomy stojan. Ten ruch opiera się na głównej właściwości magnesów, gdy jak bieguny odpychają się, a niepodobne - przyciągają.

Pola magnetyczne w uzwojeniach wirnika i ich zmiana są sterowane przez sterownik. Jest to dość złożone urządzenie zdolne do przełączania wysokich prądów za pomocą wysoka prędkość. Sterownik koniecznie ma w swoim obwodzie bezszczotkowy silnik elektryczny, co znacznie zwiększa koszt jego użytkowania.

Silniki bezszczotkowe nie posiadają styków obrotowych ani styków zdolnych do przełączania. Jest to ich główna przewaga nad konwencjonalnymi silnikami elektrycznymi, ponieważ wszystkie straty spowodowane tarciem są zminimalizowane.

W tym artykule chcielibyśmy opowiedzieć o tym, jak stworzyliśmy silnik elektryczny od podstaw: od pomysłu i pierwszego prototypu do pełnoprawnego silnika, który przeszedł wszystkie testy. Jeśli ten artykuł wydaje Ci się interesujący, osobno, bardziej szczegółowo, opowiemy Ci o najbardziej interesujących Cię etapach naszej pracy.

Na zdjęciu od lewej do prawej: wirnik, stojan, częściowy montaż silnika, montaż silnika

Wstęp

Dziś dzięki rozwojowi nowoczesna elektronika oraz pojawienie się potężnych magnesów opartych na metalach ziem rzadkich, możliwe jest stworzenie mocniejszych, a jednocześnie kompaktowych i lekkich silników elektrycznych „Brushless”. Jednocześnie ze względu na prostotę konstrukcji są najbardziej niezawodnymi silnikami elektrycznymi, jakie kiedykolwiek stworzono. O stworzeniu takiego silnika i zostanie omówione w tym artykule.

Opis silnika

Pierwszy taki silnik został przez nas wydrukowany na drukarce 3D jako eksperyment. Zamiast specjalnych płyt wykonanych ze stali elektrotechnicznej, na obudowę wirnika i rdzeń stojana, na który nawinięto miedzianą cewkę, użyliśmy zwykłego plastiku. Na wirniku zamocowano magnesy neodymowe o przekroju prostokątnym. Oczywiście taki silnik nie był w stanie wydać maksymalna moc. Jednak to wystarczyło, aby silnik rozkręcił się do 20 tys. Ten eksperyment zainspirował nas do stworzenia pełnoprawnego silnika.

Kilka wczesnych prototypów

Wirnik nowego silnika wykonaliśmy z jednego magnesu neodymowego w kształcie walca. Magnes został przyklejony żywicą epoksydową do wału wykonanego ze stali narzędziowej w zakładzie pilotażowym.

Stojan wycinamy laserem z zestawu blach transformatorowych o grubości 0,5 mm. Każdą płytę następnie starannie lakierowano, a następnie sklejono gotowy stojan z około 50 płyt. Płyty zostały polakierowane, aby uniknąć zwarcia między nimi i wykluczyć straty energii spowodowane prądami Foucaulta, które mogłyby wystąpić w stojanie.

Obudowa silnika została wykonana z dwóch aluminiowych części w formie pojemnika. Stojan ściśle przylega do aluminiowej obudowy i dobrze przylega do ścian. Ten projekt zapewnia dobre chłodzenie silnik.

Pomiar wydajności

Głównym elementem stoiska jest duży ładunek w postaci podkładki. Podczas pomiarów silnik kręci się z zadanym obciążeniem, a moc wyjściowa i moment obrotowy silnika są obliczane na podstawie prędkości kątowej i przyspieszenia.

Aby zmierzyć prędkość obrotową obciążenia, para magnesów na wale i magnes czujnik cyfrowy A3144 na podstawie efektu halla. Oczywiście możliwe byłoby mierzenie obrotów impulsami bezpośrednio z uzwojeń silnika, ponieważ ten silnik jest synchroniczny. Jednak opcja z czujnikiem jest bardziej niezawodna i sprawdzi się nawet przy bardzo niskich prędkościach, przy których impulsy będą nieczytelne.

Oprócz obrotów nasze stanowisko jest w stanie zmierzyć kilka ważniejszych parametrów:

• prąd zasilania (do 30A) z wykorzystaniem czujnika prądu opartego na efekcie Halla ACS712;
• napięcie zasilania. Mierzone bezpośrednio przez ADC mikrokontrolera, przez dzielnik napięcia;
• temperatura wewnątrz/na zewnątrz silnika. Temperatura jest mierzona za pomocą półprzewodnikowego oporu cieplnego;

Dzięki temu nasze stoisko jest w stanie zmierzyć w dowolnym momencie następujące cechy silnik:

• zużyty prąd;
• zużyte napięcie;
• pobór energii;
• moc wyjściowa;
• obroty wału;
• moment na wale;
• moc pozostawiana w cieple;
• temperatura wewnątrz silnika.

Silnik bezszczotkowy

Zasada działania trójfazowego silnika bezszczotkowego

Silnik BLDC to silnik synchroniczny oparty na zasadzie regulacji częstotliwości z samosynchronizacją, której istotą jest sterowanie wektorem pola magnetycznego stojana w zależności od położenia wirnika. Silniki BLDC(w literaturze angielskiej BLDC lub PMSM) nazywane są również bezszczotkowymi silnikami prądu stałego, ponieważ kolektor takiego silnika jest zwykle zasilany napięciem stałym.

Opis VD

Ten typ silnika ma na celu poprawę właściwości silników prądu stałego. Wysokie wymagania dla mechanizmy wykonawcze(w szczególności szybkie mikronapędy do precyzyjnego pozycjonowania) doprowadziły do ​​zastosowania konkretne silniki DC: bezkontaktowy silniki trójfazowe prąd stały (BLDC lub BLDC). Strukturalnie przypominają silniki synchroniczne prądu przemiennego: wirnik magnetyczny obraca się w laminowanym stojanie z uzwojeniami trójfazowymi. Ale RPM jest funkcją obciążenia i napięcia stojana. Funkcja ta realizowana jest poprzez przełączanie uzwojeń stojana w zależności od współrzędnych wirnika. BLDC są dostępne z oddzielnymi czujnikami na rotorze i bez oddzielnych czujników. Czujniki Halla są używane jako indywidualne czujniki. W przypadku wykonania bez oddzielnych czujników uzwojenia stojana pełnią rolę elementu mocującego. Gdy magnes się obraca, wirnik indukuje siłę elektromotoryczną w uzwojeniach stojana, powodując powstanie prądu. Gdy jedno uzwojenie jest wyłączone, sygnał, który został w nim zaindukowany, jest mierzony i przetwarzany. Ten algorytm wymaga procesora sygnałowego. Do hamowania i odwracania BDPS nie jest potrzebny obwód mostka zwrotnego mocy - wystarczy zastosować impulsy sterujące do uzwojeń stojana w odwrotnej kolejności.

Główna różnica między VD a Silnik synchroniczny jest jego samosynchronizacją za pomocą DPR, w wyniku czego w VD częstotliwość obrotu pola jest proporcjonalna do częstotliwości obrotu wirnika.

stojan

Bezszczotkowy stojan silnika

Stojan ma konwencjonalną konstrukcję i jest podobny do stojana maszyny indukcyjnej. Składa się z korpusu, rdzenia wykonanego ze stali elektrotechnicznej oraz miedzianego uzwojenia ułożonego w rowkach na obwodzie rdzenia. Liczba uzwojeń określa liczbę faz silnika. Do samodzielnego rozruchu i rotacji wystarczą dwie fazy - sinus i cosinus. Zwykle trójfazowy VD, rzadziej czterofazowy.

Zgodnie z metodą układania zwojów w uzwojeniach stojana wyróżnia się silniki o odwróconej sile elektromotorycznej o kształcie trapezoidalnym (BLDC) i sinusoidalnym (PMSM). W zależności od sposobu zasilania, fazowy prąd elektryczny w odpowiednich typach silnika również zmienia się trapezowo lub sinusoidalnie.

Wirnik

Wirnik jest wykonany z magnesów trwałych i zwykle ma od dwóch do ośmiu par biegunów z naprzemiennymi biegunami północnymi i południowymi.

Początkowo do wykonania wirnika używano magnesów ferrytowych. Są powszechne i tanie, ale mają wadę: niski poziom Indukcja magnetyczna. Magnesy ze stopów metali ziem rzadkich zyskują teraz na popularności, ponieważ pozwalają na uzyskanie wysoki poziom indukcja magnetyczna i zmniejszenie rozmiaru wirnika.

Czujnik położenia wirnika

Czujnik położenia wirnika (RPS) dostarcza informacji zwrotnej o położeniu wirnika. Jego działanie może opierać się na różnych zasadach – fotoelektrycznych, indukcyjnych, na efekcie Halla itp. Największą popularność zyskały czujniki Halla i fotoelektryczne, ponieważ są praktycznie bezwładne i pozwalają pozbyć się opóźnienia w kanale informacja zwrotna zgodnie z położeniem wirnika.

Czujnik fotoelektryczny w swojej klasycznej formie zawiera trzy nieruchome fotodetektory, które są naprzemiennie zamykane przez migawkę obracającą się synchronicznie z wirnikiem. Pokazano to na rysunku 1 (żółta kropka). Kod binarny uzyskany z DPR ustala sześć różnych pozycji wirnika. Sygnały czujników są przetwarzane przez urządzenie sterujące na kombinację napięć sterujących, które sterują wyłącznikami mocy, dzięki czemu dwa wyłączniki są włączane w każdym cyklu (fazie) pracy silnika, a dwa z trzech uzwojeń twornika są połączone szeregowo do sieć. Uzwojenia twornika U, V, W umieszczone na stojanie z przesunięciem o 120 °, a ich początki i końce są połączone tak, że podczas przełączania kluczy powstaje wirujący gradient pól magnetycznych.

System sterowania VD

Układ sterowania zawiera wyłączniki mocy, często tyrystory lub tranzystory mocy z izolowaną bramką. Spośród nich montowany jest falownik napięcia lub falownik prądu. System zarządzania kluczami realizowany jest zwykle w oparciu o mikrokontroler, ze względu na dużą liczbę operacji obliczeniowych do sterowania silnikiem.

Zasada działania VD

Zasada działania HP polega na tym, że sterownik HP przełącza uzwojenia stojana tak, aby wektor pola magnetycznego stojana był zawsze prostopadły do ​​wektora pola magnetycznego wirnika. Za pomocą modulacji szerokości impulsu (PWM) sterownik steruje prądem płynącym przez uzwojenia WP, tj. regulowany jest wektor pola magnetycznego stojana, a tym samym moment działający na wirnik HP. Znak kąta między wektorami określa kierunek momentu działającego na wirnik.

Przełączanie odbywa się w taki sposób, aby przepływ wzbudzenia wirnika był F 0 jest utrzymywany na stałym poziomie w stosunku do przepływu kotwicy. W wyniku interakcji przepływu twornika i wzbudzenia powstaje moment obrotowy M, który ma na celu obrócenie wirnika tak, aby przepływy twornika i wzbudzenia pokrywały się, ale gdy wirnik obraca się pod działaniem DPR, uzwojenia przełączają się, a przepływ twornika przechodzi do następnego kroku.

W takim przypadku wynikowy wektor prądu będzie przesunięty i nieruchomy względem strumienia wirnika, który wytwarza moment na wale silnika.

W trybie pracy silnika MMF stojana znajduje się przed MMF wirnika o kąt 90°, który jest utrzymywany za pomocą DPR. W trybie hamowania MMF stojana pozostaje w tyle za MMF wirnika, kąt 90° jest również utrzymywany za pomocą DPR.

Zarządzanie silnikiem

Sterownik HP reguluje moment obrotowy działający na wirnik poprzez zmianę wartości PWM.

w odróżnieniu silnik szczotki prąd stały, przełączanie w HP jest realizowane i kontrolowane przez elektronikę.

Systemy sterowania, które implementują algorytmy regulacji szerokości impulsu i modulacji szerokości impulsu w sterowaniu HP są szeroko rozpowszechnione.

System zapewniający najszerszy zakres regulacji prędkości jest przeznaczony dla silników ze sterowaniem wektorowym. Za pomocą przetwornicy częstotliwości kontrolowana jest prędkość silnika, a połączenie strumienia w maszynie jest utrzymywane na określonym poziomie.

Cechą regulacji napędu elektrycznego ze sterowaniem wektorowym są sterowane współrzędne mierzone w naprawiony system współrzędne są konwertowane na układ wirujący, z nich przypisywana jest stała wartość, proporcjonalna do składowych wektorów kontrolowanych parametrów, zgodnie z którymi odbywa się tworzenie akcji sterujących, a następnie przejście odwrotne.

Wadą tych systemów jest złożoność sterowania i funkcjonalne urządzenia dla szeroki zasięg kontrola prędkości.

Zalety i wady VD

W ostatnim czasie ten typ silnika szybko zyskuje na popularności, przenikając do wielu branż. Znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach zastosowań: od sprzętu AGD po transport kolejowy.

ID z systemy elektroniczne sterowniki często łączą najlepsze cechy silników bezstykowych i silników prądu stałego.

Zalety:

• Szeroki zakres prędkości
• Bezdotykowy i bezobsługowy - maszyna bezszczotkowa
• Może być stosowany w środowiskach wybuchowych i agresywnych
• Duży moment obrotowy
• Wysoka wydajność energetyczna (sprawność powyżej 90%)

• Długa żywotność wysoka niezawodność i zwiększona żywotność ze względu na brak przesuwnych styków elektrycznych

Wady:

• Stosunkowo złożony system zarządzania silnikiem
• Wysoki koszt silnika, ze względu na zastosowanie drogiego magnesy trwałe w konstrukcji wirnika
• W wielu przypadkach bardziej racjonalne jest zastosowanie silnika asynchronicznego z przetwornicą częstotliwości.

Do zastosowań, które łączą najwyższą osiągalną wydajność z niezwykle prostym i niezawodne bloki sterowanie (przełącznik kluczykowy, który nie wykorzystuje PWM) można również wyróżnić następującą cechę: Pomimo tego, że obroty mogą być w dużym stopniu zmieniane przez jednostkę sterującą, akceptowalną sprawność można uzyskać tylko w stosunkowo wąskim zakresie prędkości kątowych . Jest to określone przez indukcyjność uzwojeń. Jeśli prędkość jest mniejsza niż optymalna, kontynuowanie zasilania danej fazy po osiągnięciu limitu strumienia spowoduje jedynie niepotrzebne nagrzewanie. Przy prędkościach powyżej optymalnych strumień magnetyczny w biegunie nie osiągnie maksimum ze względu na ograniczony przez indukcyjność czas narastania prądu. Przykładami takich silników są modele zestawów bezszczotkowych. Muszą być wydajne, lekkie i niezawodne, a w celu zapewnienia optymalnego prędkość kątowa dla danej charakterystyki obciążenia producenci produkują składy z różnymi indukcyjnościami (liczbą zwojów) uzwojeń. Jednocześnie mniejsza liczba obrotów odpowiada szybszemu silnikowi.

Zobacz też

Spinki do mankietów

• http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/app/micros/avr/AVR440.htm AVR440: Bezczujnikowe sterowanie 2-fazowym bezszczotkowym silnikiem prądu stałego
• http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html 5.4 Silniki bezszczotkowe
• http://www.imafania.narod.ru/bldc.htm O silniku bezszczotkowym i jego użytkowaniu silnik krokowy jako bezszczotkowy