Jak zrobić silnik bezszczotkowy z silnika szczotkowego. Jak działa silnik bezszczotkowy

Opublikowano 04/11/2013

Urządzenie ogólne (Inrunner, Outrunner)

Silnik bezszczotkowy prąd stały składa się z wirnika z magnesami trwałymi i 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 w razie potrzeby uzyskaj silnik o wysokim momencie obrotowym i stosunkowo niskich obrotach. Strukturalnie Inrunnery są prostsze ze względu na fakt, że stacjonarny stojan może służyć jako obudowa. Można do niego zamontować łączniki. W przypadku Outrunnerów obraca się cała zewnętrzna część. Silnik jest przymocowany do 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 rzadziej używane. 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 obrotowy generowany przez silnik na wale.

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

Uzwojenia i zęby

Uzwojenie trójfazowego silnika bezszczotkowego wykonane jest z drutu miedzianego. Przewód może być jednożyłowy lub składać się z kilku izolowanych przewodów. Stojan jest wykonany z kilku ułożonych razem arkuszy stali przewodzącej magnetycznie.

Liczbę zębów stojana należy podzielić przez liczbę faz. te. 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 z obwodami: 9 zębów / 12 magnesów; 51 zębów / 46 magnesów.

Silniki z 3-zębowym stojanem są rzadko używane. Ponieważ w każdym momencie działają tylko dwie fazy (po włączeniu przez gwiazdę), siły magnetyczne działają na wirnik nierównomiernie na całym obwodzie (patrz rys.).

Siły działające na wirnik próbują go pochylić, co prowadzi do zwiększonych drgań. Aby wyeliminować ten efekt, stojan wykonany jest z dużą ilością 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.

Warianty rozkładu uzwojeń fazowych wzdłuż zębów stojana

Opcja nawijania na 9 zębów

Opcja nawijania na 12 zębów

Na podanych wykresach ilość zębów dobrana jest w taki sposób, aby nie tylko dzielone przez 3... Na przykład dla 36 zęby mają 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 całkowicie podzielna tylko przez 1 i przez siebie. Jak rozprowadzić uzwojenie wzdłuż zębów? 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 proponowanej na końcu artykułu.

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

Uzwojenia zębów można również łączyć równolegle.

Można również łączyć inkluzje

Połączenie równoległe i kombinowane pozwala zmniejszyć indukcyjność uzwojenia, co prowadzi do wzrostu prądu stojana (a tym samym mocy) i prędkości silnika.

Rewolucje elektryczne i prawdziwe

Jeżeli 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 obracania wału silnika na obrót. Na przykład na wirniku mamy 42 magnesy. Aby obrócić wirnik o jeden obrót, potrzebujesz 42/2 = 21 obrót elektryczny... 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 regulatora.

Czujniki położenia

Konstrukcja silników bez czujników różni się od silników z czujnikami tylko w przypadku braku tych ostatnich. Inni podstawowe różnice nie. Najpopularniejsze czujniki położenia oparte na efekcie Halla. Czujniki reagują na pole magnetyczne, zwykle umieszcza się je na stojanie tak, aby oddziaływały na nie magnesy wirnika. Kąt między czujnikami powinien wynosić 120 stopni.

Odnosi się to do stopni „elektrycznych”. Te. w przypadku silnika wielobiegunowego fizyczna lokalizacja czujników może wyglądać następująco:

Czasami czujniki znajdują się na zewnątrz silnika. Oto jeden przykład lokalizacji czujników. W rzeczywistości był to silnik bezczujnikowy. W tak prosty sposób został wyposażony w czujniki halla.

W niektórych silnikach czujniki są zainstalowane na specjalne urządzenie, co pozwala na przesuwanie czujników w określonym zakresie. Przy takim urządzeniu czas jest ustawiony. Jeśli jednak silnik wymaga biegu wstecznego (obrót w Odwrotna strona) będziesz potrzebować drugiego zestawu czujników skonfigurowanych do cofania. Ponieważ czas nie ma kluczowy na początku i niskie obroty, można ustawić czujniki na punkt zerowy, a kąt wyprzedzenia można skorygować programowo, gdy silnik zacznie się obracać.

Główne cechy silnika

Każdy silnik jest zaprojektowany do określonych wymagań i ma następujące główne cechy:

• Godziny pracy dla których przeznaczony jest silnik: długoterminowe lub krótkoterminowe. Długie tryb pracy zakłada, że ​​silnik może pracować przez wiele godzin. Takie silniki są zaprojektowane w taki sposób, aby przenoszenie ciepła do otoczenia było większe niż rozpraszanie ciepła przez sam silnik. W takim przypadku nie będzie się nagrzewać. Przykład: wentylacja, schody ruchome lub napęd przenośnika. Krótkoterminowe - oznacza, że ​​silnik włączy się na krótki czas, podczas którego nie będzie miał czasu na rozgrzanie do maksymalnej temperatury, po czym nastąpi długi okres, w którym silnik będzie miał czas na ostygnięcie. Przykład: napęd windy, golarki elektryczne, suszarki do włosów.
• Rezystancja uzwojenia silnika... Rezystancja uzwojenia silnika wpływa na sprawność silnika. Im niższy opór, tym wyższa wydajność. Mierząc rezystancję, możesz sprawdzić obecność zamknięcie obrotowe w uzwojeniu. Rezystancja uzwojenia silnika wynosi 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, że nie maksymalna prędkość, a Kv - liczba obrotów silnika na wolt bez obciążenia wału. Mnożenie tego wskaźnika 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 maksymalnego prądu wiąże się z możliwym przegrzaniem uzwojenia. Dlatego w niskie temperatury środowisko rzeczywisty czas pracy przy maksymalnym prądzie będzie dłuższy, a w upale silnik wypali się wcześniej.
• Maksymalna moc silnika. Bezpośrednio połączony z poprzednim parametrem. Jest to maksymalna moc, jaką silnik może dostarczyć przez krótki czas, zwykle kilka sekund. Na długa praca na maksymalna moc przegrzanie silnika i jego awaria jest nieunikniona.
• Moc znamionowa... Moc, jaką silnik może rozwinąć przez cały czas włączenia.
• Kąt wyprzedzenia fazy (taktowanie)... Uzwojenie stojana ma pewną indukcyjność, która hamuje wzrost prądu w uzwojeniu. Po chwili prąd osiągnie maksimum. Aby skompensować to opóźnienie, przełączanie faz odbywa się z pewnym wyprzedzeniem. Tak samo jak zapłon silnika wewnętrzne spalanie, gdzie czas zapłonu ustawiany jest 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 wziąć pod uwagę „zapadanie się” napięcia zasilania pod obciążeniem, co z kolei zmniejszy również maksymalne obroty silnika.

Zasada działania bezszczotkowego silnika prądu stałego (BKDP) znana jest od bardzo dawna, a silniki bezszczotkowe zawsze stanowiły ciekawą alternatywę dla tradycyjnych rozwiązań. Mimo to podobne samochody elektryczne dopiero w XXI wieku znalazły szerokie zastosowanie w technologii. Decydującym czynnikiem w powszechnym wdrożeniu była wielokrotna redukcja kosztów elektroniki sterującej napędem BDKP.

Problemy z silnikiem kolektora

Na podstawowym poziomie zadaniem każdego silnika elektrycznego jest przekształcanie energii elektrycznej w energię mechaniczną. Istnieją dwa główne zjawiska fizyczne leżące u podstaw urządzenia maszyn elektrycznych:

Silnik został zaprojektowany w taki sposób, że pola magnetyczne wytworzone na każdym z magnesów zawsze oddziałują ze sobą, dając obrót wirnika. Tradycyjny silnik prądu stałego składa się z czterech głównych części:

• stojan (element nieruchomy z pierścieniem magnesów);
• armatura (element obrotowy z uzwojeniami);
• szczotki węglowe;
• kolektor.

Ta konstrukcja zapewnia obrót twornika i kolektora na tym samym wale w stosunku do szczotek stacjonarnych. Prąd płynie ze źródła przez sprężynowy do dobry kontakt szczotki na komutatorze, który rozdziela prąd między uzwojenia twornika. Indukowane w nich pole magnetyczne oddziałuje z magnesami stojana, co powoduje obrót stojana.

Główna wada tradycyjny silnik fakt, że mechaniczny kontakt szczotek nie może być zapewniony bez tarcia. Wraz ze wzrostem prędkości problem objawia się mocniej. Zespół kolektora z czasem zużywa się, a także jest podatny na wyładowania łukowe i jonizację. powietrze otoczenia... Tak więc pomimo prostoty i niskich kosztów produkcji, takie silniki elektryczne mają pewne wady nie do pokonania:

• zużycie szczotek;
• zakłócenia elektryczne spowodowane wyładowaniami łukowymi;
• maksymalne ograniczenia prędkości;
• trudności z chłodzeniem wirującego elektromagnesu.

Pojawienie się technologii procesorowej i tranzystorów mocy pozwoliło projektantom zrezygnować z mechanicznej jednostki przełączającej i zmienić rolę wirnika i stojana w silniku elektrycznym prądu stałego.

Zasada działania BDKP

W bezszczotkowym silniku elektrycznym, w przeciwieństwie do swojego poprzednika, przekształtnik elektroniczny pełni rolę przełącznika mechanicznego. Umożliwia to realizację schematu „wywróconego na lewą stronę” BDKP – jego uzwojenia znajdują się na stojanie, co eliminuje konieczność stosowania kolektora.

Innymi słowy, główne podstawowa różnica pomiędzy klasyczny silnik a BDKP polega na tym, że zamiast magnesów stacjonarnych i cewek obrotowych, te ostatnie składają się z uzwojeń stacjonarnych i magnesów obrotowych. Pomimo tego, że samo przełączanie odbywa się w nim w podobny sposób, jego fizyczna implementacja w napędach bezszczotkowych jest znacznie bardziej skomplikowana.

Głównym problemem jest precyzyjne sterowanie silnikiem bezszczotkowym, co oznacza: poprawna sekwencja oraz częstotliwość przełączania poszczególnych sekcji uzwojenia. Problem ten można konstruktywnie rozwiązać tylko wtedy, gdy możliwe jest ciągłe określanie aktualnej pozycji wirnika.

Dane potrzebne do przetwarzania przez elektronikę pozyskiwane są na dwa sposoby.:

• wykrywanie bezwzględnej pozycji wału;
• poprzez pomiar napięcia indukowanego w uzwojeniach stojana.

Do realizacji sterowania pierwszą metodą stosuje się najczęściej pary optyczne lub czujniki Halla przymocowane do stojana, które reagują na strumień magnetyczny wirnika. Główna zaleta podobne systemy zbieranie informacji o położeniu wału to ich wydajność nawet przy bardzo niskie prędkości i w spoczynku.

Sterowanie bezczujnikowe w celu oszacowania napięcia w cewkach wymaga co najmniej minimalnego obrotu wirnika. Dlatego w takich konstrukcjach przewidziany jest tryb rozruchu silnika do obrotów, przy których można oszacować napięcie na uzwojeniach, a stan spoczynku jest badany poprzez analizę wpływu pola magnetycznego na przepływające impulsy prądu testowego. cewki.

Pomimo wszystkich powyższych trudności projektowych, silniki bezszczotkowe zyskują coraz większą popularność ze względu na swoje parametry i zestaw cech niedostępnych kolekcjonerowi. Krótka lista głównych przewag BDKP nad klasycznymi wygląda tak:

• brak strat energii mechanicznej na skutek tarcia pędzla;
• porównawcza bezgłośność pracy;
• łatwe przyspieszanie i zwalnianie dzięki małej bezwładności wirnika;
• precyzyjna kontrola obrotów;
• możliwość zorganizowania chłodzenia ze względu na przewodność cieplną;
• umiejętność pracy nad wysokie prędkości;
• trwałość i niezawodność.

Nowoczesna aplikacja i perspektywy

Istnieje wiele urządzeń, w przypadku których wydłużony czas pracy bez przestojów krytycznie ważne... W takim sprzęcie zastosowanie BDKP jest zawsze uzasadnione, mimo ich stosunkowo wysoki koszt... Może to być woda i pompy paliwowe turbiny do chłodzenia klimatyzatorów i silników itp. Silniki bezszczotkowe stosowane są w wielu modelach elektrycznych Pojazd... Obecnie przemysł motoryzacyjny poważnie koncentruje się na silnikach bezszczotkowych.

BDKP są idealne do małych napędów pracujących w trudne warunki lub z dużą precyzją: podajniki i przenośniki taśmowe, roboty przemysłowe, systemy pozycjonowania. Są obszary, w których silniki bezszczotkowe dominują bezspornie: dyski twarde, pompy, ciche wentylatory, małe Urządzenia, napędy CD/DVD. Niska waga i duża moc wyjściowa sprawiły, że BDKP jest również podstawą do produkcji nowoczesnych bezprzewodowych narzędzi ręcznych.

Można powiedzieć, że w dziedzinie napędów elektrycznych nastąpił znaczny postęp. Ciągły spadek cen elektroniki cyfrowej zapoczątkował trend w kierunku wszechobecnego użycia silniki bezszczotkowe zamiast tradycyjnych.

Kiedy zacząłem opracowywać jednostkę sterującą do silnika bezszczotkowego (silnik koła), było wiele pytań o to, jak porównać prawdziwy silnik z abstrakcyjnym obwodem trzech uzwojeń i magnesów, na którym z reguły wszyscy wyjaśniają zasadę działania bezszczotkowego sterowanie silnikami.

Kiedy zaimplementowałem sterowanie czujnikami Halla, nadal nie bardzo rozumiałem, co się dzieje w silniku poza abstrakcyjnymi trzema uzwojeniami i dwoma biegunami: dlaczego 120 stopni i dlaczego algorytm sterowania jest dokładnie taki sam.

Wszystko ułożyło się na swoim miejscu, gdy zacząłem rozumieć ideę bezczujnikowego sterowania silnikiem bezszczotkowym – zrozumienie procesu zachodzącego w prawdziwym sprzęcie pomogło w opracowaniu sprzętu i zrozumieniu algorytmu sterowania.

Poniżej postaram się opisać moją drogę do zrozumienia zasady sterowania bezszczotkowym silnikiem prądu stałego.

Do działania silnika bezszczotkowego konieczne jest, aby stałe pole magnetyczne wirnika było przenoszone za wirującym polem elektromagnetycznym stojana, tak jak w konwencjonalnym silniku prądu stałego.

Obrót pola magnetycznego stojana odbywa się poprzez przełączanie uzwojeń za pomocą elektronicznej jednostki sterującej.
Konstrukcja silnika bezszczotkowego jest podobna do konstrukcji silnika synchronicznego, jeśli silnik bezszczotkowy jest podłączony do sieci trójfazowej. prąd przemienny spełniając parametry elektryczne silnika, zadziała.

Pewna komutacja uzwojeń silnika bezszczotkowego pozwala na jego sterowanie ze źródła prądu stałego. Aby zrozumieć, jak wykonać tabelę komutacji silnika bezszczotkowego, należy wziąć pod uwagę sterowanie maszyną synchroniczną prądu przemiennego.

Maszyna synchroniczna
Maszyna synchroniczna jest sterowana z trójfazowej sieci prądu przemiennego. Silnik ma 3 uzwojenia elektryczne przesunięte o 120 stopni elektrycznych.

Uruchamiając silnik trójfazowy w trybie generatora, stałe pole magnetyczne indukuje sem na każdym z uzwojeń silnika, uzwojenia silnika są równomiernie rozłożone, na każdej z faz indukowane będzie napięcie sinusoidalne, a sygnały te będą przesunięte między sobą o 1/3 okresu (rysunek 1). Kształt pola elektromagnetycznego zmienia się zgodnie z prawem sinusoidalnym, okres sinusoidy wynosi 2P (360), ponieważ mamy do czynienia z wielkościami elektrycznymi (SEM, napięcie, prąd) nazwiemy to stopniami elektrycznymi i będziemy mierzyć okres w im.

Gdy do silnika zostanie przyłożone napięcie trójfazowe, w każdym momencie na każdym uzwojeniu będzie określona siła prądu.

Każde uzwojenie generuje wektor pola magnetycznego proporcjonalny do prądu uzwojenia. Dodając 3 wektory, możesz otrzymać wynikowy wektor pola magnetycznego. Ponieważ z biegiem czasu prąd na uzwojeniach silnika zmienia się zgodnie z prawem sinusoidalnym, zmienia się wielkość wektora pola magnetycznego każdego uzwojenia, a wynikowy wektor całkowity zmienia kąt obrotu, podczas gdy wielkość tego wektora pozostaje stała.

Rysunek 2 przedstawia jeden okres elektryczny silnika trójfazowego, dla tego okresu wskazane są 3 dowolne momenty, aby w każdym z tych momentów zbudować wektor pola magnetycznego odkładamy ten okres o 360 stopni elektrycznych na kole. Umieść 3 uzwojenia silnika przesunięte względem siebie o 120 stopni elektrycznych (rysunek 3).

Wektor pola magnetycznego generowanego przez uzwojenie silnika jest wykreślany wzdłuż każdej z faz. Kierunek wektora jest określony przez kierunek prądu stałego w uzwojeniu, jeśli napięcie przyłożone do uzwojenia jest dodatnie, wektor jest kierowany do Przeciwna strona z uzwojenia, jeśli jest ujemny, to wzdłuż uzwojenia. Wielkość wektora jest proporcjonalna do wielkości napięcia na fazie in ten moment.
Aby otrzymać wynikowy wektor pola magnetycznego, konieczne jest dodanie danych wektorowych zgodnie z prawem dodawania wektorów.
Konstrukcja jest podobna w drugiej i trzeciej chwili.

Tak więc z biegiem czasu wynikowy wektor płynnie zmienia swój kierunek. Rysunek 5 pokazuje wynikowe wektory i pokazuje pełny obrót pola magnetycznego stojana w jednym okresie elektrycznym.

Za tym wektorem elektrycznego pola magnetycznego pole magnetyczne magnesów trwałych wirnika jest odprowadzane w każdym momencie czasu (rysunek 6).

Tak działa synchroniczna maszyna prądu przemiennego.

Mając źródło prądu stałego, konieczne jest niezależne utworzenie jednego okresu elektrycznego ze zmianą kierunku prądu na trzech uzwojeniach silnika. Ponieważ konstrukcja silnika bezszczotkowego jest taka sama jak silnika synchronicznego, ma identyczne parametry w trybie generatora, należy zacząć od rysunku 5, który pokazuje generowane wirujące pole magnetyczne.

Stałe ciśnienie
Zasilacz DC ma tylko 2 przewody „plus power” i „minus power”, co oznacza, że ​​możliwe jest podanie napięcia tylko na dwa z trzech uzwojeń. Konieczne jest przybliżenie rysunku 5 i wybranie wszystkich momentów, w których możliwe jest podłączenie 2 faz z trzech.

Liczba permutacji ze zbioru 3 wynosi 6, dlatego istnieje 6 opcji łączenia uzwojeń.
Przedstawmy możliwe opcje komutacje i wybierz sekwencję, w której wektor będzie obracany krok po kroku dalej, aż osiągnie koniec okresu i zacznie się od nowa.

Okres elektryczny będzie liczony od pierwszego wektora.

Rysunek 5 pokazuje, że przy sterowaniu trójfazowym napięciem sinusoidalnym istnieje wiele wektorów płynnie obracających się w czasie, a przy przełączaniu prądem stałym można uzyskać pole wirujące tylko 6 wektorów, czyli przełączenie do następnego kroku powinno występować co 60 stopni elektrycznych.
Wyniki z rysunku 7 podsumowano w tabeli 1.

Tabela 1. Wynikowa sekwencja komutacji uzwojeń silnika.

Widok wynikowego sygnału sterującego zgodnie z tabelą 1 pokazano na rysunku 8. Gdzie -V to komutacja do minusa zasilania (GND), a +V to komutacja do plusa zasilania.

Jednak rzeczywisty obraz z faz silnika będzie podobny do sygnału sinusoidalnego z rysunku 1. Sygnał ma kształt trapezu, ponieważ w momentach, gdy uzwojenie silnika nie jest podłączone, magnesy trwałe wirnika indukują na nim sem (Rysunek 9).

Na oscyloskopie wygląda to tak:

Cechy konstrukcyjne
Jak wspomniano wcześniej, dla 6 przełączeń uzwojeń powstaje jeden okres elektryczny 360 stopni elektrycznych.
Konieczne jest powiązanie tego okresu z rzeczywistym kątem obrotu wirnika. Silniki z jedną parą biegunów i trójzębnym stojanem są rzadko stosowane, silniki mają N par biegunów.
Rysunek 11 przedstawia modele silników z jedną parą biegunów i dwiema parami biegunów.

Silnik z dwiema parami biegunów ma 6 uzwojeń, każde z uzwojeń jest parą, każda grupa 3 uzwojeń jest przesunięta względem siebie o 120 stopni elektrycznych. Rysunek 12b. opóźniony o jeden okres na 6 uzwojeń. Uzwojenia U1-U2, V1-V2, W1-W2 są ze sobą połączone iw projekcie reprezentują 3-fazowe przewody wyjściowe. Dla uproszczenia nie pokazano połączeń, ale pamiętaj, że U1-U2, V1-V2, W1-W2 są takie same.

Rysunek 12, na podstawie danych z tabeli 1, przedstawia wektory dla jednej i dwóch par biegunów.

Rysunek 13 przedstawia wektory utworzone przez 6 komutacji uzwojeń silnika jedną parą biegunów. Wirnik składa się z magnesów trwałych, w 6 krokach wirnik będzie się obracał o 360 stopni mechanicznych.
Rysunek pokazuje położenia końcowe wirnika, w odstępach między dwoma sąsiednimi położeniami, wirnik obraca się z poprzedniego do następnego stanu przełączenia. Gdy wirnik osiągnie to położenie końcowe, musi nastąpić następne przełączenie i wirnik będzie dążył do nowej pozycji docelowej, tak że jego wektor pola magnetycznego staje się współkierunkowy z wektorem pola elektromagnetycznego stojana.

W silnikach z N parami biegunów, N okresów elektrycznych musi minąć, aby wykonać pełny obrót mechaniczny.
Silnik z dwiema parami biegunów będzie miał dwa magnesy z biegunami S i N oraz 6 uzwojeń (rysunek 14). Każda grupa 3 uzwojeń jest odsunięta od siebie o 120 stopni elektrycznych.

Określanie położenia wirnika silnika bezszczotkowego
Jak wspomniano wcześniej, aby silnik działał, konieczne jest: odpowiednie chwile czas na podłączenie napięcia do wymaganych uzwojeń stojana. Napięcie musi być przyłożone do uzwojeń silnika w zależności od położenia wirnika, tak aby pole magnetyczne stojana było zawsze przed polem magnetycznym wirnika. Aby określić położenie wirnika silnika i przełączanie uzwojeń, użyj jednostka elektroniczna kierownictwo.
Śledzenie pozycji wirnika jest możliwe na kilka sposobów:
1. Przez czujniki Halla
2. Z powrotem EMF
Z reguły producenci wyposażają silnik w czujniki Halla w momencie wydania, więc jest to najczęstsza metoda sterowania.
Przełączanie uzwojeń zgodnie z sygnałami przeciw sem pozwala na rezygnację z czujników wbudowanych w silnik i wykorzystanie analizy wolnej fazy silnika jako czujnika, który będzie indukowany przez przeciwne pole magnetyczne sem.

Bezszczotkowe sterowanie silnikiem z czujnikiem Halla
Aby przełączyć uzwojenia we właściwym czasie, konieczne jest śledzenie położenia wirnika w stopniach elektrycznych. Służą do tego czujniki Halla.
Ponieważ istnieje 6 stanów wektora pola magnetycznego, potrzebne są 3 czujniki Halla, które będą reprezentować jeden enkoder absolutny pozycje z wyjściem trzybitowym. Czujniki Halla są instalowane w taki sam sposób jak uzwojenia, przesunięte względem siebie o 120 stopni elektrycznych. Pozwala to na wykorzystanie magnesów wirnika jako elementu uruchamiającego czujnik.

Do obracania silnika konieczne jest, aby pole magnetyczne stojana było przed polem magnetycznym wirnika, położenie, w którym wektor pola magnetycznego wirnika jest współkierunkowy z wektorem pola magnetycznego stojana jest skończone dla danej komutacji, to jest w tym momencie przełączenie na następną kombinację powinno nastąpić, aby zapobiec zawieszeniu się wirnika w pozycji nieruchomej.
Porównajmy sygnały z czujników Halla z kombinacją faz, które należy podłączyć (tabela 2)

Tabela 2. Porównanie sygnałów czujnika Halla z komutacją fazy silnika.

Tylna kontrola EMF
Istnieją silniki bezszczotkowe bez czujników położenia. Wyznaczenie położenia wirnika odbywa się poprzez analizę sygnału SEM w fazie swobodnej silnika. W każdej chwili „+” łączy się z jedną z faz z drugą „-” zasilacza, jedna z faz pozostaje wolna. Obracając się, pole magnetyczne wirnika indukuje pola elektromagnetyczne w swobodnym uzwojeniu. W miarę postępu rotacji zmienia się napięcie na wolnej fazie (rysunek 17).

Sygnał z uzwojenia silnika jest dzielony na 4 punkty:
1. Uzwojenie jest podłączone do 0
2. Uzwojenie niepodłączone (faza wolna)
3. Uzwojenie jest podłączone do napięcia zasilania
4. Uzwojenie niepodłączone (faza wolna)
Porównując sygnał z faz z sygnałem sterującym można zauważyć, że moment przejścia do następnego stanu można wykryć przecinając punkt środkowy (połowa napięcia zasilającego) z fazą, która w danym momencie nie jest połączona (rysunek 18).

Po wykryciu skrzyżowania konieczne jest wstrzymanie i włączenie następnego stanu. Zgodnie z tym rysunkiem opracowano algorytm przełączania stanów uzwojeń (tabela 3).

Tabela 3. Algorytm przełączania uzwojeń silnika

Komparator jest wyzwalany, gdy napięcie przekracza punkt środkowy i generuje sygnał dla mikrokontrolera.

Przetwarzanie sygnału z faz silnika
Jednak sygnał z faz przy regulacji prędkości PWM różni się wyglądem i ma charakter impulsowy (Rysunek 21), w takim sygnale nie można wykryć przecięcia z punktem środkowym.

Dlatego ten sygnał należy przefiltrować filtrem RC, aby uzyskać obwiednię, a także podzielić zgodnie z wymaganiami komparatora. Wraz ze wzrostem współczynnika wypełnienia amplituda sygnału PWM będzie wzrastać (Rysunek 22).

Schemat środkowy

Sygnały są usuwane z faz przez rezystory ograniczające prąd i łączone, uzyskuje się następujący obraz:

Ze względu na PWM napięcie punktu środkowego nie jest stałe, sygnał musi być również filtrowany. Napięcie punktu środkowego po wygładzeniu będzie wystarczająco duże (w rejonie napięcia zasilania silnika), musi zostać podzielone przez dzielnik napięcia do wartości połowy napięcia zasilania.
Silnik bezszczotkowy

Silnik prądu stałego nazywa się Silnik elektryczny który jest zasilany prądem stałym. W razie potrzeby zaopatrz się w silnik o wysokim momencie obrotowym i stosunkowo niskich obrotach. Strukturalnie Inrunnery są prostsze ze względu na fakt, że stacjonarny stojan może służyć jako obudowa. Można do niego zamontować łączniki. W przypadku Outrunnerów obraca się cała zewnętrzna część. Silnik jest przymocowany do stałej osi lub części stojana. W przypadku koła silnikowego mocowanie odbywa się na nieruchomej osi stojana, druty są prowadzone do stojana przez wydrążoną oś mniejszą niż 0,5 mm.

Silnik prądu przemiennego nazywa się silnik elektryczny zasilany prądem przemiennym... Istnieją następujące typy silników prądu przemiennego:

Istnieje również UKD (uniwersalny silnik kolektora) z funkcją trybu pracy zarówno na prąd przemienny, jak i stały.

Innym typem silnika jest silnik krokowy ze skończoną liczbą pozycji wirnika... Pewna wskazana pozycja wirnika jest ustalana poprzez doprowadzenie zasilania do niezbędnych odpowiednich uzwojeń. Gdy napięcie zasilania zostanie usunięte z jednego uzwojenia i przeniesione na inne, następuje proces przejścia do innej pozycji.

Silnik prądu przemiennego, gdy jest zasilany przez sieć handlową, zwykle nie pozwala na osiągnięcie: prędkość obrotowa więcej trzy tysiące obr/min... Z tego powodu, gdy konieczne jest uzyskanie wyższych częstotliwości, stosuje się silnik kolektorowy, dodatkowe korzyści czyli lekkość i zwartość przy zachowaniu wymaganej mocy.

Czasami używają też specjalnego skrzynia biegów zwany mnożnikiem, który zmienia parametry kinematyczne urządzenia na wymagane wskaźniki techniczne... Zespoły kolektorów zajmują czasami połowę powierzchni całego silnika, dlatego silniki prądu przemiennego są zmniejszane i lżejsze dzięki zastosowaniu przemiennika częstotliwości, a czasami dzięki obecności sieci o podwyższonej częstotliwości do 400 Hz.

Zasób dowolnego silnik asynchroniczny prąd przemienny jest zauważalnie wyższy niż prąd kolektora. To jest określone stan izolacji uzwojeń i łożysk... Silnik synchroniczny, przy zastosowaniu falownika i czujnika położenia wirnika, jest uważany za elektroniczny analog klasycznego silnika kolektorowego, który wspomaga pracę za pomocą prądu stałego.

Bezszczotkowy silnik prądu stałego. Informacje ogólne i projekt urządzenia

Bezszczotkowy silnik prądu stałego jest również nazywany trójfazowym silnikiem bezszczotkowym. Jest to urządzenie synchroniczne, którego zasada działania opiera się na samosynchronizującej regulacji częstotliwości, dzięki czemu sterowany jest wektor (począwszy od położenia wirnika) pola magnetycznego stojana.

Sterowniki silników tego typu są często zasilane przez stałe napięcie, dlatego dostali swoją nazwę. W anglojęzycznej literaturze technicznej silnik bezszczotkowy nazywa się PMSM lub BLDC.

Silnik bezszczotkowy został stworzony przede wszystkim w celu optymalizacji l dowolny silnik prądu stałego; ogólnie. Siłownikowi takiego urządzenia postawiono bardzo wysokie wymagania (zwłaszcza na szybki mikronapęd z precyzyjnym pozycjonowaniem).

Być może doprowadziło to do zastosowania takich specyficznych urządzeń prądu stałego, bezszczotkowych silników trójfazowych, zwanych również BDPT. Dzięki swojej konstrukcji są one prawie identyczne z silnikami synchronicznymi prądu przemiennego, w których obrót wirnika magnetycznego odbywa się w konwencjonalnym laminowanym stojanie w obecności uzwojeń trójfazowych, a liczba obrotów zależy od napięcia i obciążenia stojana. W oparciu o określone współrzędne wirnika przełączane są różne uzwojenia stojana.

Bezszczotkowe silniki prądu stałego mogą istnieć bez żadnych oddzielnych czujników, jednak czasami są one obecne na wirniku, na przykład czujnik Halla. Jeśli urządzenie działa bez dodatkowy czujnik, następnie uzwojenia stojana pełnią rolę elementu mocującego,... Wtedy prąd powstaje w wyniku obrotu magnesu, gdy wirnik indukuje siłę elektromotoryczną w uzwojeniu stojana.

Jeśli jedno z uzwojeń jest wyłączone, to zaindukowany sygnał będzie mierzony i dalej przetwarzany, jednak ta zasada działania jest niemożliwa bez profesora przetwarzania sygnałów. Ale do cofania lub hamowania takiego silnika elektrycznego obwód mostkowy nie jest potrzebny - wystarczy dostarczyć impulsy sterujące w odwrotnej kolejności do uzwojeń stojana.

W VD (silnik zaworowy) cewka indukcyjna w postaci magnesu stałego znajduje się na wirniku, a uzwojenie twornika znajduje się na stojanie. Na podstawie położenia wirnika, powstaje napięcie zasilania wszystkich uzwojeń silnik elektryczny. Kiedy kolektor jest używany w takich konstrukcjach, przełącznik półprzewodnikowy będzie pełnił swoją funkcję w silniku zaworu.

Główna różnica między silnikami synchronicznymi i zaworowymi polega na samosynchronizacji tych ostatnich za pomocą DPR, który określa proporcjonalną częstotliwość obrotu wirnika i pola.

Najczęściej bezszczotkowy silnik prądu stałego jest używany w następujących obszarach:

Stojan

To urządzenie ma klasyczny wygląd i przypomina to samo urządzenie maszyny asynchronicznej. Kompozycja zawiera rdzeń miedziany(układany na obwodzie w rowkach), który określa liczbę faz i korpus. Zwykle fazy sinus i cosinus są wystarczające do rotacji i samoczynnego rozruchu, jednak często tworzony jest silnik bezszczotkowy z trójfazowym, a nawet czterofazowym.

Silniki elektryczne z rewersem siła elektromotoryczna w zależności od rodzaju układania zwojów na uzwojeniu stojana dzielą się na dwa typy:

• sinusoidalny kształt;
• trapezowy kształt.

W odpowiednich typach silników prąd fazowy również zmienia się w zależności od sposobu zasilania sinusoidalnie lub trapezoidalnie.

Wirnik

Zwykle wirnik jest wykonany z magnesów trwałych z dwoma do ośmiu parami biegunów, które z kolei zmieniają się z północy na południe lub odwrotnie.

Najczęstsze i najtańsze do wykonania wirnika są magnesy ferrytowe, ale ich wadą jest niski poziom indukcji magnetycznej dlatego urządzenia stworzone ze stopów różnych pierwiastków ziem rzadkich zastępują obecnie taki materiał, ponieważ mogą zapewnić wysoki poziom indukcji magnetycznej, co z kolei umożliwia zmniejszenie rozmiaru wirnika.

DPR

Czujnik położenia wirnika zapewnia informację zwrotną. Zgodnie z zasadą działania urządzenie dzieli się na następujące podgatunki:

• indukcyjny;
• fotoelektryczny;
• Czujnik Halla.

Ten ostatni typ zyskał największą popularność ze względu na jego prawie absolutna bezwładność właściwości oraz możliwość pozbycia się opóźnienia w kanałach poprzez położenie wirnika sprzężenie zwrotne.

System sterowania

Układ sterowania składa się z wyłączników mocy, czasem także tyrystorów lub tranzystorów mocy, w tym izolowanej bramki, prowadzącej do odbioru falownika prądu lub falownika napięcia. Najczęstszym procesem zarządzania tymi kluczami jest: za pomocą mikrokontrolera, który wymaga ogromnej ilości operacji obliczeniowych do sterowania silnikiem.

Zasada działania

Działanie silnika polega na tym, że sterownik komutuje pewną liczbę uzwojeń stojana w taki sposób, aby wektory pól magnetycznych wirnika i stojana były ortogonalne. Z PWM (modulacja szerokości impulsu) sterownik kontroluje prąd płynący przez silnik i reguluje moment, który wpływa na wirnik. Kierunek tego efektywnego momentu jest określony przez podniesienie kąta między wektorami. W obliczeniach wykorzystywane są stopnie elektryczne.

Komutację należy wykonać w taki sposób, aby Ф0 (strumień wzbudzenia wirnika) był utrzymywany na stałym poziomie względem strumienia twornika. Przy interakcji takiego wzbudzenia i strumienia twornika powstaje moment obrotowy M, który ma tendencję do obracania wirnika i równolegle zapewnia koincydencję wzbudzenia i strumienia twornika. Jednak podczas obrotu wirnika pod wpływem czujnika położenia wirnika przełączane są różne uzwojenia, w wyniku czego przepływ twornika skręca w kierunku następnego kroku.

W takiej sytuacji wektor wynikowy przesuwa się i staje nieruchomy w stosunku do strumienia wirnika, który z kolei wytwarza niezbędny moment obrotowy na wale silnika.

Zarządzanie silnikiem

Kontroler Silnik bezszczotkowy prąd stały reguluje moment obrotowy działający na wirnik, zmieniając wielkość modulacji szerokości impulsu. Komutacja jest monitorowana i realizowane drogą elektroniczną, w przeciwieństwie do konwencjonalnego szczotkowanego silnika prądu stałego. Powszechne są również systemy sterowania, które implementują modulację szerokości impulsu i algorytmy sterowania szerokością impulsu dla przepływu pracy.

Silniki ze sterowaniem wektorowym zapewniają najszerszy zakres znany z własnej regulacji prędkości. Regulacja tej prędkości, jak również utrzymywanie połączenia strumienia na wymaganym poziomie, jest zasługą przetwornicy częstotliwości.

Cechą regulacji napędu elektrycznego w oparciu o sterowanie wektorowe jest obecność kontrolowanych współrzędnych. Są w system stacjonarny oraz przekonwertowany na obrotowy, przydzielając stałą wartość proporcjonalną do kontrolowanych parametrów wektora, dzięki czemu powstaje akcja sterująca, a następnie przejście odwrotne.

Pomimo wszystkich zalet takiego systemu, towarzyszy mu wada w postaci złożoności sterowania urządzeniem do regulacji prędkości w szerokim zakresie.

Zalety i wady

Obecnie w wielu branżach ten typ silnika jest bardzo poszukiwany, ponieważ bezszczotkowy silnik prądu stałego łączy prawie wszystkie najlepsze cechy bezstykowe i inne rodzaje silników.

Niezaprzeczalnymi zaletami silnika bezszczotkowego są:

Pomimo wagi pozytywne punkty, v bezszczotkowy silnik prądu stałego jest też kilka wad:

Na podstawie powyższego i niedorozwoju nowoczesna elektronika w regionie wielu nadal uważa za wskazane stosowanie konwencjonalnego silnika asynchronicznego z przetwornicą częstotliwości.

Trójfazowy bezszczotkowy silnik prądu stałego

Ten typ silnika ma doskonałe osiągi, zwłaszcza gdy jest sterowany przez czujniki położenia. Jeśli moment oporu zmienia się lub jest zupełnie nieznany, a także czy jest to konieczne do osiągnięcia wyższy moment rozruchowy stosowane jest sterowanie za pomocą czujnika. Jeżeli czujnik nie jest używany (z reguły w wentylatorach) sterowanie daje możliwość obejścia się bez komunikacji przewodowej.

Cechy sterowania bezszczotkowym silnikiem trójfazowym bez czujnika położenia:

Funkcje kontrolne bezszczotkowy silnik trójfazowy z czujnikiem położenia na przykładzie czujnika Halla:

Wniosek

Bezszczotkowy silnik prądu stałego ma wiele zalet i będzie godnym wyborem zarówno dla specjalisty, jak i prostego laika.

Silnik bezszczotkowy

Zasada działania trójfazowego silnika bezszczotkowego

Silnik zaworu to silnik synchroniczny oparty na zasadzie regulacji częstotliwości z samosynchronizacją, której istotą jest sterowanie wektorem pola magnetycznego stojana w zależności od położenia wirnika. Silniki zaworów(w literaturze anglojęzycznej 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 siłowniki(w szczególności szybkie mikronapędy do precyzyjnego pozycjonowania) doprowadziły do ​​zastosowania określone silniki Prąd stały: bezstykowy silniki trójfazowe prąd stały (BDPT 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. BDPT są dostępne w wersjach z oddzielnymi czujnikami na rotorze i bez oddzielnych czujników. Czujniki Halla są używane jako oddzielne czujniki. Jeśli konstrukcja nie zawiera oddzielnych czujników, uzwojenia stojana działają jako element mocujący. Gdy magnes się obraca, wirnik indukuje pola elektromagnetyczne 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 mostkowy obwód odwrócenia mocy - wystarczy podać impulsy sterujące na uzwojenia stojana w odwrotnej kolejności.

Główną różnicą między HP a silnikiem synchronicznym jest jego samosynchronizacja za pomocą DPR, w wyniku której w HP częstotliwość obrotu pola jest proporcjonalna do prędkości wirnika.

Stojan

Bezszczotkowy stojan silnika

Stojan ma tradycyjną 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 w silniku. Do samodzielnego rozruchu i rotacji wystarczą dwie fazy - sinus i cosinus. Zazwyczaj HP są trójfazowe, rzadziej czterofazowe.

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

Wirnik

Wirnik jest wykonany przy użyciu magnesów trwałych i zwykle ma od dwóch do ośmiu par biegunów z naprzemiennymi biegunami północnym i południowym.

Początkowo do wykonania wirnika używano magnesów ferrytowych. Są powszechne i tanie, ale ich wadą jest niski poziom indukcji magnetycznej. Obecnie coraz większą popularnością cieszą się magnesy ze stopów metali ziem rzadkich, które pozwalają na uzyskanie wysokiego poziomu indukcji magnetycznej 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, z efektem Halla itp. Najpopularniejsze są czujniki Halla i fotoelektryczne, ponieważ są praktycznie bezwładne i pozwalają pozbyć się opóźnienia w kanale sprzężenia zwrotnego na pozycję wirnik.

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

System sterowania VD

Układ sterowania zawiera wyłączniki mocy, często tyrystory lub tranzystory mocy IGBT. Z nich montowany jest falownik napięcia lub falownik prądu. System sterowania kluczykiem realizowany jest zazwyczaj w oparciu o zastosowanie mikrokontrolera, ze względu na dużą liczbę operacji obliczeniowych do sterowania silnikiem.

Zasada działania VD

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

Komutacja jest wykonywana tak, aby strumień wzbudzenia wirnika był F 0 utrzymywane na stałym poziomie w odniesieniu do przepływu twornika. W wyniku interakcji przepływu twornika i wzbudzenia powstaje moment obrotowy m, który ma na celu obrócenie wirnika tak, aby strumienie twornika i wzbudzenia pokrywały się, ale gdy wirnik obraca się pod działaniem DPR, uzwojenia są przełączane, a strumień twornika przechodzi do następnego kroku.

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

W trybie pracy silnika MDS stojana wyprzedza MDS wirnika o kąt 90 °, który jest utrzymywany za pomocą DPR. W trybie hamowania MDS stojana pozostaje w tyle za MDS 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 - dla silników ze sterowaniem wektorowym. Przetwornica częstotliwości kontroluje prędkość silnika i utrzymuje połączenie strumienia w maszynie na danym poziomie.

Cechą regulacji napędu elektrycznego ze sterowaniem wektorowym jest to, że sterowane współrzędne mierzone w stałym układzie współrzędnych są przekształcane na układ wirujący, z których przypisywana jest stała wartość, proporcjonalna do składowych wektorów sterowanych parametrów, zgodnie z którym powstają działania kontrolne, a następnie przejście odwrotne.

Wadą tych systemów jest złożoność urządzeń sterujących i funkcjonalnych dla szerokiego zakresu regulacji prędkości.

Zalety i wady VD

W ostatnim czasie ten typ silnika szybko zyskuje na popularności, przenikając wiele branż. Znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach: od sprzętu AGD po pojazdy szynowe.

VD z systemy elektroniczne sterowniki często łączą w sobie najlepsze cechy silników bezstykowych i silników prądu stałego.

Zalety:

• Szeroki zakres prędkości
• Bezdotykowy i bezobsługowy - maszyna bezszczotkowa
• Nadaje się do stosowania w środowiskach wybuchowych i agresywnych
• Wysoki moment przeciążeniowy
• Wysoka wydajność energetyczna (sprawność powyżej 90%)

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

Niedogodności:

• Stosunkowo złożony system zarządzania silnikiem
• Wysoki koszt silnika ze względu na zastosowanie drogich magnesów trwałych w konstrukcji wirnika
• W wielu przypadkach bardziej racjonalne jest zastosowanie silnika asynchronicznego z przetwornicą częstotliwości.

Do zastosowań łączących maksymalną osiągalną wydajność z niezwykle prostym i niezawodne bloki sterowania (przełącznik kluczykowy, który nie wykorzystuje PWM), można również zwrócić uwagę na następującą cechę: Pomimo faktu, że obroty mogą się znacznie różnić przez jednostkę sterującą, akceptowalną wydajność można uzyskać tylko w stosunkowo wąskim zakresie prędkości kątowych. Jest to określone przez indukcyjność uzwojeń. Jeśli prędkość jest poniżej optymalnej, ciągłe dostarczanie prądu do tej fazy, po osiągnięciu limitu strumienia magnetycznego, doprowadzi tylko do niepotrzebnego nagrzewania. Przy prędkościach wyższych od optymalnych strumień magnetyczny w biegunie nie osiągnie maksimum ze względu na czas narastania prądu ograniczony przez indukcyjność. Przykładami takich silników są modele zestawów bezszczotkowych. Muszą być wydajne, lekkie i niezawodne, aby zapewnić optymalną prędkość kątowa przy danej charakterystyce obciążenia producenci produkują linie modelowe z różnymi indukcyjnościami (liczba 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: Sterowanie dwufazowego bezszczotkowego silnika prądu stałego bez czujników
• http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html 5.4 Silniki wentylowane
• http://www.imafania.narod.ru/bldc.htm O silniku bezszczotkowym i jego użytkowaniu silnik krokowy jako bezszczotkowy