Trójfazowy silnik prądu stałego. Budowa i testowanie silnika bezszczotkowego

Silnik prąd stały nazywa silnik elektrycznyzasilany stałym prądem. W razie potrzeby uzyskaj silnik o wysokim momencie obrotowym i stosunkowo niskich obrotach. Strukturalnie, wkładki są prostsze, ponieważ stacjonarny stojan może służyć jako obudowa. Można do niego przymocować łączniki. W przypadku Outrunners cała zewnętrzna część obraca się. Silnik jest przymocowany do stałej osi lub części stojana. W przypadku koła silnikowego mocowanie odbywa się na nieruchomej osi stojana, druty są doprowadzane do stojana przez wydrążoną oś, która jest mniejsza niż 0,5 mm.

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

Istnieje również UKD (uniwersalny silnik kolektora) z funkcją trybu pracy zarówno na AC, jak i DC.

Innym rodzajem silnika jest silnik krokowy ze skończoną liczbą pozycji wirnika... Pewne wskazane położenie wirnika jest ustalane przez zasilenie niezbędnych odpowiednich uzwojeń. Podczas usuwania napięcia zasilania z jednego uzwojenia i przenoszenia go na inne następuje proces przejścia do innej pozycji.

Silnik prądu przemiennego zasilany z sieci polowej zwykle nie pozwala na osiągnięcie prędkość obrotowa więcej trzy tysiące rpm... Z tego powodu w przypadku konieczności uzyskania wyższych częstotliwości stosuje się silnik kolektora, dodatkowe korzyści czyli lekkość i zwartość przy zachowaniu wymaganej mocy.

Czasami używają również specjalnego przekładnia zwany mnożnikiem, który zmienia parametry kinematyczne urządzenia na wymagane wskaźniki techniczne... Zespoły rozgałęźne zajmują czasami nawet połowę miejsca w całym silniku, dlatego silniki prądu przemiennego są zmniejszone i lżejsze dzięki zastosowaniu przetwornicy częstotliwości, a czasami z powodu obecności sieci o zwiększonej częstotliwości do 400 Hz.

Zasób dowolnego pliku silnik synchroniczny prąd przemienny jest zauważalnie wyższy niż prąd kolektora. To jest zdeterminowane stan izolacji uzwojeń i łożysk... Silnik synchroniczny, gdy używa falownika i czujnika położenia wirnika, jest uważany za elektroniczny analog klasyki silnik kolektorawspomaganie działania za pomocą prądu stałego.

Bezszczotkowy silnik prądu stałego. Informacje ogólne i konstrukcja urządzenia

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

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

Silnik bezszczotkowy został stworzony przede wszystkim w celu optymalizacji l dowolny silnik prądu stałego ogólnie. Siłownikowi takiego urządzenia stawiano bardzo wysokie wymagania (szczególnie w przypadku szybkiego mikro-napędu z precyzyjnym pozycjonowaniem).

Być może doprowadziło to do zastosowania takich specyficznych urządzeń prądu stałego, bezszczotkowych silników trójfazowych, zwanych również BDPT. Dzięki swojej konstrukcji są prawie identyczne z synchronicznymi silnikami prądu przemiennego, w których obrót wirnika magnetycznego zachodzi w konwencjonalnym stojanie laminowanym w obecności uzwojeń trójfazowych, a liczba obrotów zależy od napięcia i obciążenia stojana. Na podstawie określonych współrzędnych wirnika przełączane są różne uzwojenia stojana.

Bezszczotkowe silniki prądu stałego mogą istnieć bez oddzielnych czujników, jednak czasami są one obecne na wirniku, takich jak czujnik Halla. Jeśli urządzenie działa bez dodatkowy czujniknastępnie uzwojenia stojana pełnią rolę elementu mocującego... Następnie prąd powstaje w wyniku obrotu magnesu, gdy wirnik indukuje pole elektromagnetyczne w uzwojeniu stojana.

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

W VD (silnik zaworu) cewka indukcyjna w postaci magnesu trwałego 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 tego ostatniego za pomocą DPR, który określa proporcjonalną częstotliwość obrotów wirnika i pola.

Najczęściej bezszczotkowy silnik prądu stałego jest używany w następujących obszarach:

Stator

To urządzenie ma klasyczny wygląd i przypomina to samo urządzenie maszyny asynchronicznej. Skład zawiera rdzeń miedziany (układany po obwodzie w rowkach), który określa liczbę faz i korpus. Zwykle fazy sinus i cosinus są wystarczające do obracania i samoczynnego rozruchu, jednak często tworzy się 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:

• kształt sinusoidalny;
• trapezowy.

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

Wirnik

Zwykle wirnik jest wykonany magnesy trwałe z liczbą par biegunów od dwóch do ośmiu, które z kolei zmieniają się z północy na południe lub odwrotnie.

Najpopularniejsze i najtańsze do wykonania wirnika to magnesy ferrytoweale ich wada jest niski poziom indukcji magnetycznejw związku z tym urządzenia stworzone ze stopów różnych pierwiastków ziem rzadkich zastępują obecnie ten materiał, ponieważ mogą zapewnić wysoki poziom indukcji magnetycznej, co z kolei pozwala na zmniejszenie wielkości 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 dzięki swojemu prawie absolutne właściwości bezwładności oraz możliwość pozbycia się opóźnienia w kanałach sprzężenia zwrotnego w oparciu o położenie wirnika.

Układ sterowania

System sterowania składa się z przełączników mocy, czasem również z tyrystorów lub tranzystorów mocy, w tym izolowanej bramki, prowadzącej do odbioru falownika prądu lub falownika napięcia. Najczęściej wdrażany jest proces zarządzania tymi kluczami za pomocą mikrokontrolera, co wymaga ogromnej ilości operacji obliczeniowych do sterowania silnikiem.

Zasada działania

Działanie silnika polega na tym, że sterownik tak przełącza pewną liczbę uzwojeń stojana, że \u200b\u200bwektor pól magnetycznych wirnika i stojana jest ortogonalny. Z PWM (modulacja szerokości impulsu) sterownik kontroluje prąd przepływający przez silnik i reguluje moment obrotowy, który działa na wirnik. Kierunek tego efektywnego momentu jest określony przez podniesienie kąta między wektorami. Obliczenia wykorzystują stopnie elektryczne.

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

W takiej sytuacji wynikowy wektor przesuwa się i staje nieruchomy względem strumienia wirnika, co z kolei wytwarza niezbędny moment obrotowy na wale silnika.

Zarządzanie silnikiem

Bezszczotkowy sterownik silnika prądu stałego reguluje moment obrotowy działający na wirnik poprzez zmianę wartości modulacji szerokości impulsu. Komutacja jest monitorowana i przeprowadzane elektronicznie, 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 własnego sterowania prędkością. Regulacja tej prędkości, jak również utrzymywanie włączonego strumienia niezbędny poziom, wynika z przetwornicy częstotliwości.

Cechą regulacji napędu elektrycznego opartą na sterowaniu wektorowym jest obecność sterowanych współrzędnych. Są w systemie stacjonarnym i przekonwertowany na obrotowy, przydzielając stałą wartość proporcjonalną do kontrolowanych parametrów wektora, dzięki czemu powstaje akcja sterująca, a następnie przejście odwrotne.

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

Zalety i wady

W dzisiejszych czasach w wielu branżach tego typu silnik jest bardzo poszukiwany, ponieważ bezszczotkowy silnik prądu stałego łączy w sobie prawie wszystkie najlepsze cechy bezkontaktowe i inne typy silników.

Niezaprzeczalnymi zaletami silnika bezszczotkowego są:

Pomimo istotnych pozytywnych aspektów, w bezszczotkowy silnik prądu stałego ma też kilka wad:

W oparciu o powyższe i niedorozwój nowoczesna elektronika w regionie wielu nadal uważa za właściwe stosowanie konwencjonalnych silnik asynchroniczny z obecnością przetwornicy częstotliwości.

Trójfazowy bezszczotkowy silnik prądu stałego

Ten typ silnika ma doskonałą wydajność, szczególnie gdy jest sterowany przez czujniki położenia. Jeśli moment oporu jest różny lub jest zupełnie nieznany, a także jeśli jest to konieczne do osiągnięcia wyższy moment rozruchowy sterowanie za pomocą czujnika. Jeśli czujnik nie jest używany (zwykle w wentylatorach), sterowanie pozwala obejść się bez komunikacji przewodowej.

Cechy sterowania silnikiem bezszczotkowym trójfazowym bez czujnika położenia:

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

Wniosek

Bezszczotkowy silnik prądu stałego ma wiele zalet i będzie godny wybór do użytku zarówno przez specjalistę, jak i zwykłego laika.

W tym artykule chcielibyśmy porozmawiać o tym, jak od podstaw stworzyliśmy silnik elektryczny: od pomysłu na pierwszy prototyp do pełnoprawnego silnika, który przeszedł wszystkie testy. Jeśli ten artykuł wydaje Ci się interesujący, osobno, bardziej szczegółowo opowiem Ci o najciekawszych etapach naszej pracy.

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

Wprowadzenie

Dziś, dzięki rozwojowi nowoczesnej elektroniki i pojawieniu się silnych magnesów na bazie metali ziem rzadkich, możliwe jest tworzenie mocniejszych, a jednocześnie kompaktowych i lekkich „bezszczotkowych” silników elektrycznych. Jednocześnie ze względu na prostotę konstrukcji są najbardziej niezawodnymi silnikami elektrycznymi, jakie kiedykolwiek stworzono. Stworzenie takiego silnika zostanie omówione w tym artykule.

Opis silnika

Pierwszy taki silnik został przez nas wydrukowany w 3D w ramach eksperymentu. Zamiast specjalnych płyt ze stali elektrotechnicznej zastosowaliśmy zwykły plastik na obudowę wirnika i rdzeń stojana, na którym nawinięta została miedziana cewka. Na wirniku zamocowano magnesy neodymowe o przekroju prostokątnym. Oczywiście taki silnik nie był w stanie dostarczyć maksymalna moc... Jednak to wystarczyło, aby silnik obracał się do 20 tys. Obr / min, po czym plastik nie wytrzymał i wirnik silnika pękł, a magnesy zostały rzucone. Ten eksperyment skłonił nas do stworzenia kompletnego silnika.

Kilka pierwszych prototypów

Wirnik nowego silnika wykonaliśmy z pojedynczego magnesu neodymowego w kształcie walca. Magnes epoksydowy został przyklejony do wału wykonanego ze stali narzędziowej w pilotażowej produkcji.

Stojan wycinamy laserem z zestawu blach transformatorowych o grubości 0,5 mm. Każda płyta została następnie starannie polakierowana, a następnie gotowy stojan został sklejony z około 50 płyt. Płytki zostały pokryte lakierem, aby uniknąć zwarcia między nimi i wykluczyć straty energii spowodowane prądami Foucaulta, które mogłyby powstać w stojanie.

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

Pomiar charakterystyk

Głównym elementem stojaka jest duże obciążenie w postaci podkładki. Podczas pomiarów silnik obraca zadaną masę, a moc wyjściowa i moment obrotowy silnika są obliczane z prędkości kątowej i przyspieszenia.

Para magnesów na wale i cyfrowy czujnik magnetyczny A3144 oparty na efekcie Halla służą do pomiaru prędkości obrotowej ładunku. Oczywiście możliwe byłoby zmierzenie obrotów za pomocą impulsów bezpośrednio z uzwojeń silnika, ponieważ ten silnik jest synchroniczny. Jednak wersja z czujnikiem jest bardziej niezawodna i będzie działać nawet przy bardzo małych prędkościach, przy których impulsy będą nieczytelne.

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

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

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

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

Bezszczotkowy silnik elektryczny

Zasada działania trójfazowego silnika bezszczotkowego

Silnik zaworu jest silnikiem synchronicznym opartym na zasadzie regulacji częstotliwości z samosynchronizacją, którego 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 mikro napędy do precyzyjnego pozycjonowania) doprowadziły do \u200b\u200bzastosowania określone silniki Prąd stały: bezkontaktowy silniki trójfazowe prąd stały (BDPT lub BLDC). Strukturalnie przypominają silniki synchroniczne prądu przemiennego: wirnik magnetyczny obraca się w laminowanym stojanie z uzwojeniami trójfazowymi. Ale prędkość obrotowa jest funkcją obciążenia i napięcia stojana. Ta funkcja jest realizowana poprzez przełączanie uzwojeń stojana w zależności od współrzędnych wirnika. BDPT są dostępne z oddzielnymi czujnikami na wirniku i bez oddzielnych czujników. Czujniki Halla są używane jako oddzielne czujniki. Jeśli konstrukcja jest bez oddzielnych czujników, uzwojenia stojana działają jako element mocujący. Kiedy magnes się obraca, wirnik indukuje pole elektromagnetyczne w uzwojeniach stojana, powodując prąd. Wyłączenie jednego uzwojenia powoduje pomiar i obróbkę sygnału, który w nim został zaindukowany. Ten algorytm wymaga procesora sygnałowego. Do hamowania i cofania BDPS nie jest potrzebny obwód mostka zwrotnego mocy - wystarczy przykładać impulsy sterujące do uzwojeń stojana w odwrotnej kolejności.

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

Stator

Bezszczotkowy stojan silnika

Stojan ma tradycyjną konstrukcję i jest podobny do stojana maszyny indukcyjnej. Składa się z korpusu, stalowego rdzenia elektrycznego i miedzianego uzwojenia ułożonego w rowkach wokół rdzenia. Liczba zwojów określa liczbę faz silnika. Do samoczynnego rozruchu i rotacji wystarczą dwie fazy - sinus i cosinus. Zazwyczaj HP są trójfazowe, rzadziej czterofazowe.

Zgodnie ze sposobem ułożenia zwojów w uzwojeniach stojana, silniki wyróżnia się odwrotną siłą elektromotoryczną o kształcie trapezoidalnym (BLDC) i sinusoidalnym (PMSM). W zależności od sposobu zasilania, fazowy prąd elektryczny w odpowiednich typach silników 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 brakuje im formy niski poziom Indukcja magnetyczna. W dzisiejszych czasach coraz większą popularnością cieszą się magnesy ze stopów ziem rzadkich, które pozwalają na uzyskanie wysokiego poziomu indukcji magnetycznej oraz zmniejszenie wielkości wirnika.

Czujnik położenia wirnika

Czujnik położenia wirnika (RPR) zapewnia informację zwrotną o położeniu wirnika. Jego praca może opierać się na różnych zasadach - fotoelektrycznych, indukcyjnych, efektach Halla itp. Najpopularniejsze są czujniki Halla i fotoelektryczne, ponieważ są praktycznie bezwładne i pozwalają pozbyć się opóźnienia w kanale sprzężenia zwrotnego zależnego od położenia wirnika.

Czujnik fotoelektryczny w swojej klasycznej formie zawiera trzy stałe fotodetektory, które są sekwencyjnie zamykane przesłoną obracającą się synchronicznie z wirnikiem. Jest to pokazane na rysunku 1 (żółta kropka). Kod binarny uzyskany z DPR rejestruje sześć różnych pozycji wirnika. Sygnały czujnika są przetwarzane przez urządzenie sterujące na kombinację napięć sterujących, które sterują przełącznikami mocy, tak że w każdym cyklu (fazie) pracy silnika włączane są dwa przełączniki, a dwa z trzech uzwojeń twornika są połączone szeregowo z siecią. Uzwojenia kotwiczne U, V, W znajdują się na stojanie z przesunięciem o 120 °, a ich początki i końce są połączone tak, że po przełączeniu klawiszy powstaje wirujący gradient pól magnetycznych.

System sterowania HP

Układ sterowania zawiera przełączniki mocy, często tyrystory lub tranzystory mocy IGBT. Z nich składa się falownik napięcia lub falownik prądu. Kluczowy system sterowania jest zwykle realizowany za pomocą mikrokontrolera, ze względu na dużą liczbę operacji obliczeniowych do sterowania silnikiem.

Jak działa VD

Zasada działania HP opiera się na fakcie, że regulator HP komutuje uzwojenia stojana tak, że wektor pola magnetycznego stojana jest zawsze prostopadły do \u200b\u200bwektora pola magnetycznego wirnika. Sterownik wykorzystując modulację szerokości impulsu (PWM) steruje prądem przepływającym przez uzwojenia WP, tj. wektor pola magnetycznego stojana, a tym samym regulowany jest moment obrotowy działający na wirnik HP. Znak kąta między wektorami określa kierunek momentu działającego na wirnik.

Komutacja odbywa się tak, że strumień wzbudzenia wirnika wynosi F 0 utrzymywane na stałym poziomie w odniesieniu do przepływu twornika. W wyniku interakcji przepływu twornika i wzbudzenia powstaje moment obrotowy M, który stara się obrócić wirnik 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 będzie przesunięty i nieruchomy względem strumienia wirnika, który wytworzy 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 szczotkowy prąd stały, przełączanie w HP jest realizowane i monitorowane elektronicznie.

Systemy sterowania, które wdrażają algorytmy regulacji szerokości impulsu i modulacji szerokości impulsu do sterowania HP, są szeroko rozpowszechnione.

System zapewniający najszerszy zakres regulacji prędkości - dla silników ze sterowaniem wektorowym. Przetwornica częstotliwości steruje prędkością silnika i utrzymuje połączenie strumienia w maszynie na zadanym poziomie.

Cechą regulacji napędu elektrycznego ze sterowaniem wektorowym jest to, że sterowane współrzędne mierzone w ustalonym układzie współrzędnych są przetwarzane na układ wirujący, przy czym stała wartość proporcjonalna do składowych wektorów kontrolowanych parametrów, według których formowane są działania sterujące, jest wyodrębniana, a następnie następuje przejście odwrotne.

Wadą tych systemów jest złożoność sterowania i funkcjonalne urządzenia dla szerokiego zakresu regulacji prędkości.

Zalety i wady VD

Ostatnio ten typ silnika szybko zyskuje na popularności, penetrując wiele branż. Znajduje zastosowanie w różnych dziedzinach: od sprzętu AGD po pojazdy szynowe.

VD z systemy elektroniczne sterowanie często łączy w sobie najlepsze cechy silników bezstykowych i prądu stałego.

Zalety:

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

• Długa żywotność, wysoka niezawodność oraz zwiększona żywotność dzięki braku 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 użycie silnika asynchronicznego z przetwornicą częstotliwości.

W zastosowaniach, które łączą maksymalną osiągalną wydajność z wyjątkowo prostymi i niezawodnymi jednostkami sterującymi (przełącznik kluczykowy, który nie wykorzystuje PWM), można również wyróżnić następującą cechę: Pomimo tego, że prędkość może się znacznie różnić w zależności od jednostki sterującej, akceptowalną wydajność można uzyskać tylko w stosunkowo wąskich odstępach czasu prędkości kątowe. Decyduje o tym indukcyjność uzwojeń. Jeśli prędkość jest poniżej optymalnej, ciągłe dostarczanie prądu do tej fazy, po osiągnięciu granicy strumienia magnetycznego, doprowadzi tylko do niepotrzebnego nagrzewania. Przy prędkościach powyżej optymalnej strumień magnetyczny w biegunie nie osiągnie maksimum ze względu na ograniczony przez indukcyjność czas narastania prądu. Przykładami takich silników są modelowe zestawy bezszczotkowe. Muszą być wydajne, lekkie i niezawodne oraz w celu zapewnienia optymalnych prędkość kątowa przy danej charakterystyce obciążenia producenci wytwarzają linie modelu 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: sterowanie dwufazowe silnik bezszczotkowy prąd stały 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 zastosowaniu silnika krokowego jako silnika bezszczotkowego

Jest to typ silnika prądu przemiennego, w którym zespół komutator-szczotka jest zastąpiony bezstykowym przełącznikiem półprzewodnikowym sterowanym przez czujnik położenia wirnika. Czasami można spotkać ten skrót: BLDC to bezszczotkowy silnik prądu stałego. Dla uproszczenia nazwę to silnikiem bezszczotkowym lub po prostu BC.

Silniki bezszczotkowe są dość popularne ze względu na swoją specyfikę: brak materiały eksploatacyjne rodzaj szczotek, w środku nie ma pyłu węglowego / metalowego z tarcia, nie ma iskier (a to jest ogromny kierunek wybuchu i przeciwpożarowe napędy / pompy). Stosowane są od wentylatorów i pomp po wysoce precyzyjne napędy.
Podstawowe zastosowanie w modelarstwie i budownictwie amatorskim: silniki do modeli sterowanych radiowo.

Ogólne znaczenie tych silników to trzy fazy i trzy uzwojenia (lub kilka uzwojeń połączonych w trzy grupy), które są sterowane sygnałem w postaci sinusoidy lub przybliżonej sinusoidy w każdej z faz, ale z pewnym przesunięciem. Rysunek przedstawia najprostszą ilustrację działania silnika trójfazowego.

W związku z tym jednym ze specyficznych aspektów sterowania silnikami BC jest zastosowanie specjalnego sterownika-sterownika, który umożliwia regulację impulsów prądu i napięcia dla każdej fazy na uzwojeniach silnika, co ostatecznie zapewnia stabilną pracę w szerokim zakresie napięć. Są to tak zwane kontrolery ESC.

Silniki BK do urządzeń r / y mają różne standardowe rozmiary i konstrukcje. Do najpotężniejszych należą serie 22 mm, 36 mm i 40/42 mm. Z założenia pochodzą z wirnik zewnętrzny i wewnętrzne (Outrunner, Inrunner). Silniki z zewnętrznym wirnikiem w rzeczywistości nie mają statycznego korpusu (płaszcza) i są lekkie. Z reguły są stosowane w modelach samolotów, quadrocopterach itp.
Zewnętrzne stojany są łatwiejsze do hermetycznego uszczelnienia. Podobne są stosowane w modelach r / y, które są narażone na wpływy zewnętrzne, takie jak brud, kurz, wilgoć: buggy, potwory, crawlery, modele r / y wodne).
Na przykład silnik 3660 można łatwo zainstalować w modelu samochodu r / u, takiego jak buggy lub potwór i uzyskać dużo radości.

Zwracam również uwagę na inny układ samego stojana: silniki 3660 mają 12 cewek połączonych w trzy grupy.
Pozwala to na uzyskanie wysokiego momentu obrotowego na wale. Wygląda mniej więcej tak.


Cewki są połączone w ten sposób


Jeśli zdemontujesz silnik i wyjmiesz wirnik, zobaczysz cewki stojana.
To właśnie jest w serii 3660


jeszcze jedno zdjęcie

Amatorskie stosowanie podobnych silników o wysokim momencie obrotowym - w domowych projektach, gdzie są małe, mocne obroty silnika... Mogą to być wentylatory turbinowe, wrzeciona obrabiarek amatorskich itp.

Tak więc na potrzeby montażu w amatorskiej maszynie do wiercenia i grawerowania zabrano zestaw silnika bezszczotkowego wraz ze sterownikiem ESC
Silnik bezszczotkowy GoolRC 3660 3800KV z zestawem serwo z metalową przekładnią ESC 60A 9,0 kg


Plusem w zestawie było serwo 9 kg, co jest bardzo wygodne w przypadku domowych produktów.

Ogólne wymagania przy wyborze silnika kierowaliśmy się:
- Liczba obrotów / woltów jest nie mniejsza niż 2000, ponieważ planowano używać go ze źródłami niskiego napięcia (7,4 ... 12 V).
- Średnica wału 5mm. Rozważałem opcje z wałem 3,175 mm (to seria silników 24 BC np. 2435), ale wtedy musiałbym kupić nowy wkład ER11. Istnieją jeszcze mocniejsze opcje, na przykład silniki 4275 lub 4076 z wałem 5 mm, ale są one odpowiednio droższe.

Specyfikacje silnik bezszczotkowy GoolRC 3660:
Model: GoolRC 3660
Moc: 1200 W.
Napięcie robocze: do 13 V.
Prąd graniczny: 92A
Obroty na wolt (RPM / Volt): 3800KV
Maksymalna prędkość: do 50 000
Średnica koperty: 36 mm
Długość ciała: 60 mm
Długość wału: 17mm
Średnica wału: 5mm
Ustaw rozmiar śruby: 6 sztuk * M3 (krótki, użyłem M3 * 6)
Złącza: 4mm pozłacane męskie banany
Ochrona: przed kurzem i wilgocią

Funkcje kontrolera ESC:
Model: GoolRC ESC 60A
Prąd ciągły: 60A
Prąd szczytowy: 320A
Odpowiedni akumulatory: 2-3S Li-Po / 4-9S Ni-Mh Ni-Cd
BEC: 5,8 V / 3 A.
Złącza (wejście): wtyk męski T.
Złącza (połączenie): 4mm pozłacane żeńskie banany
Wymiary: 50 x 35 x 34 mm (bez długości kabli)
Ochrona: przed kurzem i wilgocią

Charakterystyka serwa:
Napięcie robocze: 6,0 V-7,2 V.
Prędkość obrotu (6,0 V): 0,16 s / 60 ° bez obciążenia
Prędkość obrotu (7,2 V): 0,14 s / 60 ° bez obciążenia
Moment trzymający (6,0 V): 9,0 kg.cm
Moment trzymający (7,2 V): 10,0 kg.cm
Wymiary: 55 x 20 x 38 mm (L * W * H)

Parametry zestawu:
Rozmiar po spakowaniu: 10,5 x 8 x 6 cm
Waga opakowania: 390 g
Markowe opakowanie z logo GoolRC

Zawartość zestawu:
1 * silnik GoolRC 3660 3800KV
1 * GoolRC 60A ESC
1 * serwo GoolRC 9KG
1 * Arkusz informacyjny


Wymiary w celach informacyjnych i wygląd Silnik GoolRC 3660 z najważniejszymi cechami

Teraz kilka słów o samej przesyłce.
Paczka miała postać małej torebki pocztowej z pudełkiem w środku


Doręczono alternatywną pocztą, a nie pocztą rosyjską, jak określono w liście przewozowym


Opakowanie zawiera markowe pudełko GoolRC


Wewnątrz znajduje się zestaw silnika bezszczotkowego 3660 (36x60 mm), kontroler ESC do niego oraz serwomechanizm z zestawem


Przyjrzyjmy się teraz całemu zestawowi w osobnych komponentach. Zacznijmy od najważniejszego - silnika.

Silnik BC GoolRC to aluminiowy cylinder o wymiarach 36 x 60 mm. Z jednej strony znajdują się trzy grube druty w silikonowej osłonce z „bananami”, z drugiej 5 mm wałek. Wirnik jest zamontowany na łożyskach tocznych po obu stronach. Na obudowie znajduje się oznaczenie modelu


Inne zdjęcie. Koszula zewnętrzna jest mocowana, tj. typ silnika Inrunner.


Oznaczenia na ciele


Łożysko jest widoczne z tyłu


Deklarowana odporność na zachlapanie i wilgoć
Do podłączenia faz służą trzy grube, krótkie przewody: u v w. Jeśli szukasz terminali do podłączenia, są to banany 4 mm


Przewody są termokurczliwe inny kolor: żółty, pomarańczowy i niebieski


Wymiary silnika: średnica wału i długość są takie same, jak podano: Wał 5x17 mm




Wymiary korpusu silnika 36x60 mm




Porównanie ze szczotkowanym silnikiem 775


Porównanie z używanym wrzecionem 300 W (i koszt około 100 USD) Przypomnę, że GoolRC 3660 ma szczytową moc znamionową 1200W. Nawet jeśli zużyjesz jedną trzecią mocy, nadal jest tańszy i więcej niż to wrzeciono


Porównanie z silnikami innych modeli


Dla poprawna praca silnik wymaga specjalnego kontrolera ESC (który jest w zestawie)

Sterownik ESC to płyta sterownika silnika z przetwornikiem sygnału i potężne klucze... W prostych modelach zamiast obudowy stosuje się skurcz termiczny, w mocnych modelach - obudowę z chłodnicą i aktywnym chłodzeniem.


Na zdjęciu kontroler GoolRC ESC 60A w porównaniu do „młodszego” brata ESC 20A


Uwaga: na kawałku drutu znajduje się przełącznik on-off, który można wbudować w korpus urządzenia / zabawki


W zestawie pełny zestaw złącz: trójniki, gniazda bananowe 4mm, 3-pinowe wejście sygnału sterującego


Banany mocy 4 mm - gniazda, oznaczone tym samym kolorem: żółtym, pomarańczowym i niebieskim. Podczas łączenia możesz to pomylić tylko celowo


Wejściowe trójniki. Podobnie możesz pomieszać polaryzację, jeśli jesteś bardzo silny)))))


Na obudowie znajdują się oznaczenia z nazwą i cechami, co jest bardzo wygodne


Chłodzenie jest aktywne, działa i jest automatycznie regulowane.

Dołączona linijka PCB do oszacowania rozmiaru

W zestawie również 9 kg serwo GoolRC.


Dodatkowo, jak w przypadku każdego innego serwomechanizmu, w zestawie znajduje się komplet dźwigni (podwójna, krzyżowa, gwiazdka, koło) i elementy montażowe (podobało mi się, że są mosiężne przekładki)


Zbliżenie wału serwa


Próbuję naprawić ramię w kształcie krzyża do fotografii


W rzeczywistości interesujące jest sprawdzenie deklarowanych właściwości - jest to metalowa zębatka umieszczona wewnątrz. Demontujemy serwo. Korpus jest osadzony na szczeliwie w okręgu, a wewnątrz znajduje się obfite smarowanie. Koła zębate są naprawdę metalowe.


Zdjęcie płyty sterującej serwomechanizmu

Dlaczego to wszystko się zaczęło: aby wypróbować silnik BC jako wiertarkę / grawer. Mimo wszystko moc szczytowa to 1200 W.
Do przygotowania obwodów drukowanych wybrałem projekt wiertarki. Istnieje wiele projektów dotyczących wykonania oprawy oświetleniowej na stole. Z reguły wszystkie te projekty są małe i przeznaczone do zainstalowania mały silnik prąd stały.


Wybrałem jeden z nich i zmodyfikowałem mocowanie w części mocowań silnika 3660 ( natywny silnik był mniejszy i miał różne rozmiary mocowania)

Daję rysunek siedzenia i wymiary silnika 3660


Oryginał kosztuje więcej niż słaby silnik... Oto szkic mocowania (6 otworów na M3x6)


Ekran z programu do drukowania na drukarce


W tym samym czasie wydrukowałem również zacisk do mocowania od góry


Silnik 3660 z zainstalowaną tuleją ER11




Aby podłączyć i sprawdzić BC silnika, będziesz musiał zmontować następujący obwód: zasilacz, tester serwa lub tablica kontrolna, sterownik silnika ESC, silnik.
Używam najprostszego testera serwomechanizmów, daje też pożądany sygnał. Służy do włączania i regulacji prędkości obrotowej silnika


W razie potrzeby można podłączyć mikrokontroler (Arduino itp.). Podaję schemat z internetu z odbiegiem i podłączonym kontrolerem 30A. Znalezienie szkiców nie stanowi problemu.


Łączymy wszystko kolorem.


Źródło pokazuje, że prąd jałowy sterownika jest mały (0,26A)


Teraz wiertarka.
Zbieramy wszystko i mocujemy do stojaka




Żeby sprawdzić montuję bez obudowy, wtedy wydrukuję obudowę, w której można zamontować standardowy włącznik, tester serwa


Innym zastosowaniem podobnego silnika 3660 BK jest wrzeciono maszyn do wiercenia i frezowania płytek drukowanych.






Recenzję samej maszyny zakończę nieco później. Ciekawie będzie sprawdzić grawerowanie PCB za pomocą GoolRC 3660

Wniosek

Silnik wysokiej jakości, mocny, moment obrotowy z zapasem odpowiedni do celów amatorskich.
W szczególności przeżywalność łożysk pod działaniem siły bocznej podczas frezowania / grawerowania pokaże czas.
Na pewno jest korzyść z używania modele silników do celów amatorskich, a także łatwość obsługi i montażu na nich konstrukcji w porównaniu do wrzecion do CNC, które są droższe i wymagają specjalny sprzęt (zasilacze z regulacją prędkości, sterowniki, chłodzenie itp.).

Przy zamawianiu wykorzystałem kupon SPRZEDAŻ15 z 5% rabatem na wszystkie produkty w sklepie.

Dziękuję za uwagę!