Demon motor colector curent continuu are o înfășurare trifazată pe stator și un magnet permanent pe rotor. Un câmp magnetic rotativ este creat de înfășurarea statorului, în interacțiune cu care rotorul magnetic începe să se miște. Pentru a crea un câmp magnetic rotativ, se aplică un sistem de tensiune trifazat înfășurării statorului, care poate avea o formă diferită și este format căi diferite... Formarea tensiunilor de alimentare (comutarea înfășurării) pentru motor fără perii curentul continuu este produs de unități electronice specializate - controlerul motorului.

Comandați un motor fără periiîn catalogul nostru

În cel mai simplu caz, înfășurările sunt conectate în perechi la sursă tensiune constantă iar pe măsură ce rotorul se rotește în direcția vectorului câmpului magnetic al înfășurării statorului, o tensiune este conectată la o altă pereche de înfășurări. În acest caz, vectorul câmpului magnetic al statorului ia o poziție diferită și rotația rotorului continuă. Pentru a determina momentul potrivit pentru conectarea următoarelor înfășurări, se folosește un senzor de poziție a rotorului, mai des decât sunt folosiți alți senzori Hall.

Opțiuni posibile și cazuri speciale

Motoarele fără perii disponibile astăzi vin într-o varietate de modele.

Prin executare înfășurarea statorului Este posibil să se distingă motoarele cu o înfășurare clasică pe un miez de oțel și motoarele cu o înfășurare cilindrică goală fără miez de oțel. O înfășurare clasică are o inductanță mult mai mare decât o înfășurare cilindrică goală și, în consecință, o constantă de timp mai lungă. Din această cauză, pe de o parte, înfășurarea cilindrică goală permite o schimbare mai dinamică a curentului (și, prin urmare, a cuplului), pe de altă parte, atunci când funcționează de la un controler de motor folosind modulație PWM de joasă frecvență pentru a netezi ondularea curentului , sunt necesare șocuri de filtrare cu un rating mai mare (și, în consecință, mai mare). În plus, o înfășurare clasică, de regulă, are un cuplu de prindere magnetic semnificativ mai mare, precum și o eficiență mai mică decât o înfășurare cilindrică goală.

O altă diferență prin care sunt împărțiți diferite modele motoare - aceasta este poziția relativă a rotorului și a statorului - există motoare cu rotor intern și motoare cu rotor extern. Motoarele cu rotor intern au, în general, viteze mai mari și un moment de inerție al rotorului mai mic decât modelele cu rotor extern. Ca urmare, motoarele rotorului intern au o dinamică mai mare. Motoarele cu rotor extern au adesea un cuplu nominal mai mare pentru același diametru exterior al motorului.

Diferențe față de alte tipuri de motoare

Diferențe față de DCT colector. Plasarea înfășurării pe rotor a făcut posibilă abandonarea periilor și a colectorului și, astfel, a scăpa de mobil contact electric, ceea ce reduce semnificativ fiabilitatea DCT cu magneți permanenți... Din același motiv, viteza motoarelor fără perii, de regulă, este semnificativ mai mare decât cea a motoarelor de curent continuu cu magneți permanenți. Pe de o parte, acest lucru vă permite să creșteți putere specifică motorul fără perii, pe de altă parte, nu este necesar pentru toate aplicațiile o viteză atât de mare

Diferențe față de motoare sincrone cu magneți permanenți. Motoarele sincrone cu magneți permanenți pe rotor sunt foarte asemănătoare cu motoarele DC fără perii în proiectare, dar există o serie de diferențe. În primul rând, termenul motor sincron combină multe tipuri diferite motoare, dintre care unele sunt proiectate pentru funcționarea directă dintr-o rețea standard curent alternativ, cealaltă parte (de exemplu servomotoare sincrone) poate fi acționată numai de convertoare de frecvență (controlere de motor). Motoarele fără perii, deși au o înfășurare trifazată pe stator, nu permit munca directa de la tensiunea de rețea și necesită în mod necesar prezența unui controler adecvat. În plus, motoarele sincrone presupun o alimentare cu tensiune sinusoidală, în timp ce motoarele fără perii permit o alimentare cu tensiune alternativă în formă de pas (comutare bloc) și chiar își asumă utilizarea în condiții nominale de funcționare.

Când este nevoie de un motor fără perii?

Răspunsul la această întrebare este destul de simplu - în cazurile în care are un avantaj față de alte tipuri de motoare. De exemplu, este aproape imposibil să se facă fără un motor fără perii în aplicații în care sunt necesare viteze de rotație mari: peste 10.000 rpm. Utilizarea motoarelor fără perii este justificată și în acele cazuri în care este necesară o durată lungă de viață a motorului. În cazurile în care este necesară utilizarea unui ansamblu dintr-un motor cu cutie de viteze, utilizarea motoarelor fără perii cu viteză redusă (cu un număr mare de poli) este cu siguranță justificată. Motoarele fără perii de mare viteză în acest caz vor avea o viteză mai mare decât limita viteza admisibilă din acest motiv nu va fi posibilă utilizarea puterii lor la maximum. Pentru aplicațiile în care este necesară cea mai simplă comandă a motorului (fără utilizarea unui controler de motor), un motor DC colector este alegerea firească.

Pe de altă parte, în condiții temperatură ridicată sau se manifestă radiații crescute slăbiciune motoare fără perii - senzori Hall. Modelele standard de traductoare cu efect Hall au o rezistență la radiații limitată și un interval de temperatură de funcționare. Dacă într-o astfel de aplicație este totuși necesară utilizarea unui motor fără perii, atunci versiunile personalizate cu înlocuirea senzorilor Hall cu mai rezistente la acești factori devin inevitabile, ceea ce crește prețul motorului și timpul de livrare.

Sarcină motor electric creați o rotație care să conducă modele radio controlate. De multe ori aceleași modele radio controlate - modele auto, modele de aeronave, modele de nave - diferă foarte mult între ele în ceea ce privește prețul - de aproape 2 ori. Aceste modele pot fi echipate cu motoare periate și fără perii și regulatoare corespunzătoare. Trebuie să înțelegeți ce motor alegeți.

Există 2 tipuri principale de motoare electrice utilizate în modelele RC: periat și fără perii.

(periat, periat) sunt mai ieftine, dar modelele cu astfel de motoare dezvoltă o viteză mai mică și astfel de motoare sunt mai puțin fiabile.

Caracteristica definitorie a motoarelor colectoare este prezența unui ansamblu perie-colector, care asigură mișcarea modelului controlat radio. Principala diferență externă dintre un motor periat și un motor fără perii este că are două fire în loc de trei. Motorul colector este format dintr-o parte în mișcare - un rotor și o parte fixă ​​- un stator (corp). Colectorul este un set de contacte situat pe rotor, iar periile sunt contacte glisante situate în afara rotorului și apăsate pe colector. Rotorul cu înfășurări se rotește în interiorul statorului. Periile sunt folosite pentru a transfera energia electrică la bobinele înfășurărilor rotorului rotativ. Motoarele periate convenționale au doar două fire (pozitiv și negativ) care conectează motorul la regulatorul de viteză.

Motoarele periate utilizate la modelele RC sunt alimentate cu curent continuu. De exemplu, aplicând tensiunea adecvată celor două fire ale motorului de la o sursă de curent continuu, de exemplu, o baterie sau acumulator convențional, punem arborele motorului în mișcare. Circuitul de reglare pentru motorul colector este simplu, ceea ce reduce și costul unei astfel de configurații. Rotorul motorului accelerează câmpul magnetic creat pe înfășurări. Mărimea acestui câmp depinde de tensiunea aplicată înfășurărilor, cu cât câmpul magnetic este mai mare, cu atât rotorul se va roti mai repede. Pe motor, de obicei este indicat numărul de rotații ale înfășurării motorului, cu cât este mai mic numărul, cu atât este mai mare viteza de rotație a arborelui motorului.
Printre avantajele motoarelor periate modele radio controlate se pot distinge: dimensiuni mici, greutate, precum și relativ cost scăzut... Prin urmare, acest tip de motor este cel mai des utilizat în niveluri de reducere a bugetului modele sau în modele nivel de intrare... Dacă vorbim despre fiabilitatea unui motor colector, atunci este mult inferior unui motor fără perii. Pentru toată simplitatea lor, au un dezavantaj imens - o resursă limitată. Prezența unei unități de colectare a periilor implică sistem mecanic contacte mobile, adică munca mecanica periile și colectorul pot duce la scântei la supraîncălzire și la uzură rapidă atunci când condiții nefavorabile funcționare (umiditate, murdărie, praf). În procesul de funcționare a motoarelor colectoare, se produce uzura treptată perii de grafitși metalul colectorului, pe care alunecă periile și, mai devreme sau mai târziu, se defectează. Înainte de a începe operarea modelului, este recomandabil să mergeți în motor cu o sarcină redusă pentru ca periile să se frece în mod corespunzător de colector. Cu o funcționare agresivă (poate de 2 curse) sau pe termen lung a modelului, înlocuirea motorului colector este o apariție frecventă și obișnuită.

Motoare fără perii(fără perii, fără perii) - mai scump, dar capabil să se dezvolte viteza mare precum și mai rezistent la uzură. Echipat cu un sistem fără perii de ultimă generație, modelul rulează mai repede și mai mult.

Eficiență ridicată (coeficient acțiune utilă) și rezistența la uzură este obținută datorită absenței unei unități de colectare a periilor. Motoarele fără perii sunt mai puternice decât motoarele periate de aceeași dimensiune. Principala diferență externă motor fără perii din colector este prezența a trei fire în loc de două. Într-un motor fără perii, partea mobilă este doar statorul (carcasa) cu magneți permanenți, iar partea staționară este rotorul cu o înfășurare trifazată. Comutarea înfășurărilor are loc din cauza relativ complexului circuit electronic- un regulator.

Motorul fără perii este acționat de curent alternativ trifazat, prin urmare, pentru funcționarea lor, este necesar un regulator special de viteză (regulator), care convertește curentul continuu de la baterie în curent alternativ. Atât motorul fără perii, cât și regulatorul pentru motorul fără perii au un design mai complex, prin care costul crește.

Motoarele utilizate în modele au carcasă închisă, ceea ce le face rezistente la umezeală, praf, murdărie. Putem spune că motoarele fără perii practic nu se uzează. Numai rulmenții se pot uza. Singura modalitate de a sparge un motor este într-o coliziune. De asemenea, puteți arde controlerul - ca orice regulator, dar dacă există protecție curentă în controler, acesta va dura și mult timp.

Valori ale performanței motorului pentru modelele RC

Pe lângă divizarea în colector și fără perii, motoarele sunt împărțite în funcție de următoarele caracteristici semnificative: putere, KV, tensiune, curent maxim.

După mărime... Pentru un motor colector - această caracteristică se numește clasă, în care un număr, de exemplu, 280, 300.400, 480, 500, 600, 650, 700, 720, 820, 900, indică lungimea carcasei motorului. Există un set de clase.
Exemplu: clasa unui motor este determinată de lungimea acestuia - dacă vorbim despre un motor din clasa 400, atunci vorbim despre un motor cu lungimea corpului de 400 mm. O caracteristică importantă a motoarelor Brushless este dimensiunea - lungimea și lățimea. Diferența de dimensiune oferă o idee despre puterea motorului fără perii. Cu cât dimensiunea este mai mare, cu atât este mai mare puterea.
Exemplu: Motorul 4274 înseamnă:
diametru - 42 mm,
lungime - 74 mm.
De exemplu, un motor de această dimensiune este unul dintre cele mai puternice și se potrivește unei mașini la scară 1: 8.

Putere motor (putere, watt) - definește munca pe care motorul o poate efectua într-o unitate de timp. Cel mai caracteristică importantă motor. Cunoscând puterea, puteți determina capacitate maximă pe care motorul le poate rezista conform formulei.
Putere (Watt) = Tensiune de alimentare (Volt) * Curent (Ampere).
Cunoscând puterea, puteți alege bateria și regulatorul în funcție de curentul maxim obținut din formulă.

Cifre de afaceri, rev / V (KV, RPM) - rotații pe volt.
Un parametru important indică viteza de rotație a arborelui motorului. RPM este determinat de numărul de rotații pe minut, cu alte cuvinte, cât de repede se rotește motorul. Viteza rotorului, măsurată în KV. Deci, este obișnuit să se noteze raportul dintre raportul dintre viteza de rotație a motorului (rpm) și tensiunea de alimentare a motorului (V). Aproximativ, kV arată cât de repede se vor roti diferite motoare la aceeași tensiune.
Viteza maximă = KV * Tensiunea de alimentare a motorului.
De exemplu: un motor de 980KV alimentat de 11,1V de la o baterie se va roti la 980 x 11,1 = 10878 rpm fără sarcină.
Citirea curentă poate reprezenta curentul continuu maxim și valori limită curent care poate fi alimentat motorului. Atunci când alegeți o baterie și un regulator, alegeți-le pe cele care indică valorile curentului continuu maxim egale sau mai mari decât valorile curentului de pe motor.
Pentru diferite modele, diferitele trepte de viteză și elice utilizate, kV-ul necesar al motorului este selectat și calculat individual. Conform acestui parametru, puteți selecta aplicația motorului, a bateriei și a elicei. Deci, motoarele cu o KV mai mare de 2000, de regulă, sunt utilizate pe elicoptere sau pe modele de mare viteză. Un motor KV mare poate fi utilizat cu mai puține baterii și este mai eficient cu o elice cu pas mai mic. Motoarele din această clasă sunt utilizate mai des pe aripile zburătoare. Motoarele cu un KV mai mic vă permit să puneți baterii cu un număr mare de celule, câștigând astfel o oarecare greutate, dar crescând durata zborului - nu în detrimentul capacității, ci prin reducerea curenților maximi în timpul aceleiași lucrări efectuate de motor. Cu cât este mai mare KV-ul motoarelor, cu atât elicele ar trebui să fie mai compacte. Șuruburile nu sunt marime mare ofera mai multe de mare viteză dar reduceți eficiența. O configurație cu elice mari și, în consecință, motoare cu un KV mai mic, este mai ușor să zboare stabil, folosește mai puțină energie și vă permite să ridicați mai multă masă.
KV este o caracteristică semnificativă pentru motoarele fără perii. La motoarele colectoare, KV nu este de obicei privit. Dacă modelatorul a decis să înlocuiască motorul colectorului, acesta se schimbă de obicei la același motor.

Voltaj sursa de alimentare, V (număr de celule, volți)
Tensiunea la care este adaptat motorul. Determină numărul de celule ale bateriei care pot fi utilizate cu motocicleta. Când este depășit, durata de viață a motorului scade brusc.
De exemplu, există motoare cu tensiuni de funcționare de 4,8 volți, 6 volți și 7,2 volți. Aceste numere indică câte celule din baterie este proiectat să funcționeze acest motor. Tensiunea pe o celulă a unei baterii NiMH (hidrură de nichel metalic) este de 1,2 volți - un motor cu o tensiune de funcționare de 4,8 volți este proiectat să funcționeze dintr-o baterie cu 4 celule. Aceste cifre sunt aproximative, motoarele sunt capabile să funcționeze la tensiuni crescute.
Tensiunea și KV sunt conectate.

Eficiență maximă,% (eficiență maximă)
Eficiența este cantitatea de energie în care se traduce direct motorul lucru util... Cu cât este mai mare, cu atât mai bine.

Prin design, motoarele fără perii sunt împărțite în două grupe: inrunner și outrunner. Această caracteristică vorbește despre caracteristici de proiectare motor.
Motoare Inrunner au înfășurări situate pe suprafața interioară a carcasei și un rotor magnetic care se rotește în interior. Majoritatea modelelor de mașini și bărci RC necesită un motor fără perii Inrunner.
Motoare Câineghid au înfășurări staționare, în interiorul motorului, în jurul căruia corpul se rotește cu magneți permanenți așezați pe peretele său interior, adică partea exterioară a motorului se rotește în cursele exterioare. Outrunner-urile sunt alese pentru modelele de aeronave, deoarece, datorită designului lor, sunt mai bine răcite și au mai multe variații în modul în care pot fi atașate. Motoarele Outrunner au Kilovolți mai mici, ceea ce înseamnă că rulează la o viteză mai mică, dar cu un cuplu mai mare. De obicei, puterea Outrunners nu este determinată de dimensiuni externe... Outrunners, datorită designului lor, permit utilizarea unui număr mai mare de poli magnetici.

Numărul de poli ai magneților utilizate în motoarele fără perii pot fi diferite.
După numărul de poli, puteți evalua cuplul și viteza motorului. Motoarele cu rotoare bipolare au viteza cea mai mare rotație la cel mai mic cuplu. Motoarele cu mai mulți poli au viteză de rotație mai mică, dar cuplu mai mare.

De asemenea, motoarele fără perii sunt senzoriale și fără senzori.
Senzorial mai bine cu cât senzorul oferă mai mult operatiune delicata motor, pornire rapidă și lină, o utilizare mai rațională a energiei.

Motoare fără perii

Motoarele electrice fără perii (fără perii) au intrat în modelare relativ recent, în ultimii 5-7 ani. Spre deosebire de motoarele colectoare, acestea sunt alimentate de curent alternativ trifazat. Motoarele fără perii funcționează eficient pe o gamă mai mare de rpm și au mai multe Eficiență ridicată... În același timp, designul motorului este mai simplu, nu există un ansamblu de perii și nu este nevoie întreținere... Putem spune că motoarele fără perii practic nu se uzează. Costul motoarelor fără perii este puțin mai mare decât cele cu perii. Acest lucru se datorează faptului că toate motoarele fără perii sunt echipate cu rulmenți și, de regulă, sunt de o calitate mai bună. Deși, diferența de preț între bine motor colector iar un motor fără perii din aceeași clasă nu este atât de grozav.

Prin proiectare, motoarele fără perii sunt împărțite în două grupe: inrunner (pronunțat "inrunner") și outrunner (pronunțat "outrunner"). Motoarele primului grup au înfășurări situate de-a lungul suprafeței interioare a carcasei și un rotor magnetic care se rotește în interior. Motoarele celui de-al doilea grup - „outrunners”, au înfășurări fixe în interiorul motorului, în jurul cărora corpul se rotește cu magneți permanenți așezați pe peretele său interior. Numărul de poli ai magneților utilizați la motoarele fără perii poate varia. După numărul de poli, puteți evalua cuplul și viteza motorului. Motoarele cu rotoare bipolare au cea mai mare viteză de rotație cu cel mai mic cuplu. Prin proiectare, aceste motoare nu pot fi decât „stagiari”. Aceste motoare sunt adesea vândute deja montate pe ele. cutii de viteze planetare, deoarece rotațiile lor sunt prea mari pentru rotația directă a elicei. Uneori, astfel de motoare sunt utilizate fără cutie de viteze - de exemplu, sunt puse pe modele de avioane de curse. Motoarele cu mai mulți poli au viteză de rotație mai mică, dar cuplu mai mare. Aceste motoare permit utilizarea elicelor cu diametru mare fără a fi nevoie de cutii de viteze. În general, elicele cu diametru mare, cu pas mic, la turații relativ mici, oferă o forță de tracțiune mare, dar spuneți modelului viteza mica, în timp ce elicele cu diametru mic, cu un pas mare pe turații mari asigură viteză mare cu tracțiune relativ redusă. Astfel, motoarele multi-poli sunt ideale pentru modelele care necesită un raport mare de presiune-greutate, iar bipolar fără cutie de viteze sunt ideale pentru modelele de mare viteză. Pentru o selecție mai precisă a motorului și a elicei către un anumit model, poți să folosești program special MotoCalc.

Deoarece motoarele fără perii sunt alimentate cu curent alternativ, pentru funcționare au nevoie de un controler (regulator) special care să convertească curentul continuu de la baterii în curent alternativ. Regulatoarele pentru motoarele fără perii sunt dispozitive programabile care vă permit să controlați totul din viața dumneavoastră. parametrii importanți motor. Acestea permit nu numai schimbarea vitezei și direcției motorului, ci și asigurarea, în funcție de necesitate, netedă sau început brusc, limitarea curentului maxim, funcția „frână” și o serie de alte reglaje fine ale motorului pentru nevoile modelatorului. Pentru a programa regulatorul, dispozitivele sunt folosite pentru a-l conecta la un computer sau în condiții de teren acest lucru se poate face folosind un transmițător și un jumper special.

Există o mulțime de producători de motoare și regulatoare fără perii pentru acestea. De asemenea, motoarele fără perii variază foarte mult în ceea ce privește designul și dimensiunea. În plus, auto-producție Motoarele fără perii bazate pe piese de pe unități CD și alte motoare industriale fără perii au devenit destul de frecvente în ultimii ani. Poate din acest motiv, motoarele fără perii de astăzi nu au nici măcar o astfel de valoare aproximativă clasificare generala ca frații colecționari. Să rezumăm pe scurt. Astăzi, motoarele periate sunt utilizate în principal pe modele de hobby ieftine sau modele sportive nivel de intrare. Aceste motoare sunt ieftine, ușor de operat și sunt cel mai comun tip de motor electric din model. Acestea sunt înlocuite de motoare fără perii. Singurul factor de restricție este în continuare prețul acestora. Împreună cu regulatorul, un motor fără perii costă cu 30-70% mai mult. Cu toate acestea, prețurile pentru electronice și motoare sunt în scădere și este doar o chestiune de timp înainte de deplasarea treptată a motoarelor colectoare din industria modelării.

AVR492: Control al motorului DC fără perii cu AT90PWM3

Trăsături distinctive:

• Informații generale despre motorul BLDC
• Folosește un controler de putere
• Implementare hardware
• Exemplu de cod de program

Introducere

Această notă de aplicație descrie cum să implementați un controler de motor DC fără perii (motor BLDC) utilizând senzori de poziție pe baza microcontrolerului AT90PWM3 AVR.

Miezul AVR de înaltă performanță al microcontrolerului, care conține controlerul de putere, permite implementarea unui dispozitiv de control al motorului DC fără perii de mare viteză.

Acest document oferă o scurtă descriere a modului în care funcționează. motor fără perii curent continuu și în detaliu este luată în considerare controlul motorului BLDC în modul tactil, precum și o descriere a diagramă schematică designul de referință al ATAVRMC100 pe care se bazează această notă de aplicație.

Este de asemenea discutată o implementare software cu o buclă de control implementată software bazată pe un controler PID. Pentru a controla procesul de comutare, se presupune că sunt utilizați numai senzori de poziție bazați pe efectul Hall.

Principiul de funcționare

Domeniile de aplicare ale motoarelor BLDC sunt în continuă creștere, ceea ce este asociat cu o serie de avantaje ale acestora:

1. Absența unui ansamblu colector, care simplifică sau chiar elimină întreținerea.
2. Generând mai mult nivel scăzut zgomot acustic și electric în comparație cu motoarele universale cu curent continuu.
3. Capacitatea de a lucra în medii periculoase (cu produse inflamabile).
4. Raport bun dintre greutate și dimensiuni și puteri ...

Motoarele de acest tip se caracterizează printr-o mică inerție a rotorului, deoarece înfășurările sunt situate pe stator. Comutarea este controlată electronic. Momentele de comutare sunt determinate fie de informații de la senzorii de poziție, fie de măsurarea emf din spate generată de înfășurări.

Când este controlat cu ajutorul senzorilor, motorul BLDC constă de obicei din trei părți principale: stator, rotor și senzori Hall.

Statorul unui motor clasic trifazat BLDC conține trei înfășurări. În multe motoare, înfășurările sunt împărțite în mai multe secțiuni pentru a reduce ondularea cuplului.

Figura 1 prezintă o diagramă a circuitului echivalent stator. Se compune din trei înfășurări, fiecare dintre ele conținând trei elemente conectate în serie: inductanță, rezistență și emf invers.

Rotorul motorului BLDC constă dintr-un număr par de magneți permanenți. Numărul de poli magnetici din rotor afectează, de asemenea, dimensiunea pasului și ondularea cuplului. Cum cantitate mare stâlpi, dimensiuni mai mici treaptă de rotație și o cuplare mai mică a cuplului. Pot fi folosiți magneți permanenți cu perechi de 1..5 poli. În unele cazuri, numărul de perechi de poli crește la 8 (Figura 2).

Înfășurările sunt instalate permanent și magnetul se rotește. Rotorul BLDC este caracterizat de o greutate mai mică în raport cu rotorul convențional motor universal curent continuu, în care înfășurările sunt situate pe rotor.

Senzor Hall

Trei senzori Hall sunt încorporați în carcasa motorului pentru a evalua poziția rotorului. Senzorii sunt instalați la un unghi de 120 ° unul față de celălalt. Cu ajutorul acestor senzori este posibil să se efectueze 6 comutări diferite.

Comutarea fazelor depinde de starea senzorilor Hall.

Alimentarea cu tensiuni de alimentare a înfășurărilor se modifică după schimbarea stărilor de ieșire ale senzorilor Hall. La executarea corectă la comutarea sincronizată, cuplul rămâne aproximativ constant și ridicat.

Comutare de fază

Pentru a simplifica descrierea funcționării unui motor BLDC trifazat, vom lua în considerare doar versiunea sa cu trei înfășurări. Așa cum s-a arătat mai devreme, comutarea fazelor depinde de valorile de ieșire ale senzorilor Hall. Când tensiunea este aplicată corect înfășurărilor motorului, se creează un câmp magnetic și se inițiază rotația. Cele mai frecvente și într-un mod simplu Comanda de comutare utilizată pentru controlul motorului BLDC este un circuit on-off în care înfășurarea este fie conductivă, fie nu. Doar două înfășurări pot fi alimentate simultan, în timp ce al treilea rămâne deconectat. Conectarea înfășurărilor la șinele electrice provoacă scurgeri curent electric. Aceasta metoda numită comutare trapezoidală sau comutare bloc.

Pentru a controla motorul BLDC, se folosește o etapă de putere, formată din 3 jumătăți de punte. Diagrama etapei de putere este prezentată în Figura 4.

Conform valorilor citite ale senzorilor Hall, se determină ce taste trebuie închise.

Publicat la 19.03.2013

Cu acest articol, încep o serie de publicații despre motoarele de curent continuu fără perii. O voi descrie într-un limbaj accesibil Informații generale, dispozitiv, algoritmi de control al motorului fără perii. O sa fie luat in considerare tipuri diferite motoare, sunt date exemple de selectare a parametrilor regulatoarelor. Voi descrie dispozitivul și algoritmul regulatorului, metoda de alegere a comutatoarelor de alimentare și parametrii principali ai regulatorului. Concluzia logică a publicațiilor va fi schema de reglementare.

Motoarele fără perii au devenit răspândite datorită dezvoltării electronice și, în special, datorită apariției unor comutatoare cu tranzistoare de putere ieftine. Apariția unor magneți puternici de neodim a jucat, de asemenea, un rol important.

Cu toate acestea, motorul fără perii nu trebuie considerat o noutate. Ideea unui motor fără perii datează din zorii energiei electrice. Dar, din cauza indisponibilității tehnologiei, a așteptat până în 1962, când a apărut primul motor DC fără perii comercial. Acestea. De mai bine de jumătate de secol, au existat diferite implementări seriale ale acestui tip de acționare electrică!

Un pic de terminologie

Motoarele de curent continuu fără perii se mai numesc motoare fără perii, în literatura străină BLDCM (Motor cu curent continuu BrushLes) sau PMSM (Motor sincron cu magnet permanent).

Structural, un motor fără perii constă dintr-un rotor cu magnet permanent și un stator cu înfășurări. Vă atrag atenția asupra faptului că, într-un motor colector, dimpotrivă, înfășurările sunt pe rotor. Prin urmare, mai departe în text, rotorul este magneții, statorul este înfășurările.

Un regulator electronic este utilizat pentru a controla motorul. În literatura străină Speed ​​Controller sau ESC (Control electronic al vitezei).

Ce este un motor fără perii?

De obicei, oamenii, când se confruntă cu ceva nou, caută analogii. Uneori se aud frazele „bine, e ca un sincron”, sau chiar mai rău, „pare un pas”. Deoarece majoritatea motoarelor fără perii sunt trifazate, acest lucru este în continuare confuz, ducând la concepția greșită că regulatorul alimentează motorul cu curent alternativ trifazat. Toate cele de mai sus sunt doar parțial adevărate. Faptul este că toate motoarele, cu excepția celor asincrone, pot fi numite sincrone. Toate motoarele de curent continuu sunt motoare sincrone autosincronizate, dar principiul lor de funcționare este diferit de motoarele sincrone de curent alternativ, care nu sunt sincronizate automat. Ca motor pas cu pas fără perii, probabil va putea funcționa și el. Iată însă ideea: o cărămidă, poate zbura și ea ... dar nu departe, pentru că nu este destinată acestui lucru. La fel de motor pas cu pas un motor cu jet de supapă este mai potrivit.

Să încercăm să ne dăm seama ce este un motor de curent continuu cu perii. În această frază, răspunsul este deja acoperit - acesta este un motor DC fără colector. Funcțiile colectorului sunt realizate de electronică.

Avantaje și dezavantaje

Un ansamblu destul de complex, greu și scânteietor - colectorul - este eliminat din proiectarea motorului. Designul motorului este mult simplificat. Motorul este mai ușor și mai compact. Pierderile de comutare sunt reduse semnificativ pe măsură ce contactele colectorului și periei sunt înlocuite chei electronice... Ca urmare, obținem un motor electric cu cea mai buna performanta Indicator de eficiență și putere pe kilogram de greutate moartă, cu cel mai mare gamă largă modificări ale vitezei de rotație. În practică, motoarele fără perii funcționează mai rece decât omologii lor periați. Reportare incarcatura grea pe moment. Utilizarea unor magneți puternici de neodim a făcut ca motoarele fără perii să fie și mai compacte. Proiectarea motorului fără perii îi permite să fie acționat în apă și în medii agresive (desigur, doar motorul, regulatorul va fi foarte scump să se ude). Motoarele fără perii nu generează practic nicio interferență radio.

Singurul dezavantaj este considerat complex și costisitor unitatea electronică control (regulator sau ESC). Cu toate acestea, dacă doriți să controlați turația motorului, nu există nicio modalitate de a face fără electronice. Dacă nu trebuie să controlați rpm-ul unui motor fără perii, tot nu vă puteți descurca fără o unitate de control electronic. Un motor fără perii fără electronică este doar o piesă hardware. Nu există nicio modalitate de a-i aplica tensiune și de a realiza o rotație normală ca și alte motoare.

Ce se întâmplă într-un motor fără perii?

Pentru a înțelege ce se întâmplă în electronica regulatorului care controlează motorul fără perii, să ne întoarcem puțin și să înțelegem mai întâi cum funcționează motorul comutatorului. De la cursul de fizică școlară, ne amintim cum acționează un câmp magnetic asupra unui cadru cu un curent. Cadrul cu curentul se rotește într-un câmp magnetic. Mai mult, nu se rotește constant, ci se rotește într-o anumită poziție. Pentru a avea loc o rotație continuă, trebuie să comutați direcția curentului în cadru, în funcție de poziția cadrului. În cazul nostru, cadrul cu curent este înfășurarea motorului, iar comutatorul este angajat în comutare - un dispozitiv cu perii și contacte. Dispozitivul celui mai simplu motor, vezi figura.

Electronica care controlează motorul fără perii procedează la fel - în momentele potrivite conectează tensiunea continuă la înfășurările statorului necesare.

Senzori de poziție, motoare fără senzori

Din cele de mai sus, este important să înțelegem că tensiunea trebuie aplicată înfășurărilor motorului în funcție de poziția rotorului. Prin urmare, electronica trebuie să poată determina poziția rotorului motorului. . Pentru aceasta se folosesc senzori de poziție. Ei pot fi tipuri diferite, optic, magnetic etc. În prezent, senzorii discreți de efect Hall (de exemplu, SS41) sunt foarte frecvenți. Motorul trifazat fără perii utilizează 3 senzori. Datorită acestor senzori, unitatea de comandă electronică știe întotdeauna în ce poziție se află rotorul și în ce înfășurări să aplice tensiune la un moment dat. Mai târziu, va fi luat în considerare algoritmul de control pentru un motor trifazat fără perii.

Există motoare fără perii care nu au senzori. În astfel de motoare, poziția rotorului este determinată prin măsurarea tensiunii în interiorul neutilizat acest momentînfășurarea timpului. Aceste metode vor fi, de asemenea, discutate mai târziu. Ar trebui să acordați atenție unui punct esențial: această metodă este relevantă numai atunci când motorul se rotește. Când motorul nu se rotește sau se rotește foarte încet, această metodă nu funcționează.

În ce cazuri sunt utilizate motoarele fără perii cu senzori și în ce cazuri fără senzori? Care este diferența dintre ele?

Sunt preferate motoarele cu codificator de poziție punct tehnic viziune. Algoritmul de control pentru astfel de motoare este mult mai simplu. Cu toate acestea, există și dezavantaje: este necesar să se furnizeze energie senzorilor și cablarea de la senzorii din motor la electronica de comandă; în cazul defectării unuia dintre senzori, motorul nu mai funcționează și înlocuirea senzorilor, de regulă, necesită dezasamblarea motorului.

În cazurile în care este structural imposibil să amplasați senzori în carcasa motorului, sunt utilizate motoare fără senzori. Structural, astfel de motoare practic nu diferă de motoarele cu senzori. Dar unitatea electronică trebuie să poată controla motorul fără senzori. În acest caz, unitatea de comandă trebuie să îndeplinească caracteristicile model specific motor.

Dacă motorul trebuie să pornească cu o sarcină semnificativă pe arborele motorului (vehicule electrice, mecanisme de ridicare etc.), se utilizează motoare cu senzori.
Dacă motorul pornește fără sarcină pe arbore (ventilație, elice de aer, se folosește un ambreiaj centrifug, etc.), pot fi utilizate motoare fără senzori. Nu uitați: motorul fără senzori de poziție trebuie să pornească fără sarcină pe arbore. Dacă această condiție nu este îndeplinită, trebuie utilizat un motor cu senzori. În plus, în momentul pornirii motorului fără senzori, sunt posibile oscilații de rotație ale axei motorului părți diferite... Dacă acest lucru este esențial pentru sistemul dvs., utilizați un motor cu senzori.

Trei faze

Achiziționate motoare trifazate fără perii cel mai răspândit... Dar pot fi una, două, trei sau mai multe faze. Cu cât sunt mai multe faze, cu atât rotația câmpului magnetic este mai lină, dar și sistemul de control al motorului este mai complex. Sistemul cu 3 faze este cel mai optim din punct de vedere al raportului eficiență / complexitate, motiv pentru care a devenit atât de răspândit. Mai mult, va fi considerată doar o schemă trifazată, ca fiind cea mai comună. De fapt, fazele sunt înfășurările motorului. Prin urmare, dacă spui „cu trei înfășurări”, cred că va fi și corect. Cele trei înfășurări sunt conectate în stea sau în deltă. Un motor trifazat fără perii are trei fire - cabluri de înfășurare, vezi figura.

Motoarele cu codificatoare au încă 5 fire (2 surse de transmițătoare de poziție și 3 semnale de la codificatoare).

Într-un sistem trifazat, tensiunea este aplicată la două dintre cele trei înfășurări la un moment dat. Astfel, există 6 opțiuni pentru alimentarea cu tensiune continuă a înfășurărilor motorului, așa cum se arată în figura de mai jos.