Principiul de funcționare a motorului electric fără perii. Senzorii și absența lor

Sarcină motor electric creați rotație, care pune în mișcare modelele radiocontrolate Adesea aceleași modele radiocontrolate - modele de mașini, modele de avioane, modele de nave - diferă foarte mult în preț - de aproape 2 ori. Aceste modele pot fi echipate cu motoare cu perii și fără perii și regulatoare corespunzătoare. Trebuie să înțelegeți ce motor să alegeți.

Există 2 tipuri principale de motoare electrice utilizate în modelele radiocontrolate: cu perii și fără perii.

(periat, periat) sunt mai ieftine, dar modelele cu astfel de motoare dezvoltă viteze mai mici și astfel de motoare sunt mai puțin fiabile.

Caracteristica definitorie a motoarelor cu comutator este prezența unei unități perie-comutator, care asigură deplasarea modelului controlat radio. Principala diferență externă motor comutator Ceea ce diferă de brushless este că are două fire în loc de trei. Motorul comutatorului este format dintr-o parte mobilă - rotorul și o parte staționară - statorul (carcasa). Comutatorul este un set de contacte situate pe rotor, iar periile sunt contacte glisante situate în exteriorul rotorului și presate pe comutator. Rotorul cu înfășurări se rotește în interiorul statorului. Periile sunt folosite pentru a transfera energie electrică către bobinele înfășurărilor rotorului rotativ. Motoarele electrice cu perii convenționale au doar două fire (pozitiv și negativ) care conectează motorul la regulatorul de viteză.

Motoarele cu perii folosite la modelele radiocontrolate sunt alimentate de curent continuu. De exemplu, prin aplicarea tensiunii adecvate la două fire de motor dintr-o sursă de curent continuu, de exemplu, o baterie convențională sau un acumulator, punem în mișcare arborele motorului. Circuitul regulator pentru un motor comutator este simplu, ceea ce reduce, de asemenea, costul unei astfel de configurații. Rotorul motorului accelerează câmpul magnetic creat pe înfășurări. Mărimea acestui câmp depinde de tensiunea aplicată înfășurărilor, cu cât este mai mare câmpul magnetic, cu atât rotorul se va învârti mai repede. Numărul de rotații ale înfășurării motorului este de obicei indicat pe motor cu cât este mai mic, cu atât viteza de rotație a arborelui motorului este mai mare.
Printre avantajele motoarelor cu comutator modele controlate radio se pot distinge: dimensiuni mici, greutate și, de asemenea, cost relativ scăzut. Prin urmare, acest tip de motor este cel mai des folosit în niveluri de ajustare bugetare modele sau în modele entry-level. Dacă vorbim despre fiabilitatea unui motor cu perii, acesta este mult inferior unui motor fără perii. În ciuda simplității lor, au un mare dezavantaj - resurse limitate. Prezența unei unități colectoare de perii implică sistem mecanic mutarea contactelor, adică munca mecanica periile și comutatorul pot duce la scântei când sunt supraîncălzite și la uzură rapidă când conditii nefavorabile funcționare (umiditate, murdărie, praf). În timpul funcționării motoarelor cu comutator, apare o uzură treptată perii de grafitși metalul comutatorului, de-a lungul căruia periile alunecă și mai devreme sau mai târziu eșuează. Înainte de a începe să utilizați modelul, este recomandabil să porniți motorul la o sarcină redusă, astfel încât periile să fie frecate corect în comutator. În cazul utilizării agresive (poate 2 rulări) sau pe termen lung a modelului, înlocuirea motorului comutatorului este o întâmplare comună și obișnuită.

Motoare fără perii(fără perii, fără perii) - mai scump, dar capabil să se dezvolte viteza mai mareși, de asemenea, mai rezistent la uzură. Un model echipat cu un sistem modern fără perii conduce mai repede și mai mult.

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

Motorul fără perii este antrenat de un trifazat curent alternativ, prin urmare, pentru funcționarea lor, este necesar un regulator de viteză special (regulator), care transformă curentul continuu din baterie în curent alternativ. Cum motor fara perii, iar regulatorul pentru un motor fără perii are un design mai complex, în urma căruia costul crește.

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

Valori de performanță a motorului pentru modelele controlate radio

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

După mărime. Pentru un motor cu comutator, această caracteristică se numește clasă, unde numărul, 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 de un motor de clasa 400, atunci vorbim de un motor cu lungimea corpului de 400 mm. Pentru motoarele fără perii, o caracteristică importantă este dimensiunea - lungimea și lățimea. Diferențele de dimensiune dau o idee despre puterea motorului electric fără perii. Cu cât dimensiunea este mai mare, cu atât puterea este mai mare.
Exemplu: Motor 4274 înseamnă:
diametru - 42 mm,
lungime - 74 mm.
De exemplu, un motor cu această dimensiune este unul dintre cele mai puternice, este potrivit pentru un model de mașină la scară 1:8.

Putere motor (putere, watt) - determină munca pe care motorul o poate efectua pe unitatea de timp. Cel mai caracteristică importantă motor. Cunoscând puterea, putem determina capacitate maximă la care motorul le poate rezista conform formulei.
Putere (Wati) = Tensiune de alimentare (Volti) * Curent (Amperi).
Cunoscând puterea, puteți selecta bateria și regulatorul în funcție de puterea maximă a curentului obținută din formulă.

Revoluții, r/v (KV, RPM) - rotații pe volt.
Un parametru important indică viteza de rotație a arborelui motorului. Rotațiile pe minut sunt determinate de numărul de rotații pe minut, cu alte cuvinte, cât de repede se rotește motorul. Viteza rotorului se măsoară în KV. Acesta este modul în care se obișnuiește să se noteze raportul dintre viteza motorului (rpm) și tensiunea de alimentare a motorului (V). În linii mari, kV arată cât de repede se vor roti diferite motoare la aceeasi tensiune.
Viteza maxima = KV * Tensiunea de alimentare a motorului.
De exemplu: un motor de 980 KV alimentat cu 11,1 V de la o baterie se va roti la 980 x 11,1 = 10878 rpm fără sarcină.
Citirile curente pot reprezenta curent continuu maxim și valori limită curent care poate fi furnizat motorului. Atunci când alegeți o baterie și un regulator, alegeți cele care indică valori maxime ale curentului continuu egale sau mai mari decât valorile curentului motorului.
Pentru diferite modele, diferite roți dințate și elice utilizate, kV necesar al motorului este selectat și calculat individual. Folosind acest parametru, puteți selecta utilizarea motorului, bateriei și elicei. Astfel, motoarele cu un KV mai mare de 2000 sunt de obicei folosite pe elicoptere sau modele de mare viteză. Un motor KV mare poate fi folosit cu mai puține baterii și este mai eficient cu o elice cu pas mai mic. Motoarele din această clasă sunt adesea folosite pe aripile zburătoare. Motoarele cu un KV mai mic fac posibilă instalarea bateriilor cu un număr mai mare de celule, câștigând astfel o oarecare greutate, dar crescând durata zborului - nu datorită capacității, ci prin reducerea curenților maximi pentru aceeași muncă efectuată de motor. Cu cât KV-ul motoarelor este mai mare, cu atât elicele ar trebui să fie mai compacte. Șuruburile nu sunt marime mare oferă viteză mai mare, dar reduce eficiența. O configurație cu elice mari și, în consecință, motoare cu o valoare KV mai mică este mai ușor de a obține un zbor stabil, consumă mai puțină energie și vă permite să ridicați mai multă greutate.
KV este o caracteristică semnificativă pentru demon motoare cu comutator. Pentru motoarele cu comutator, de obicei nu se uită la KV. Dacă un modelator decide să înlocuiască un motor de comutator, de obicei îl înlocuiește cu exact același.

Voltaj sursă de alimentare, V (număr de celule, volți)
Tensiunea la care este adaptat motorul. Determină numărul de celule de baterie care pot fi utilizate cu unitatea motorului. Dacă este depășită, 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 cu câte celule din baterie este proiectat să funcționeze acest motor. Tensiunea unei baterii NiMH (hidrură metalică de nichel) este de 1,2 volți - motorul 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 mai mari.
Tensiunea și KV sunt legate.

Eficiență maximă, % (eficiență maximă)
Eficiența este cantitatea de energie în care motorul o transferă direct muncă utilă. Cu cât mai mare, cu atât mai bine.

Prin proiectare, motoarele fără perii sunt împărțite în două grupe: inrunner și outrunner. Această caracteristică indică caracteristica de proiectare motor.
Motoare Inrunner Au înfășurări situate pe suprafața interioară a carcasei și un rotor magnetic care se rotește în interior. Majoritatea mașinilor și bărcilor RC necesită un motor fără perii Inrunner.
Motoare Câineghid au înfășurări staționare în interiorul motorului, în jurul cărora o carcasă se rotește cu magneți permanenți plasați pe peretele său interior, adică în dispozitivele de rulare se rotește partea exterioară a motorului. Outrunner-urile sunt alese pentru modelul de aeronave deoarece, datorită designului lor, se răcesc mai bine și au mai multe variații în ceea ce privește modul în care pot fi atașate. Motoarele Outrunner au valori nominale KiloVolt mai mici, ceea ce înseamnă că se mișcă la o viteză mai mică, dar cu un cuplu mai mare (cuplu de rotație). 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 magnetici utilizate la motoarele fără perii pot varia.
După numărul de poli puteți judeca cuplul și turația motorului. Motoarele cu rotoare bipolare au cea mai mare viteză rotație la cel mai mic cuplu. Motoarele cu mai mulți poli au o viteză de rotație mai mică, dar un cuplu mai mare.

De asemenea, motoarele fără perii pot fi senzoriale sau fără senzori.
Senzorial mai bine, deoarece senzorul oferă mai mult operatiune delicata motor, pornire rapidă și lină, utilizare mai eficientă a energiei.

Apariția motoarelor fără perii se explică prin necesitatea creării unei mașini electrice cu multe avantaje. Un motor fără perii este un dispozitiv fără comutator, a cărui funcție este preluată de electronică.

Motoarele BLDC sunt motoare electrice DC fără perii, cu o putere, de exemplu, de 12, 30 volți.

• Alegerea motorului potrivit
• Principiul de funcționare
• Dispozitiv cu motor BLDC
• Senzorii și absența lor
• Fără senzor
• Conceptul de frecvență PWM
• sistem arduino
• Suport motor

Alegerea motorului potrivit

Pentru a selecta o unitate, este necesar să comparați principiul de funcționare și caracteristicile motoarelor cu perii și fără perii.

De la stânga la dreapta: motor cu perii și motor fără perii FK 28-12

Cele colectoare costă mai puțin, dar dezvoltă o viteză scăzută de rotație a cuplului. Acestea funcționează pe curent continuu, sunt ușoare ca greutate și dimensiuni și ușor de reparat pentru a înlocui piesele. Manifestarea calității negative se dezvăluie atunci când se primesc un număr mare de revoluții. Periile vin în contact cu comutatorul, provocând frecare care poate deteriora mecanismul. Performanța unității este redusă.

Periile nu necesită doar reparații din cauza uzurii rapide, dar pot duce și la supraîncălzirea mecanismului.

Principalul avantaj al unui motor DC fără perii este absența cuplului și a contactelor de comutare. Aceasta înseamnă că nu există surse de pierderi, ca în motoarele cu magnet permanenți. Funcțiile lor sunt îndeplinite de tranzistori MOS. Anterior, costul lor era mare, așa că nu erau disponibile. Astăzi prețul a devenit acceptabil, iar performanța s-a îmbunătățit semnificativ. Dacă nu există radiator în sistem, puterea este limitată la 2,5 până la 4 wați, iar curentul de funcționare este limitat la 10 până la 30 de amperi. Eficiența motoarelor electrice fără perii este foarte mare.

Al doilea avantaj îl reprezintă setările mecanice. Axa este montată pe rulmenți largi. Nu există elemente de rupere sau abrazive în structură.

Singurul dezavantaj este că este scump unitatea electronică management.

Să luăm în considerare un exemplu de mecanică a unei mașini CNC cu ax.

Înlocuirea unui motor cu perii cu unul fără perii va proteja împotriva deteriorării axului CNC. Prin ax înțelegem un arbore care are rotații de cuplu la dreapta și la stânga. Axul CNC are o putere mare. Viteza cuplului este controlată de un regulator de servotester, iar viteza este controlată de un controler automat. Costul unui CNC cu ax este de aproximativ 4 mii de ruble.

Principiul de funcționare

Principala caracteristică a mecanismului este absența unui colector. Și magneții permanenți sunt instalați la ax, care este rotorul. În jurul lui sunt înfășurări de sârmă care au câmpuri magnetice diferite. Diferența dintre motoarele fără perii de 12 volți este senzorul de control al rotorului situat pe acesta. Semnalele sunt trimise către unitatea de control al vitezei.

Dispozitiv cu motor BLDC

Dispunerea magneților în interiorul statorului este de obicei folosită pentru motoarele bifazate cu o suma mica stâlpi. Principiul cuplului în jurul statorului este utilizat atunci când este necesar să se obțină un motor bifazat cu viteze mici.

Pe rotor sunt patru poli. Magneții dreptunghiulari sunt instalați poli alternanți. Cu toate acestea, numărul de poli nu este întotdeauna egal cu numărul de magneți, dintre care pot fi 12, 14. Dar numărul de poli trebuie să fie egal Mai mulți magneți pot alcătui un pol.

Imaginea prezintă 8 magneți formând 4 poli. Momentul de forță depinde de puterea magneților.

Senzorii și absența lor

Controlerele de cursă sunt împărțite în două grupuri: cu și fără senzor de poziție a rotorului.

Forțele de curent sunt furnizate înfășurărilor motorului când situatie speciala rotorul este detectat de un sistem electronic folosind un senzor de poziție. Ele vin în diferite tipuri. Un controler de călătorie popular este un senzor cu efect Hall discret. Un motor trifazat de 30 volți va folosi 3 senzori. Unitatea electronică are în mod constant date despre poziția rotorului și direcționează tensiunea în timp către înfășurările necesare.

Un dispozitiv comun care își schimbă concluziile la comutarea înfășurărilor.

Un dispozitiv cu buclă deschisă măsoară curentul și viteza. Canalele PWM sunt conectate la partea de jos a sistemului de control.

Trei intrări sunt conectate la senzorul Hall. Dacă senzorul Hall se modifică, începe procesul de procesare a întreruperii. Pentru a asigura un răspuns rapid la procesarea întreruperilor, un senzor Hall este conectat la pinii de ordin scăzut ai portului.

Folosind un senzor de poziție cu un microcontroler

Pentru a economisi la facturile de energie electrică, cititorii noștri recomandă Electricity Saving Box. Plățile lunare vor fi cu 30-50% mai mici decât erau înainte de utilizarea economizorului. Îndepărtează componenta reactivă din rețea, rezultând o reducere a sarcinii și, în consecință, a consumului de curent. Aparatele electrice consumă mai puțină energie electrică și costurile sunt reduse.

Controlerul forței de etapă se află în centrul nucleului AVR, care oferă control inteligent al motorului DC fără perii. AVR este un cip pentru îndeplinirea unor sarcini specifice.

Principiul de funcționare al regulatorului de viteză poate fi cu sau fără senzor. Programul de bord AVR face:

• pornirea motorului cât mai repede posibil, fără a utiliza dispozitive suplimentare externe;
• controlul vitezei cu un potențiometru extern.

Vedere separată control automat sma, folosit la mașinile de spălat.

Fără senzor

Pentru a determina poziția rotorului, este necesar să se măsoare tensiunea pe înfășurarea nefolosită. Această metodă este aplicabilă atunci când motorul se rotește, altfel nu va funcționa.

Controlerele de călătorie fără senzori sunt mai ușor de fabricat, ceea ce explică utilizarea lor pe scară largă.

Controlerele au următoarele proprietăți:

• valoarea maximă a curentului continuu;
• valoarea tensiunii maxime de funcționare;
• număr viteza maxima;
• rezistența întrerupătoarelor de alimentare;
• frecvența pulsului.

Când conectați controlerul, este important să păstrați firele cât mai scurte posibil. Datorită apariției unor supratensiuni de curent la început. Dacă firul este lung, pot apărea erori în determinarea poziției rotorului. Prin urmare, controlerele sunt vândute cu un fir de 12 - 16 cm.

Controlerele au multe setări software:

• controlul opririi motorului;
• oprire soft sau hard;
• frânare și oprire lină;
• avans putere și eficiență;
• pornire moale, tare, rapidă;
• limite de curent;
• modul de gaz;
• schimbare de directie.

Controlerul LB11880 prezentat în figură conține un driver de motor fără perii de mare putere, adică puteți rula motorul direct la cip fără drivere suplimentare.

Conceptul de frecvență PWM

Când cheile sunt pornite, motorul este încărcat complet. Unitatea atinge viteza maximă. Pentru a controla motorul, trebuie prevăzut un regulator de putere. Acesta este ceea ce face modularea lățimii impulsului (PWM).

Frecvența necesară pentru deschiderea și închiderea tastelor este setată. Tensiunea se schimbă de la zero la funcționare. Pentru a controla viteza, este necesar să suprapuneți un semnal PWM pe semnalele cheie.

Semnalul PWM poate fi generat de dispozitiv pe mai mulți pini. Sau creați un PWM pentru o cheie separată folosind un program. Schema devine mai simplă. Semnalul PWM are 4-80 kilohertzi.

O creștere a frecvenței duce la Mai mult procese de tranziție, care dă naștere căldurii. Înălțimea frecvenței PWM crește numărul de procese tranzitorii, ceea ce provoacă pierderi la comutatoare. O frecvență joasă nu oferă controlul fin dorit.

Pentru a reduce pierderile la comutatoare în timpul proceselor tranzitorii, semnalele PWM sunt furnizate separat comutatoarelor superioare sau inferioare. Pierderile directe sunt calculate folosind formula P=R*I2, unde P este puterea de pierdere, R este rezistența comutatorului, I este puterea curentului.

Mai puțină rezistență minimizează pierderile și crește eficiența.

sistem arduino

Platforma de calcul hardware Arduino este adesea folosită pentru a controla motoarele fără perii. Se bazează pe o placă și un mediu de dezvoltare în limbajul Wiring.

Placa Arduino include un microcontroler Atmel AVR și hardware elementar pentru programare și interacțiune cu circuitele. Placa are un stabilizator de tensiune. Placa Serial Arduino este un circuit inversor simplu pentru convertirea semnalelor de la un nivel la altul. Programele sunt instalate prin USB. Unele modele, cum ar fi Arduino Mini, necesită o placă suplimentară pentru programare.

Limbajul de programare Arduino utilizează procesare standard. Unele modele Arduino vă permit să controlați mai multe servere în același timp. Programele sunt procesate de procesor și compilate de AVR.

Pot apărea probleme cu controlerul din cauza căderilor de tensiune și a sarcinii excesive.

Suport motor

Cadru motor - mecanism de montare a motorului. Folosit la instalațiile de motoare. Cadrul motorului este format din tije și elemente de cadru interconectate. Suporturile pentru motor pot fi plate, cu elemente spațiale. Cadru motor pentru un singur motor de 30 volți sau mai multe unități. Circuitul de alimentare Suportul motorului este format dintr-un set de tije. Cadrul motorului este instalat într-o combinație de elemente de ferme și cadru.

Motorul electric de curent continuu fără perii este o unitate indispensabilă folosită atât în ​​viața de zi cu zi, cât și în industrie. De exemplu, mașini CNC, echipamente medicale, mecanisme auto.

Motoarele BLDC se disting prin fiabilitate, principiul de funcționare de înaltă precizie, control și reglare automată inteligentă.

Un pic de istorie:

Principala problemă cu toate motoarele este supraîncălzirea. Rotorul s-a rotit în interiorul unui soi de stator și, prin urmare, căldura de la supraîncălzire nu a mers nicăieri. Oamenii au venit cu o idee genială: să se rotească nu rotorul, ci statorul, care ar fi răcit de aer în timpul rotației. Când a fost creat un astfel de motor, a devenit utilizat pe scară largă în aviație și construcții navale și, prin urmare, a fost supranumit Motorul cu supape.

În curând a fost creat un analog electric motorul supapei. L-au numit motor fără perii pentru că nu avea comutatoare (perii).

Motoarele electrice fără perii au venit la noi relativ recent, recent 10-15 ani. Spre deosebire de motoarele cu perii, acestea sunt alimentate de curent alternativ trifazat. Motoarele fără perii funcționează eficient în mai multe gamă largă rpm și mai mult Eficiență ridicată . Designul motorului este relativ mai simplu; nu are un ansamblu de perii, care se freacă constant cu rotorul și creează scântei. Putem spune că motoarele fără perii practic nu se uzează. Costul motoarelor fără perii este puțin mai mare decât cel al motoarelor cu perii. Acest lucru se datorează faptului că toate motoarele fără perii sunt echipate cu rulmenți și, de regulă, sunt fabricate de o calitate superioară.

Testele au arătat:
Tija cu surub 8x6 = 754 de grame,
Viteza de rotatie = 11550 rpm,
Consumul de energie = 9 wați(fara surub) , 101 wați(cu șurub),

Putere și eficiență

Puterea poate fi calculată astfel:
1) Puterea în mecanică se calculează folosind următoarea formulă: N= F*v, unde F este forța și v este viteza. Dar, deoarece șurubul este într-o stare statică, nu există nicio mișcare decât rotație. Dacă acest motor a fost instalat pe un model de aeronavă, atunci ar fi posibil să se măsoare viteza (este egală cu 12 m/s) și să se calculeze puterea utilă:
N utilizabil= 7,54*12= 90,48 wați
2) Eficiența unui motor electric este determinată de următoarea formulă: Eficiență = N util / N cheltuit * 100%, Unde N costuri = 101 wați
Eficiență= 90,48/101 *100%= 90%
În medie, eficiența motoarelor fără perii fluctuează de fapt în jurul a 90% (cea mai mare eficiență atinsă de acest tip de motor este 99.68% )

Caracteristici motor:

Voltaj: 11,1 volți
Revoluții: 11550 rpm
Curent maxim: 15A
Putere: 200 de wați
Tracţiune: 754 grame (șuruburi 8x6)

Concluzie:

Prețul oricărui lucru depinde de amploarea producției sale. Producătorii de motoare fără perii se înmulțesc ca ciupercile după ploaie. Prin urmare, aș dori să cred că în viitorul apropiat prețul controlerelor și brushless motoarele vor cădea, cum a căzut pe echipamentele de control radio... Capabilitățile microelectronicii se extind în fiecare zi, dimensiunea și greutatea controlerelor scad treptat. Putem presupune că, în viitorul apropiat, controlerele vor începe să fie integrate direct în motoare! Poate vom trăi să vedem ziua aceea...

Motoarele sunt folosite în multe domenii ale tehnologiei. Pentru ca rotorul motorului să se rotească, trebuie să existe un câmp magnetic rotativ. În motoarele de curent continuu convenționale, această rotație este efectuată mecanic folosind perii care alunecă de-a lungul comutatorului. În acest caz, apar scântei și, în plus, din cauza frecării și uzurii periilor, astfel de motoare necesită întreținere constantă.

Datorită dezvoltării tehnologiei, a devenit posibilă generarea electronică a unui câmp magnetic rotativ, care a fost încorporat în motoarele de curent continuu fără perii (BLDC).

Dispozitiv și principiu de funcționare

Elementele principale ale BDPT sunt:

• rotor, pe care sunt montați magneți permanenți;
• stator, pe care sunt instalate înfășurările;
• controler electronic.

Prin proiectare, un astfel de motor poate fi de două tipuri:

cu aranjament intern al rotorului (inrunner)

cu aranjament extern rotor (outrunner)

În primul caz, rotorul se rotește în interiorul statorului, iar în al doilea, rotorul se rotește în jurul statorului.

Motor de tip Inrunner folosit atunci când este necesar să se obţină de mare viteză rotație. Acest motor are unul mai simplu design standard, care permite utilizarea unui stator staționar pentru a monta motorul.

Motor de tip Outrunner potrivit pentru obtinerea unui cuplu mare la turații mici. În acest caz, motorul este montat folosind o axă fixă.

Motor de tip Inrunner- viteza mare, cuplu redus. Motor de tip Outrunner- viteză mică, cuplu mare.

Numărul de poli într-un BLDC poate fi diferit. După numărul de poli se pot aprecia unele caracteristici ale motorului. De exemplu, un motor cu un rotor cu 2 poli are un număr mai mare de rotații și un cuplu redus. Motoarele cu un număr crescut de poli au un cuplu mai mare, dar mai puține rotații. Schimbând numărul de poli ai rotorului, puteți modifica turația motorului. Astfel, prin modificarea designului motorului, producătorul poate selecta parametrii necesari ai motorului în ceea ce privește cuplul și turația.

Control BDPT

Controler de viteză, aspect

Folosit pentru a controla un motor fără perii controler special - regulator de turație a arborelui motor curent continuu. Sarcina sa este de a genera și furniza momentul potrivit la înfăşurarea necesară a tensiunii necesare. Controlerul pentru dispozitive alimentate de o rețea de 220 V utilizează cel mai adesea un circuit invertor, în care curentul cu o frecvență de 50 Hz este convertit mai întâi în curent continuu și apoi în semnale cu modulație de lățime a impulsului (PWM). Pentru a furniza tensiune de alimentare înfășurărilor statorului, se folosesc comutatoare electronice puternice pe tranzistoare bipolare sau alte elemente de putere.

Puterea și turația motorului sunt reglate prin modificarea ciclului de lucru al impulsurilor și, în consecință, prin valoarea efectivă a tensiunii furnizate înfășurărilor statorice ale motorului.

Schema schematică a regulatorului de viteză. K1-K6 - chei D1-D3 - senzori de poziție a rotorului (senzori Hall)

O problemă importantă este conexiunea în timp util chei electronice la fiecare înfăşurare. Pentru a asigura acest lucru controlerul trebuie să determine poziția rotorului și viteza acestuia. Pentru a obține astfel de informații, pot fi utilizați senzori optici sau magnetici (de exemplu, Senzori Hall), precum și câmpurile magnetice inverse.

Utilizare mai comună Senzori Hall, care reacționează la prezența unui câmp magnetic. Senzorii sunt așezați pe stator în așa fel încât să fie afectați de câmpul magnetic al rotorului. În unele cazuri, senzorii sunt instalați în dispozitive care vă permit să schimbați poziția senzorilor și, în consecință, să reglați sincronizarea.

Regulatoarele de viteză ale rotorului sunt foarte sensibile la puterea curentului care trece prin el. Dacă alegi baterie reincarcabila cu o ieșire de curent mai mare, regulatorul se va arde! Alegeți combinația potrivită de caracteristici!

Avantaje și dezavantaje

Comparat cu motoare convenționale BLDC-urile au următoarele avantaje:

• Eficiență ridicată;
• performanta ridicata;
• posibilitatea de a modifica viteza de rotatie;
• fără perii care fac scântei;
• zgomote mici, atât în ​​domeniul audio, cât și în domeniul de înaltă frecvență;
• fiabilitate;
• capacitatea de a rezista la suprasarcinile de cuplu;
• excelent raportul dintre dimensiuni și putere.

Motorul fără perii este foarte eficient. Poate ajunge la 93-95%.

Fiabilitatea ridicată a părții mecanice a BD se explică prin faptul că folosește rulmenți cu bile și nu există perii. Demagnetizarea magneți permanenți se întâmplă destul de lent, mai ales dacă sunt realizate folosind elemente de pământuri rare. Când este utilizat într-un controler de protecție de curent, durata de viață a acestei unități este destul de lungă. De fapt Durata de viață a motorului BLDC poate fi determinată de durata de viață a rulmenților cu bile.

Dezavantajele BLDC sunt complexitatea sistemului de control și costul ridicat.

Aplicație

Domeniile de aplicare ale BDTP sunt următoarele:

• crearea de modele;
• medicament;
• industria auto;
• Industria petrolului și gazelor;
• Aparate;
• echipament militar.

Utilizare Baza de date pentru modele de aeronave oferă un avantaj semnificativ în putere și dimensiune. O comparație între un motor de comutator convențional de tip Speed-400 și un Astro Flight 020 BDTP din aceeași clasă arată că primul tip de motor are o eficiență de 40-60%. Eficiența celui de-al doilea motorul în aceleași condiții poate ajunge la 95%. Astfel, utilizarea unei baze de date face posibilă creșterea puterii părții de putere a modelului sau a timpului său de zbor de aproape 2 ori.

Datorită zgomotului scăzut și lipsei de încălzire în timpul funcționării, BLDC-urile sunt utilizate pe scară largă în medicină, în special în stomatologie.

În mașini, astfel de motoare sunt utilizate în ridicătoare de geamuri, ștergătoare electrice de parbriz, spălători de faruri și comenzi electrice pentru ridicarea scaunelor.

Fără comutator sau scânteie de perie permite utilizarea bazelor de date ca elemente ale dispozitivelor de blocare în industria petrolului și gazelor.

Ca exemplu de utilizare a BD în aparatele de uz casnic, putem remarca mașina de spălat cu acționare directă a tamburului de la LG. Această companie folosește un RDU de tip Outrunner. Pe rotorul motorului sunt 12 magneți și 36 inductoare pe stator, care sunt înfășurate cu un fir cu diametrul de 1 mm pe miezuri din oțel conductiv magnetic. Bobinele sunt conectate în serie, câte 12 bucăți pe fază. Rezistența fiecărei faze este de 12 ohmi. Un senzor Hall este utilizat ca senzor de poziție a rotorului. Rotorul motorului este atașat la cuva mașinii de spălat.

Pretutindeni acest motor utilizate în hard disk-uri pentru computere, ceea ce le face compacte, în unități CD și DVD și sisteme de răcire pentru dispozitive micro-electronice și multe altele.

Împreună cu BD-urile de putere mică și medie, motoarele BLDC mari sunt din ce în ce mai folosite în industriile mari, maritime și militare.

DB de mare putere dezvoltat pentru Marina SUA. De exemplu, Powertec a dezvoltat un BDHP de 220 kW cu o viteză de 2000 rpm. Cuplul motorului ajunge la 1080 Nm.

Pe lângă aceste domenii, DB-urile sunt utilizate în proiecte de mașini-unelte, prese, linii de prelucrare a plasticului, precum și în energia eoliană și utilizarea energiei valurilor.

Caracteristici

Principalele caracteristici ale motorului:

• putere nominală;
• putere maxima;
• curent maxim;
• maxim tensiune de operare ;
• viteza maxima(sau coeficientul Kv);
• rezistenta la infasurare;
• unghiul de avans;
• mod de operare;
• dimensiunile generale și caracteristicile de greutate motor.

Principalul indicator al unui motor este puterea sa nominală, adică puterea generată de motor pe o perioadă lungă de funcționare.

Putere maxima- aceasta este puterea pe care o poate furniza motorul pentru o scurta perioada de timp fara sa se defecteze. De exemplu, pentru motorul fără perii Astro Flight 020 menționat mai sus, acesta este de 250 W.

Curent maxim. Pentru zborul Astro 020 este 25 A.

Tensiune maximă de funcționare– tensiune pe care o pot suporta infasurarile motorului. Pentru Astro Flight 020, intervalul de tensiune de operare este setat de la 6 la 12 V.

Turatia maxima a motorului. Uneori, pașaportul indică coeficientul Kv - numărul de rotații ale motorului pe volt. Pentru zborul Astro 020 Kv= 2567 r/V. În acest caz număr maxim rpm poate fi determinat prin înmulțirea acestui coeficient cu tensiunea maximă de funcționare.

De obicei rezistenta la infasurare pentru motoare este zecimi sau miimi de ohm. Pentru Astro Flight 020 R= 0,07 Ohm. Această rezistență afectează eficiența BLDC.

Unghiul de avans reprezintă avansul tensiunilor de comutare pe înfăşurări. Este asociat cu natura inductivă a rezistenței înfășurării.

Modul de funcționare poate fi pe termen lung sau pe termen scurt. În modul pe termen lung, motorul poate funcționa mult timp. În același timp, căldura generată de acesta este complet disipată și nu se supraîncălzește. Motoarele funcționează în acest mod, de exemplu, în ventilatoare, transportoare sau scări rulante. Modul pe termen scurt este utilizat pentru dispozitive precum un lift, un aparat de ras electric. În aceste cazuri, motorul funcționează pentru o perioadă scurtă de timp și apoi pentru o lungă perioadă de timp se răcește.

Fișa tehnică a motorului arată dimensiunile și greutatea acestuia. În plus, de exemplu, pentru motoarele destinate modelelor de aeronave, dimensiunile aterizăriiși diametrul arborelui. În special, următoarele caracteristici sunt date pentru motorul Astro Flight 020:

• lungimea este de 1,75”;
• diametrul este de 0,98”;
• diametrul arborelui este de 1/8”;
• greutatea este de 2,5 uncii.

Concluzii:

1. În modelare, în diverse produse tehnice, în industrie și în tehnologia apărării, se folosesc BLDC-uri, în care un câmp magnetic rotativ este generat de un circuit electronic.
2. Prin proiectare, motoarele BLDC pot avea un aranjament de rotor intern (inrunner) sau extern (outrunner).
3. În comparație cu alte motoare BLDC, acestea au o serie de avantaje, principalele fiind absența periilor și a scânteilor, eficiență ridicată și fiabilitate ridicată.

Principiul de funcționare al unui motor de curent continuu fără perii (BCDC) este cunoscut de foarte mult timp, iar motoarele fără perii au reprezentat întotdeauna o alternativă interesantă la soluțiile tradiționale. În ciuda acestui fapt, asemănător mașini electrice Abia în secolul 21 au găsit o utilizare pe scară largă în tehnologie. Factorul decisiv pentru implementarea pe scară largă a fost reducerea multiplă a costului electronicii de control al acționării BDKP.

Probleme cu motoarele cu perii

La un nivel fundamental, sarcina oricărui motor electric este să transforme energia electrică în energie mecanică. Sunt două principale fenomene fizice care stau la baza proiectării mașinilor electrice:

Motorul este proiectat în așa fel încât câmpurile magnetice create pe fiecare dintre magneți interacționează întotdeauna între ele, dând rotirea rotorului. Un motor de curent continuu tradițional este format din patru părți principale:

• stator (un element staționar cu un inel de magneți);
• armătură (element rotativ cu înfășurări);
• perii de cărbune;
• colector.

Acest design prevede rotirea armăturii și a comutatorului pe același arbore în raport cu periile staționare. Curentul trece de la sursă prin arcul încărcat contact bun perii la comutator, care distribuie electricitatea între înfășurările armăturii. Câmpul magnetic indus în acesta din urmă interacționează cu magneții statorului, ceea ce face ca statorul să se rotească.

Principalul dezavantaj motor tradițional este că contactul mecanic pe perii nu poate fi asigurat fără frecare. Pe măsură ce viteza crește, problema devine mai pronunțată. Unitatea de colectare se uzează în timp și, în plus, este predispusă la scântei și este capabilă să se ionizeze aerul înconjurător. Astfel, în ciuda simplității și a costului scăzut de producție, Astfel de motoare electrice au câteva dezavantaje insurmontabile:

• uzura periei;
• zgomot electric datorat arcului electric;
• restricții în viteza maxima;
• dificultăți la răcirea unui electromagnet rotativ.

Apariția tehnologiei procesoarelor și a tranzistorilor de putere a permis proiectanților să abandoneze unitatea de comutare mecanică și să schimbe rolul rotorului și al statorului într-un motor electric de curent continuu.

Principiul de funcționare al BDKP

ÎN motor electric fara perii, spre deosebire de predecesorul său, rolul unui comutator mecanic este îndeplinit de un convertor electronic. Acest lucru permite implementarea unui circuit BDKP „din interior” - înfășurările sale sunt situate pe stator, ceea ce elimină necesitatea unui colector.

Cu alte cuvinte, principalul diferenta fundamentalaîntre motor clasic iar BDKP este că, în loc de magneți staționari și bobine rotative, acestea din urmă constă din înfășurări staționare și magneți rotativi. În ciuda faptului că comutarea în sine are loc într-un mod similar, implementarea sa fizică în unitățile fără perii este mult mai complexă.

Problema principală este controlul precis al motorului fără perii, care implică succesiunea corectăși frecvența de comutare a secțiunilor individuale de înfășurare. Această problemă este rezolvabilă constructiv numai dacă este posibilă determinarea continuă a poziției curente a rotorului.

Datele necesare prelucrarii electronice se obtin in doua moduri:

• detectarea poziției absolute a arborelui;
• prin măsurarea tensiunii induse în înfăşurările statorului.

Pentru a implementa controlul în primul mod, se folosesc cel mai adesea fie perechi optice, fie senzori Hall montați fix pe stator, care răspund la fluxul magnetic al rotorului. Principalul avantaj sisteme similare colectarea de informații despre poziția arborelui este performanța lor chiar și cu foarte viteze mici si in repaus.

Controlul fără senzor necesită cel puțin o rotație minimă a rotorului pentru a evalua tensiunea din bobine. Prin urmare, în astfel de proiecte, este prevăzut un mod de pornire a motorului la viteze la care poate fi estimată tensiunea de pe înfășurări, iar starea de repaus este testată prin analizarea influenței câmpului magnetic asupra impulsurilor de curent de testare care trec prin bobine.

În ciuda tuturor dificultăților de proiectare enumerate, motoare fără perii câștigă din ce în ce mai multă popularitate datorită performanței lor și a unui set de caracteristici inaccesibile colecționarilor. O listă scurtă a principalelor avantaje ale BDKP față de cele clasice arată astfel:

• nicio pierdere de energie mecanică din cauza frecării periei;
• funcționare relativ silențioasă;
• ușurința de accelerare și decelerare a rotației datorită inerției scăzute a rotorului;
• control de precizie a rotației;
• posibilitatea de a organiza racirea datorita conductibilitatii termice;
• capacitatea de a lucra la viteze mari;
• durabilitate si fiabilitate.

Aplicații și perspective curente

Există multe dispozitive pentru care creșterea timpului de funcționare este benefică. o importanță vitală. În astfel de echipamente, utilizarea BDKP este întotdeauna justificată, în ciuda relativității lor cost ridicat. Acestea pot fi apă și pompe de combustibil, turbine de răcire pentru aparate de aer condiționat și motoare etc. Motoarele fără perii sunt folosite în multe modele de electrice Vehicul. În prezent, industria auto a început serios să acorde atenție motoarelor fără perii.

BDKP-urile sunt ideale pentru unitățile mici care operează conditii dificile sau cu mare precizie: alimentatoare și transportoare cu bandă, roboți industriali, sisteme de pozitionare. Sunt zone in care motoarele brushless domina fara alternativa: hard disk-uri, pompe, ventilatoare silentioase, electrocasnice mici, unitati CD/DVD. Greutatea redusă și puterea mare au făcut ca BDKP să fie, de asemenea, baza pentru producția de unelte de mână moderne fără fir.

Se poate spune că acum se fac progrese semnificative în domeniul acționărilor electrice. Scăderea continuă a prețurilor la electronicele digitale a dat naștere unei tendințe spre utilizarea pe scară largă a motoarelor fără perii în locul celor tradiționale.