Principiul de funcționare a motorului fără perii. Motor trifazat fără perii

În acest articol, am dori să vorbim despre modul în care am creat un motor electric de la zero: de la idee și primul prototip până la un motor cu drepturi depline care a trecut toate testele. Dacă acest articol vi se pare interesant, vă vom vorbi separat, mai detaliat, despre etapele muncii noastre care vă interesează cel mai mult.

În imagine de la stânga la dreapta: rotor, stator, ansamblu parțial motor, ansamblu motor

Introducere

Astăzi, datorită dezvoltării electronice moderneși apariția magneților puternici pe bază de metale din pământuri rare, este posibil să se creeze motoare electrice „Brushless” mai puternice și în același timp compacte și ușoare. În același timp, datorită simplității designului lor, sunt cele mai fiabile motoare electrice create vreodată. Crearea unui astfel de motor va fi discutată în acest articol.

Descrierea motorului

Primul astfel de motor a fost imprimat 3D de noi ca experiment. În loc de plăci speciale din oțel electric, am folosit plastic obișnuit pentru carcasa rotorului și miezul statorului, pe care a fost înfășurată bobina de cupru. Pe rotor au fost fixați magneți de neodim cu secțiune transversală dreptunghiulară. Desigur, un astfel de motor nu era capabil să furnizeze putere maxima... Totuși, acest lucru a fost suficient pentru ca motorul să se rotească până la 20k rpm, după care plasticul nu a mai rezistat, iar rotorul motorului a izbucnit, iar magneții au fost aruncați în jur. Acest experiment ne-a determinat să creăm un motor cu drepturi depline.

Primele câteva prototipuri

Am realizat rotorul noului motor dintr-un singur magnet de neodim în formă de cilindru. Un magnet epoxidic a fost lipit de un arbore prelucrat din oțel pentru scule într-o producție pilot.

Tăiem statorul cu un laser dintr-un set de plăci de oțel pentru transformator de 0,5 mm grosime. Fiecare placă a fost apoi lăcuită cu grijă și apoi statorul finit a fost lipit din aproximativ 50 de plăci. Plăcile au fost acoperite cu lac pentru a evita un scurtcircuit între ele și pentru a exclude pierderile de energie din cauza curenților Foucault care ar putea apărea în stator.

Carcasa motorului a fost realizată din două părți din aluminiu în formă de container. Statorul se potrivește perfect în carcasa de aluminiu și aderă bine pe pereți. Acest design oferă racire buna motor.

Măsurarea caracteristicilor

Elementul principal al suportului este o încărcătură grea sub formă de mașină de spălat. În timpul măsurătorilor, motorul rotește sarcina dată, iar puterea de ieșire și cuplul motorului sunt calculate din viteza unghiulară și accelerația.

Pentru a măsura viteza de rotație a sarcinii, o pereche de magneți pe arbore și un magnetic gabarit digital A3144 bazat pe efectul hol. Desigur, ar fi posibil să se măsoare rotațiile prin impulsuri direct din înfășurările motorului, deoarece acest motor este sincron. Cu toate acestea, versiunea cu senzor este mai fiabilă și va funcționa chiar și la viteze foarte mici, la care impulsurile vor fi ilizibile.

Pe lângă revoluții, standul nostru este capabil să măsoare câțiva parametri mai importanți:

• alimentarea curentului (până la 30A) folosind un senzor de curent bazat pe efectul hall ACS712;
• Tensiunea de alimentare. Măsurat direct prin ADC-ul microcontrolerului, printr-un divizor de tensiune;
• temperatura din interiorul / exteriorul motorului. Temperatura se măsoară cu ajutorul unui termistor semiconductor;

Ca rezultat, bancul nostru de testare este capabil să măsoare în orice moment următoarele caracteristici ale motorului:

• curent consumat;
• tensiunea consumată;
• consumul de energie;
• putere de iesire;
• rotațiile arborelui;
• moment pe ax;
• puterea care intră în căldură;
• temperatura din interiorul motorului.

Motor fara perii curent continuu are o înfășurare trifazată pe stator și un magnet permanent pe rotor. Un câmp magnetic rotativ este creat de înfășurarea statorului, la interacțiunea cu care rotorul magnetic începe să se miște. Pentru a crea un câmp magnetic rotativ, pe înfășurarea statorului este aplicat un sistem de tensiune trifazat, care poate avea o formă diferită și se formează căi diferite... Formarea tensiunilor de alimentare (comutarea înfăşurărilor) pt motor colector 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 o sursă de tensiune constantă și, pe măsură ce rotorul se rotește în direcția vectorului câmpului magnetic al înfășurării statorului, tensiunea 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 determinare momentul potrivit conectarea următoarelor înfășurări, se folosește un senzor de poziție a rotorului, mai des decât alții se folosesc senzori Hall.

Variante posibile și cazuri speciale

Motoarele fără perii disponibile astăzi vin în multe modele diferite.

Prin executare înfăşurarea statorului Se pot distinge motoare cu înfășurare clasică înfășurată pe un miez de oțel și motoare cu înfășurare cilindrica 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 care utilizează modulația PWM de joasă frecvență pentru a netezi ondulațiile curentului. , sunt necesare șocuri de filtru cu un rating mai mare (și, în consecință, o dimensiune mai mare). În plus, o înfășurare clasică, de regulă, are un cuplu de strângere magnetic vizibil 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 rotorul extern... Motoarele cu rotor intern au, în general, viteze mai mari și un moment de inerție mai mic decât modelele cu rotor extern. Ca rezultat, motoarele cu rotor intern au o dinamică mai mare. Motoarele cu rotor extern au adesea o valoare nominală de cuplu puțin mai mare pentru același diametru exterior al motorului.

Diferențele față de alte tipuri de motoare

Diferențele față de DCT-urile colectoare. Plasarea înfășurării pe rotor a făcut posibilă abandonarea periilor și a colectorului și, prin urmare, a scăpa de elementele mobile. contact electric, ceea ce reduce semnificativ fiabilitatea motoarelor de curent continuu 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 permite o creștere a puterii specifice a unui motor fără perii, pe de altă parte, nu pentru toate aplicațiile precum viteza mare este cu adevărat necesar

Diferențele față de motoarele sincrone cu magnet permanenți. Motoarele sincrone cu magneți permanenți pe rotor sunt foarte asemănătoare cu motoarele de curent continuu fără perii în design, dar există o serie de diferențe. În primul rând, termenul de motor sincron combină multe tipuri diferite motoare, dintre care unele sunt proiectate pentru funcționare directă dintr-o rețea standard curent alternativ, cealaltă parte (de ex. servomotoare sincrone) poate fi acționată numai de convertizoare de frecvență (controlere de motoare). Motoare fără perii, deși au o înfășurare trifazată pe stator, nu permit funcționarea directă de la tensiunea de la rețea și necesită cu siguranță prezența unui controler adecvat. În plus, motoarele sincrone presupun o alimentare cu tensiune sinusoidală, în timp ce motoarele fără perii permit o sursă de tensiune AC în formă de trepte (comutație în bloc) și chiar presupun utilizarea acesteia în moduri 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 faci fără un motor fără perii în aplicațiile în care sunt necesare viteze mari de rotație: 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 de viteză mică (cu un număr mare de poli) este cu siguranță justificată. Motoarele fără perii de mare viteză vor avea în acest caz o viteză mai mare decât limita viteza admisa cutie de viteze și, din acest motiv, nu va fi posibilă utilizarea maximă a puterii lor. Pentru aplicațiile în care controlul motorului este cât se poate de simplu (fără a utiliza un controler de motor), un motor DC cu perii este alegerea naturală.

Pe de alta parte, in conditii temperatură ridicată sau se manifestă radiaţii crescute slăbiciune motoare fără perii - senzori Hall. Modelele standard de senzori cu efect Hall au rezistență limitată la radiații și 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 rezistenți la acești factori devin inevitabile, ceea ce crește prețul motorului și timpul de livrare.

Motor fara perii

Principiul de funcționare al trifazatului motorul supapei

Motor de supapă este un motor sincron bazat pe principiul reglării frecvenței cu autosincronizare, a cărui esență este controlul vectorului câmpului magnetic al statorului în funcție de poziția rotorului. Motoarele cu supape (în literatura de limba engleză BLDC sau PMSM) se mai numesc și motoare de curent continuu fără perii, deoarece colectorul unui astfel de motor este alimentat de obicei cu tensiune de curent continuu.

Descriere VD

Acest tip de motor este conceput pentru a îmbunătăți proprietățile motoarelor de curent continuu. Cerințele ridicate pentru dispozitive de acţionare (în special, micro-acționări de mare viteză pentru o poziționare precisă) au condus la utilizarea motoare specifice curent continuu: motoare de curent continuu trifazate fără contact (BDPT sau BLDC). Din punct de vedere structural, seamănă cu motoarele sincrone cu curent alternativ: rotorul magnetic se rotește într-un stator laminat cu înfășurări trifazate. Dar RPM este o funcție a sarcinii și a tensiunii statorice. Această funcție este realizată prin comutarea înfășurărilor statorului în funcție de coordonatele rotorului. BDPT-urile sunt disponibile în versiuni cu senzori separați pe rotor și fără senzori separați. Senzorii Hall sunt utilizați ca senzori separați. Dacă designul este fără senzori separați, atunci înfășurările statorului acționează ca un element de fixare. Când magnetul se rotește, rotorul induce un EMF în înfășurările statorului, rezultând un curent. Când o înfășurare este oprită, semnalul care a fost indus în ea este măsurat și procesat. Acest algoritm necesită un procesor de semnal. Pentru frânarea și inversarea BDPS, nu este necesar un circuit de inversare a puterii podului - este suficient să aplicați impulsuri de control înfășurărilor statorului în secvență inversă.

Principala diferență dintre un motor de înaltă presiune și un motor sincron este auto-sincronizarea acestuia cu ajutorul unui DPR, drept urmare frecvența de rotație a câmpului în motorul de înaltă presiune este proporțională cu frecvența de rotație a motorului. rotor.

stator

Stator motor fără perii

Statorul are un design tradițional și este similar cu statorul unei mașini cu inducție. Este alcătuit dintr-un corp, un miez din oțel electric și o înfășurare de cupru așezată în caneluri de-a lungul perimetrului miezului. Numărul de înfășurări determină numărul de faze din motor. Pentru pornire automată și rotație, sunt suficiente două faze - sinus și cosinus. De obicei, HP sunt trifazate, mai rar cu patru faze.

Conform metodei de așezare a spirelor în înfășurările statorului, motoarele se disting cu o forță electromotoare inversă de formă trapezoidală (BLDC) și sinusoidală (PMSM). Conform metodei de alimentare, curentul electric de fază în tipurile corespunzătoare de motor se modifică, de asemenea, trapezoidal sau sinusoidal.

Rotor

Rotorul este realizat folosind magneți permanenți și are de obicei două până la opt perechi de poli cu poli nord și sud alternați.

Inițial, magneții de ferită au fost utilizați pentru a face rotorul. Sunt comune și ieftine, dar au dezavantajul unui nivel scăzut de inducție magnetică. În zilele noastre, magneții din aliaje cu pământuri rare câștigă popularitate, deoarece fac posibilă obținerea nivel inalt inducție magnetică și reduce dimensiunea rotorului.

Senzor de poziție a rotorului

Senzorul de poziție a rotorului (DPR) implementează părere după poziţia rotorului. Funcționarea sa se poate baza pe diferite principii - fotoelectric, inductiv, efect Hall etc. Cei mai populari sunt senzorii Hall și fotoelectrici, deoarece sunt practic inerțiali și vă permit să scăpați de întârzierea canalului de feedback prin poziția rotor.

Senzorul fotoelectric, in forma sa clasica, contine trei fotodetectoare fixe, care sunt inchise secvential de un obturator care se roteste sincron cu rotorul. Acest lucru este prezentat în Figura 1 (punct galben). Codul binar obținut din DPR captează șase poziții diferite ale rotorului. Semnalele senzorului sunt convertite de dispozitivul de control într-o combinație de tensiuni de control care controlează întrerupătoarele de alimentare, astfel încât în ​​fiecare ciclu (fază) de funcționare a motorului, două întrerupătoare sunt pornite și două dintre cele trei înfășurări ale armăturii sunt conectate la reţea în serie. Înfășurări de ancoră U, V, W sunt situate pe stator cu o deplasare de 120 °, iar începuturile și sfârșiturile lor sunt conectate astfel încât atunci când tastele sunt comutate, se creează un gradient rotativ de câmpuri magnetice.

Sistem de control VD

Sistemul de control conține întrerupătoare de alimentare, adesea tiristoare sau tranzistoare de putere IGBT. Din ele este asamblat un invertor de tensiune sau un invertor de curent. Sistemul de management al cheilor este de obicei implementat pe baza utilizării unui microcontroler, datorită un numar mare operații de calcul pentru controlul motorului.

Principiul funcționării VD

Principiul funcționării HP se bazează pe faptul că controlerul HP comută înfășurările statorului, astfel încât vectorul câmpului magnetic al statorului să fie întotdeauna ortogonal cu vectorul câmpului magnetic al rotorului. Folosind modularea lățimii impulsului (PWM), controlerul controlează curentul care curge prin înfășurările HP, de exemplu. vector al câmpului magnetic al statorului și astfel cuplul care acționează asupra rotorului HP este reglat. Semnul la unghiul dintre vectori determină direcția momentului care acționează asupra rotorului.

Comutația se realizează astfel încât fluxul de excitație al rotorului să fie F 0 menţinut constant în raport cu fluxul de armătură. Ca rezultat al interacțiunii fluxului armăturii și excitației, se creează un cuplu M, care caută să rotească rotorul astfel încât fluxurile armăturii și excitația să coincidă, dar când rotorul se rotește sub acțiunea DPR, înfășurările sunt comutate și fluxul armăturii trece la pasul următor.

În acest caz, vectorul de curent rezultat va fi deplasat și staționar în raport cu fluxul rotorului, ceea ce creează un cuplu pe arborele motorului.

În modul de funcționare cu motor, MDS-ul statorului este în fața MDS-ului rotorului cu un unghi de 90 °, care este menținut cu ajutorul DPR. În modul de frânare, MDS-ul statorului rămâne în urmă cu MDS-ul rotorului, unghiul de 90 ° este de asemenea menținut folosind DPR.

Managementul motorului

Controlerul HP reglează cuplul care acționează asupra rotorului prin modificarea valorii PWM.

Spre deosebire de motor cu perie curent continuu, comutarea în HP este efectuată și monitorizată electronic.

Sistemele de control care implementează algoritmi pentru reglarea lățimii impulsului și modularea lățimii impulsului în controlul HP sunt larg răspândite.

Sistemul care oferă cea mai largă gamă de control al vitezei - pentru motoarele cu control vectorial. Convertorul de frecvență controlează viteza motorului și menține legătura de flux în mașină la un nivel dat.

O caracteristică a reglării unei acționări electrice cu control vectorial este că coordonatele controlate măsurate într-un sistem de coordonate fix sunt convertite într-un sistem rotativ, o valoare constantă proporțională cu componentele vectorilor parametrilor controlați, conform cărora controlul se formează, se extrag acțiunile, apoi trecerea inversă.

Dezavantajul acestor sisteme este complexitatea controlului și dispozitive funcționale pentru o gamă largă de reglare a vitezei.

Avantajele și dezavantajele VD

Recent, acest tip de motor câștigă rapid popularitate, pătrunzând în multe industrii. Este utilizat în diverse domenii de utilizare: de la aparate electrocasnice până la vehicule feroviare.

VD cu sisteme electronice comenzile combină adesea cele mai bune calități ale motoarelor fără contact și DC.

Avantaje:

• Gamă largă de viteze
• Fără contact și întreținere zero - mașină fără perii
• Potrivit pentru utilizare în medii explozive și agresive
• Cuplu ridicat la suprasarcină
• Performanță energetică ridicată (eficiență peste 90%)

• Durată lungă de viață, fiabilitate ridicatăși o durată de viață crescută datorită absenței contactelor electrice glisante

Defecte:

• Sistem de management al motorului relativ complex
• Costul ridicat al motorului din cauza utilizării scumpe magneți permanențiîn proiectarea rotorului
• În multe cazuri, este mai rațional să folosiți un motor asincron cu un convertor de frecvență.

Pentru aplicații care combină eficiența maximă realizabilă cu extrem de simplă și blocuri de încredere control (un comutator cu cheie care nu folosește PWM), se poate distinge și următoarea caracteristică: În ciuda faptului că rotațiile pot varia mult în funcție de unitatea de control, o eficiență acceptabilă poate fi obținută numai într-un interval relativ îngust de viteze unghiulare. Aceasta este determinată de inductanța înfășurărilor. Dacă viteza este sub optimă, alimentarea continuă cu curent în această fază, după atingerea limitei fluxului magnetic, nu va duce decât la încălzire inutilă. La viteze peste optime, fluxul magnetic din pol nu va atinge maximul din cauza timpului de creștere a curentului limitat de inductanță. Exemple de astfel de motoare sunt kiturile model fără perii. Acestea trebuie să fie eficiente, ușoare și fiabile și pentru a asigura optime viteză unghiulară la o caracteristică de încărcare dată, producătorii produc linii de model cu diferite inductanțe (număr de spire) înfășurări. În același timp, un număr mai mic de spire corespunde unui motor mai rapid.

Vezi si

Legături

• http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/app/micros/avr/AVR440.htm AVR440: Controlul unui motor DC fără perii cu două faze, fără senzori
• http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html 5.4 Motoare ventilate
• http://www.imafania.narod.ru/bldc.htm Despre un motor fără perii și utilizarea unui motor pas cu pas ca motor fără perii

se numește motor de curent continuu Motor electric care este alimentat de un curent constant. Dacă este necesar, obțineți un motor cu cuplu mare, cu turații relativ mici. Din punct de vedere structural, Inrunner-urile sunt mai simple datorită faptului că statorul staționar poate servi drept carcasă. Pe el pot fi montate elemente de fixare. În cazul Outrunners, întreaga parte exterioară se rotește. Motorul este fixat pe o axă fixă ​​sau pe părți ale statorului. În cazul unei roți-motor, fixarea se efectuează pentru axa fixă ​​a statorului, firele sunt conduse la stator prin a cărui axă goală este mai mică de 0,5 mm.

se numește motor de curent alternativ motor electric alimentat de curent alternativ... Există următoarele tipuri de motoare cu curent alternativ:

Există și un UKD (motor colector universal) cu funcția de mod de funcționare atât pe curent alternativ, cât și pe curent continuu.

Un alt tip de motor este motor pas cu pas cu un număr finit de poziții ale rotorului... O anumită poziție indicată a rotorului este fixată prin alimentarea cu energie a înfășurărilor corespunzătoare necesare. La îndepărtarea tensiunii de alimentare dintr-o înfășurare și transferarea acesteia în altele, are loc procesul de trecere la o altă poziție.

Un motor cu curent alternativ, atunci când este alimentat printr-o rețea comercială, de obicei nu permite realizarea viteza de rotatie mai mare trei mii rpm... Din acest motiv, atunci când este necesar să se obțină frecvențe mai mari, se folosește un motor colector, beneficii aditionale care este ușurința și compactitatea menținând în același timp puterea necesară.

Uneori folosesc și un special angrenaj de transmisie numit multiplicator, care modifică parametrii cinematici ai dispozitivului la necesar indicatori tehnici... Ansamblurile de colectoare ocupă uneori până la jumătate din spațiul întregului motor, prin urmare motoarele de curent alternativ sunt reduse în dimensiune și mai ușoare în greutate prin utilizarea unui convertor de frecvență și, uneori, datorită prezenței unei rețele cu o frecvență crescută de până la 400 Hz. .

Resursă de orice motor asincron curentul alternativ este vizibil mai mare decât curentul colectorului. Este determinat starea de izolare a înfășurărilor și lagărelor... Un motor sincron, atunci când se utilizează un invertor și un senzor de poziție a rotorului, este considerat un analog electronic al unui motor clasic de colector care acceptă funcționarea prin curent continuu.

Motor DC fără perii. Informații generale și design dispozitiv

Motorul fără perii de curent continuu se mai numește și motor trifazat fără perii. Este un dispozitiv sincron, al cărui principiu de funcționare se bazează pe reglarea frecvenței auto-sincronizate, datorită căruia vectorul (începând de la poziția rotorului) al câmpului magnetic al statorului este controlat.

Controlerele de motor de acest tip sunt adesea alimentate de tensiune constantă, motiv pentru care și-au primit numele. În literatura tehnică în limba engleză, motorul fără perii se numește PMSM sau BLDC.

Motorul fără perii a fost creat în primul rând pentru a optimiza l orice motor de curent continuuîn general. LA actuator Un astfel de dispozitiv (mai ales pentru un micro-actuator de mare viteză cu poziționare precisă) era foarte solicitant.

Acest lucru a dus, probabil, la utilizarea unor astfel de dispozitive specifice DC, fără perii motoare trifazate, numit și BDPT. Sunt aproape identice ca design. motoare sincrone curent alternativ, unde rotația rotorului magnetic are loc într-un stator laminat convențional în prezența înfășurărilor trifazate, iar numărul de rotații depinde de tensiune și de sarcinile statorice. Pe baza anumitor coordonate ale rotorului, sunt comutate diferite înfășurări ale statorului.

Motoarele de curent continuu fără perii pot exista fără senzori separati, totuși, uneori sunt prezente pe rotor, cum ar fi un senzor Hall. Dacă dispozitivul funcționează fără senzor suplimentar, atunci înfășurările statorului acționează ca element de fixare... Apoi, curentul apare din cauza rotației magnetului, când rotorul induce un EMF în înfășurarea statorului.

Dacă una dintre înfășurări este oprită, atunci semnalul care a fost indus va fi măsurat și procesat în continuare, cu toate acestea, acest principiu de funcționare este imposibil fără un profesor de procesare a semnalului. Dar pentru inversarea sau frânarea unui astfel de motor electric, nu este necesar un circuit de punte - va fi suficient să furnizați impulsuri de control în secvența inversă înfășurărilor statorului.

Într-un VD (motor cu supapă), un inductor sub formă de magnet permanent este situat pe rotor, iar înfășurarea armăturii este situată pe stator. Pe baza poziției rotorului, se formează tensiunea de alimentare a tuturor înfăşurărilor motor electric. Când un colector este utilizat în astfel de proiecte, un comutator cu semiconductor își va îndeplini funcția într-un motor cu supapă.

Principala diferență între motoarele sincrone și cele cu supape constă în autosincronizarea acestora din urmă cu ajutorul DPR, care determină frecvența proporțională de rotație a rotorului și a câmpului.

Cel mai adesea motor fara perii curentul continuu este utilizat în următoarele domenii:

stator

Acest dispozitiv are un design clasic și seamănă cu același dispozitiv al unei mașini asincrone. Compoziția include miez de cupru(așezat de-a lungul perimetrului în caneluri), care determină numărul de faze și corpul. De obicei, fazele sinusoidale și cosinus sunt suficiente pentru rotație și autopornire, cu toate acestea, de multe ori se creează un motor fără perii cu trei faze și chiar cu patru faze.

Motoare electrice cu inversare forta electromotoareîn funcție de tipul de stivuire a spirelor pe înfășurarea statorului, acestea sunt împărțite în două tipuri:

• formă sinusoidală;
• trapezoidal.

La tipurile corespunzătoare de motor, curentul electric de fază se modifică și în funcție de metoda de alimentare sinusoidal sau trapezoidal.

Rotor

De obicei, rotorul este realizat din magneți permanenți cu două până la opt perechi de poli, care, la rândul lor, alternează de la nord la sud sau invers.

Cele mai comune și mai ieftine pentru fabricarea unui rotor sunt magneți de ferită, dar dezavantajul lor este nivel scăzut inducție magnetică prin urmare, dispozitivele create din aliaje de diferite elemente de pământuri rare înlocuiesc acum un astfel de material, deoarece pot oferi un nivel ridicat de inducție magnetică, care, la rândul său, face posibilă reducerea dimensiunii rotorului.

DPR

Senzorul de poziție a rotorului oferă feedback. Conform principiului de funcționare, dispozitivul este împărțit în următoarele subspecii:

• inductiv;
• fotoelectric;
• Senzor cu efect Hall.

Cel din urmă tip a câștigat cea mai mare popularitate datorită acestuia proprietăți inerțiale aproape absoluteși capacitatea de a scăpa de întârzierea canalelor de feedback pe baza poziției rotorului.

Sistem de control

Sistemul de control constă din întrerupătoare de putere, uneori și din tiristoare sau tranzistoare de putere, inclusiv o poartă izolată, care duce la colectarea unui invertor de curent sau a unui invertor de tensiune. Cel mai comun proces pentru gestionarea acestor chei este prin utilizarea unui microcontroler, care necesită o cantitate imensă de operații de calcul pentru a controla motorul.

Principiul de funcționare

Funcționarea motorului constă în faptul că controlerul comută un anumit număr de înfășurări ale statorului în așa fel încât vectorul câmpurilor magnetice ale rotorului și statorului să fie ortogonal. Cu PWM (modulație pe lățime a impulsului) controlerul controlează curentul care circulă prin motor si regleaza momentul care afecteaza rotorul. Direcția acestui moment efectiv este determinată de cota unghiului dintre vectori. În calcule se folosesc grade electrice.

Comutația trebuie făcută în așa fel încât Ф0 (fluxul de excitație al rotorului) să fie menținut constant în raport cu fluxul armăturii. Odată cu interacțiunea unei astfel de excitații și fluxul de armătură, se formează un cuplu M, care tinde să rotească rotorul și, în paralel, să asigure coincidența excitației și a fluxului de armătură. Cu toate acestea, în timpul rotației rotorului, diferite înfășurări sunt comutate sub influența senzorului de poziție a rotorului, drept urmare fluxul armăturii se întoarce spre etapa următoare.

Într-o astfel de situație, vectorul rezultat se deplasează și devine staționar în raport cu fluxul rotorului, care, la rândul său, creează cuplul necesar pe arborele motorului.

Managementul motorului

Controlerul motorului de curent continuu fără perii reglează cuplul care acționează asupra rotorului prin modificarea mărimii modulației lățimii impulsului. Comutaţia este monitorizată şi realizat cu ajutorul electronicii, spre deosebire de un motor de curent continuu cu perii convențional. De asemenea, sunt comune sistemele de control care implementează modularea lățimii impulsului și algoritmi de control al lățimii impulsului pentru fluxul de lucru.

Motoarele cu control vectorial oferă cea mai largă gamă cunoscută pentru propriul control al vitezei. Reglarea acestei viteze, precum și menținerea legăturii fluxului la nivelul necesar, se datorează convertizorului de frecvență.

O caracteristică a reglării unei acționări electrice bazată pe control vectorial este prezența coordonatelor controlate. Sunt într-un sistem staționar și transformat în rotație, alocând o valoare constantă proporțională cu parametrii controlați ai vectorului, datorită căreia se formează o acțiune de control și apoi o tranziție inversă.

În ciuda tuturor avantajelor unui astfel de sistem, acesta este, de asemenea, însoțit de un dezavantaj sub forma complexității controlului dispozitivului pentru reglarea vitezei în gamă largă.

Avantaje și dezavantaje

În zilele noastre, în multe industrii, acest tip de motor este la mare căutare, deoarece un motor de curent continuu fără perii a combinat aproape toate cele mai bune calități ale motoarelor fără contact și ale altor tipuri de motoare.

Avantajele incontestabile ale unui motor fără perii sunt:

În ciuda greutății puncte pozitive, v motor de curent continuu fara perii există și câteva dezavantaje:

Pe baza celor de mai sus și a subdezvoltarii electronice moderne din regiune, mulți consideră că este recomandabil să se utilizeze un motor asincron convențional cu un convertor de frecvență.

Motor trifazat fără perii de curent continuu

Acest tip de motor are performanțe excelente mai ales atunci când este controlat de senzori de poziție. Dacă momentul de rezistență variază sau este complet necunoscut, precum și dacă este necesar să se realizeze cuplu de pornire mai mare este utilizat controlul cu senzor. Dacă senzorul nu este utilizat (de regulă, în ventilatoare), controlul face posibil să se facă fără comunicare prin cablu.

Caracteristici de control al unui motor trifazat fără perii fără senzor de poziție:

Caracteristici de control motor trifazat fără perii cu un senzor de poziție folosind exemplul unui senzor Hall:

Concluzie

Motorul DC fără perii are multe avantaje și va deveni alegere demnă pentru utilizare atât de către un specialist, cât și de un om obișnuit de pe stradă.

Acesta este un tip de motor de curent alternativ, în care ansamblul colector-perie este înlocuit de un comutator cu semiconductor fără contact controlat de un senzor de poziție a rotorului. Uneori puteți găsi această abreviere: BLDC este un motor DC fără perii. Pentru simplitate, îl voi numi motor fără perii sau pur și simplu BC.

Motoarele fără perii sunt destul de populare datorită specificului lor: absent Consumabile tip de perii, nu există praf de cărbune / metal în interior de la frecare, nu există scântei (și aceasta este o direcție uriașă de explozie și unități / pompe sigure la incendiu). Sunt folosite de la ventilatoare și pompe până la acționări de înaltă precizie.
Aplicație principală în modelare și construcții amatori: motoare pentru modele controlate radio.

Sensul general al acestor motoare este trei faze și trei înfășurări (sau mai multe înfășurări conectate în trei grupuri), care sunt controlate de un semnal sub formă de sinusoid sau de o sinusoid aproximativ pentru fiecare dintre faze, dar cu o anumită deplasare. Figura prezintă cea mai simplă ilustrare a funcționării unui motor trifazat.

În consecință, unul dintre aspectele specifice ale controlului motoarelor BC este utilizarea unui controler-driver special, care vă permite să reglați impulsurile de curent și tensiune pentru fiecare fază de pe înfășurările motorului, ceea ce oferă în cele din urmă o funcționare stabilă într-un interval larg de tensiune. . Acestea sunt așa-numitele controlere ESC.

Motoarele BK pentru echipamente controlate radio sunt de diferite dimensiuni și modele standard. Unele dintre cele mai puternice sunt seriile de 22 mm, 36 mm și 40/42 mm. Prin design, vin cu un rotor extern și unul intern (Outrunner, Inrunner). Motoarele cu rotor extern, de fapt, nu au un corp static (jachetă) și sunt ușoare. De regulă, ele sunt utilizate în modele de aeronave, quadrocoptere etc.
Motoarele cu stator extern sunt mai ușor de realizat sigilate ermetic. Cele similare sunt folosite pentru modelele r/y care sunt expuse la influențe externe precum murdăria, praful, umezeala: buggy, monștri, crawler, modele water r/y).
De exemplu, un motor 3660 poate fi instalat cu ușurință într-un model de mașină r / u, cum ar fi un buggy sau un monstru și să vă distrați mult.

Rețineți, de asemenea, aspectul diferit al statorului în sine: motoarele 3660 au 12 bobine conectate în trei grupuri.
Acest lucru permite obținerea unui cuplu mare pe arbore. Arata cam asa.


Bobinele sunt conectate astfel


Dacă dezasamblați motorul și scoateți rotorul, puteți vedea bobinele statorului.
Iată ce se află în seria 3660


inca o fotografie

Utilizarea amator de motoare similare cu cuplu mare - în modele de casă, în cazul în care un puternic de dimensiuni mici motor cu turatie... Acestea pot fi ventilatoare de tip turbină, fusuri ale mașinilor-unelte amatoare etc.

Deci, în scopul instalării într-o mașină amatoare pentru găurire și gravare, a fost luat un set de motor fără perii împreună cu un controler ESC
Motor fără perii GoolRC 3660 3800KV cu set servo de 9,0 kg ESC 60A Metal Gear


Un plus în set a fost un servo de 9 kg, care este foarte convenabil pentru produsele de casă.

Cerințe generale la alegerea unui motor, urmatoarele au fost:
- Numărul de rotații / volți nu este mai mic de 2000, deoarece a fost planificat să-l folosească cu surse de joasă tensiune (7,4 ... 12V).
- Diametru arbore 5 mm. Am luat în considerare opțiuni cu un arbore de 3,175 mm (aceasta este o serie de 24 de diametre ale motoarelor BC, de exemplu, 2435), dar atunci ar trebui să cumpăr un nou cartuş ER11. Există și opțiuni și mai puternice, de exemplu, motoarele 4275 sau 4076, cu un ax de 5 mm, dar sunt în consecință mai scumpe.

Specificații motor fara perii GoolRC 3660:
Model: GoolRC 3660
Putere: 1200W
Tensiune de lucru: până la 13V
Curent limită: 92A
Revoluții pe volt (RPM / Volt): 3800KV
Viteza maxima: pana la 50.000
Diametru carcasa: 36 mm
Lungimea corpului: 60 mm
Lungime arbore: 17 mm
Diametrul arborelui: 5 mm
Setare dimensiune șurub: 6 buc * M3 (scurt, am folosit M3 * 6)
Conectori: tată banană placată cu aur de 4 mm
Protecție: împotriva prafului și umezelii

Caracteristicile controlerului ESC:
Model: GoolRC ESC 60A
Curent continuu: 60A
Curent de vârf: 320A
Baterii reîncărcabile aplicabile: 2-3S Li-Po / 4-9S Ni-Mh Ni-Cd
BEC: 5.8V / 3A
Conectori (intrare): mufă T tată
Conectori (apel): mamă banană placată cu aur de 4 mm
Dimensiuni: 50 x 35 x 34 mm (excluzând lungimile cablurilor)
Protecție: împotriva prafului și umezelii

Caracteristici servo:
Tensiune de lucru: 6.0V-7.2V
Viteza de pan (6,0 V): 0,16 sec / 60 ° fără sarcină
Viteza de balansare (7,2 V): 0,14 sec / 60 ° fără sarcină
Cuplu de menținere (6,0 V): 9,0 kg.cm
Cuplu de reținere (7,2 V): 10,0 kg.cm
Dimensiuni: 55 x 20 x 38 mm (L * L * H)

Parametrii kitului:
Dimensiune ambalaj: 10,5 x 8 x 6 cm
Greutate pachet: 390 g
Ambalaj de marcă cu sigla GoolRC

Setul include:
1 * Motor GoolRC 3660 3800KV
1 * GoolRC 60A ESC
1 * GoolRC 9KG Servo
1 * Fisa informativa


Dimensiuni pentru referință și aspect Motor GoolRC 3660 cu evidențieri

Acum câteva cuvinte despre coletul în sine.
Pachetul a venit sub forma unei mici pungi de poștă cu o cutie înăuntru


Livrat printr-un serviciu poștal alternativ, nu prin poșta rusă, așa cum este menționat în conosamentul


Pachetul conține o cutie marca GoolRC


În interior se află un set de un motor fără perii 3660 (36x60 mm), un controler ESC pentru acesta și un servo cu un set


Acum să aruncăm o privire la întregul kit în componente separate. Să începem cu cel mai important lucru - motorul.

Motorul BC GoolRC este un cilindru din aluminiu, dimensiuni 36 x 60 mm. Pe o parte sunt trei fire groase intr-o manta de silicon cu "banane", pe cealalta parte un ax de 5 mm. Rotorul este montat pe rulmenți pe ambele părți. Există un marcaj de model pe carcasă


Alta poza. Cămașa exterioară este fixă, adică. tip motor Inrunner.


Marcaje pe corp


Rulmentul este vizibil din partea din spate


Rezistență declarată la stropire și umiditate
Există trei fire groase și scurte pentru conectarea fazelor: u v w. Daca cauti terminale pentru conectare, acestea sunt banane de 4 mm


Firele sunt termocontractabile culoare diferita: galben, portocaliu și albastru


Dimensiunile motorului: diametrul și lungimea arborelui sunt aceleași cu cele menționate: arbore 5x17 mm




Dimensiunile corpului motorului 36x60 mm




Comparație cu motorul 775 periat


Comparație cu un ax folosit de 300W (și costă aproximativ 100 USD). Permiteți-mi să vă reamintesc că GoolRC 3660 are o putere de vârf de 1200 W. Chiar dacă folosești o treime din putere, este totuși mai ieftin și mai mult decât acest ax


Comparație cu alte modele de motoare


Pentru lucru corect motorul necesită un controler ESC special (care este inclus)

Controlerul ESC este o placă de driver de motor cu un convertor de semnal și comutatoare puternice. Pe modele simpleîn locul carcasei, se folosește contracția termică, pe cele puternice - o carcasă cu radiator și răcire activă.


Fotografia arată controlerul GoolRC ESC 60A în comparație cu fratele „mai mic” ESC 20A


Vă rugăm să rețineți: există un comutator on-off pe o bucată de sârmă care poate fi încorporată în corpul dispozitivului/jucăriei


Prezent Set complet Conectori: conectori T, mufe banane de 4 mm, intrare semnal de control cu ​​3 pini


Power banane 4 mm - prize, marcate în aceleași culori: galben, portocaliu și albastru. Când vă conectați, îl puteți confunda doar intenționat.


Conectori T de intrare. În mod similar, puteți amesteca polaritatea dacă sunteți foarte puternic)))))


Există marcaje pe carcasă cu numele și caracteristicile, ceea ce este foarte convenabil


Răcirea este activă, funcționează și este reglată automat.

Pentru estimarea dimensiunii atașat riglă PCB

Setul include și un servo GoolRC de 9 kg.


În plus, ca orice alt servo, trusa vine cu un set de pârghii (duble, cruce, stea, roată) și feronerie de montare (mi-a plăcut că există distanțiere din alamă)


Primul plan al arborelui servo


Încercarea de a fixa brațul în formă de cruce pentru fotografie


De fapt, este interesant să verificați caracteristicile declarate - acesta este un set de roți din metal în interior. Dezasamblam servo-ul. Corpul se așează pe material de etanșare într-un cerc, iar în interior există grăsime abundentă. Angrenajele sunt cu adevărat metalice.


Fotografie cu placa de control servo

De ce au început toate acestea: pentru a încerca motorul BC ca burghiu/gravor. Cu toate acestea, este declarată o putere de vârf de 1200W.
Am ales un proiect de mașină de găurit pentru pregătirea plăcilor de circuite imprimate pt. Există multe proiecte pentru realizarea unui corp de iluminat de masă. De obicei, toate aceste proiecte sunt de dimensiuni mici și sunt concepute pentru a se potrivi cu un motor DC mic.


Am selectat una dintre acestea și am modificat suportul din partea de suporturi pentru motor 3660 ( motor nativ era mai mic și avea diferite dimensiuni de montură)

dau un desen scauneși dimensiunile motorului 3660


Originalul costă mai mult decât motor slab... Iată o schiță a monturii (6 găuri pentru M3x6)


Ecran dintr-un program pentru imprimare pe o imprimantă


Totodata am printat si o clema pentru atasare de sus.


Motor 3660 cu pinza ER11 instalată




Pentru a conecta și a verifica BC-ul motorului, va trebui să asamblați următorul circuit: sursă de alimentare, servotester sau placă de control, controler motor ESC, motor.
Folosesc cel mai simplu servotester, dă și semnalul dorit. Poate fi folosit pentru a porni și regla turația motorului


Dacă doriți, puteți conecta un microcontroler (Arduino etc.). Dau o diagramă de pe internet cu un outrunner și un controler de 30A conectat. Nu este o problemă să găsești schițe.


Conectăm totul prin culoare.


Sursa arată că curentul inactiv al controlerului este mic (0,26 A)


Acum mașina de găurit.
Puneți totul împreună și atașați-l pe suport




Pentru a verifica, asamblez fara carcasa, apoi voi imprima carcasa, unde puteti instala un comutator standard, un servotester


O altă aplicație a unui motor similar 3660 BK este ca arbore de mașini pentru găurit și frezat plăci de circuite imprimate.






Voi termina recenzia despre mașină în sine puțin mai târziu. Va fi interesant să verificați gravura PCB cu GoolRC 3660

Concluzie

Motorul este de înaltă calitate, puternic, cuplul cu o marjă este potrivit pentru scopuri amatori.
Mai exact, capacitatea de supraviețuire a rulmenților sub forța laterală în timpul frezării/gravării va indica timpul.
Există cu siguranță un avantaj al utilizării modele de motoare pentru amatori, precum și ușurința în exploatare și asamblare a structurilor pe acestea în comparație cu fusurile pentru CNC, care sunt mai scumpe și necesită echipament special(surse de alimentare cu control viteză, drivere, răcire etc.).

Am folosit un cupon la comanda VÂNZARE15 cu o reducere de 5% la toate produsele din magazin.

Vă mulțumim pentru atenție!