Motoarele fără perii au o putere îmbunătățită pe kilogram de greutate (proprie) și o gamă largă de viteze de rotație; eficiența acestei centrale este de asemenea impresionantă. Este important ca practic nici o interferență radio să nu fie emisă din instalație. Aceasta permite echipamentelor sensibile la interferențe să fie amplasate lângă el, fără a vă face griji cu privire la funcționarea corectă a întregului sistem.

Motorul fără perii poate fi poziționat și utilizat chiar și în apă, acest lucru nu îl va afecta negativ. De asemenea, designul său asigură amplasarea în medii agresive. Cu toate acestea, în acest caz, ar trebui să luați în considerare locația unității de control în avans. Amintiți-vă că numai cu o operare atentă și atentă a centralei, aceasta va funcționa în producția dvs. eficient și fără probleme timp de mulți ani.

Operarea pe termen lung și pe termen scurt sunt principalele pentru baza de date. De exemplu, pentru o scară rulantă sau un transportor, este adecvată o operație continuă, în care motorul electric funcționează static pentru un număr lung de ore. Pentru regim pe termen lung Lucrarea prevede un transfer de căldură extern sporit: degajarea de căldură în mediu trebuie să depășească degajarea de căldură internă a centralei.

Într-un mod de funcționare pe termen scurt, motorul în timpul funcționării sale nu ar trebui să aibă timp să se încălzească până la valoarea maximă a temperaturii, adică trebuie oprit înainte de acest punct. În timpul pauzelor dintre pornirea și pornirea motorului, acesta trebuie să aibă timp să se răcească. Acesta este modul în care funcționează motoarele fără perii în palanele de ridicat, aparatele de ras electrice, uscătoarele, uscătoarele de păr și alte echipamente electrice moderne.

Rezistența înfășurării motorului este legată de coeficient acțiune utilă centrală electrică. Eficiență maximă poate fi realizat cu cea mai mică rezistență la înfășurare.

Maxim tensiunea de funcționare- aceasta este valoare limită tensiune care poate fi aplicată înfășurării statorice a centralei. Tensiunea maximă de funcționare este direct legată de viteza maxima motorul și și curentul maxim de înfășurare. Valoare maximă curentul de înfășurare este limitat de posibilitatea supraîncălzirii înfășurării. Din acest motiv este o condiție opțională, dar recomandată pentru funcționarea motoarelor electrice temperatura negativă mediu inconjurator... Vă permite să compensați semnificativ supraîncălzirea centralei și să măriți durata de funcționare a acesteia.

Puterea maximă a motorului este puterea maximă pe care o poate atinge un sistem în câteva secunde. Trebuie avut în vedere că munca lunga motor electric pornit putere maxima va duce inevitabil la supraîncălzirea sistemului și la defecțiuni.

Puterea nominală este puterea care poate fi dezvoltată Power Pointîn timpul perioadei periodice autorizate de funcționare declarată de producător (o activare).

Unghiul de avans de fază este furnizat în motorul electric datorită necesității de a compensa întârzierea de comutare a fazei.

Motor fără perii

Principiul de funcționare al unui motor trifazat fără perii

Motorul supapei este un motor sincron bazat pe principiul reglării frecvenței cu autosincronizare, a cărui esență este de a controla vectorul câmpului magnetic al statorului în funcție de poziția rotorului. Motoare cu supape(în literatura de limbă engleză BLDC sau PMSM) se mai numesc motoare de curent continuu fără perii, deoarece colectorul unui astfel de motor este alimentat de obicei de tensiune continuă.

Descrierea VD

Acest tip de motor este conceput pentru a îmbunătăți proprietățile motoarelor de curent continuu. Cerințe ridicate pentru actuatoare(în special, micro-unitățile de mare viteză pentru o poziționare precisă) au condus la utilizarea motoare specifice curent continuu: motoare DC trifazate fără contact (BDCT sau BLDC). Structural, acestea seamănă cu motoarele sincrone de 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 folosiți ca senzori separați. Dacă proiectarea este fără senzori separați, atunci înfășurările statorului acționează ca un element de fixare. Când magnetul se rotește, rotorul induce un CEM în înfășurările statorului, rezultând un curent. Când o înfășurare este oprită, semnalul care a fost indus în acesta 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 ordine inversă.

Principala diferență între VD și motor sincron este autosincronizarea sa cu ajutorul DPR, ca urmare a căruia în VD, frecvența de rotație a câmpului este proporțională cu frecvența de rotație a rotorului.

Stator

Stator motor fără perii

Statorul are un design tradițional și este similar cu statorul unei mașini de inducție. Se compune 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 ale motorului. Pentru auto-pornire și rotație, sunt suficiente două faze - sinus și cosinus. De obicei, HP sunt trifazate, mai rar patrufazate.

Conform metodei de stabilire a virajelor în înfășurările statorului, motoarele se disting printr-o forță electromotivă inversă de formă trapezoidală (BLDC) și sinusoidală (PMSM). Conform metodei de alimentare, curentul electric de fază în tipurile corespunzătoare de motor se schimbă, de asemenea, trapezoidal sau sinusoidal.

Rotor

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

Inițial, magneții de ferită au fost folosiți pentru a face rotorul. Sunt obișnuite și ieftine, dar nu au forma nivel scăzut inducție magnetică. În prezent, magneții din aliaje de 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 (RPR) oferă feedback cu privire la poziția rotorului. Funcționarea sa se poate baza pe diferite principii - fotoelectrice, inductive, efect Hall etc. Cele mai populare sunt senzorii Hall și fotoelectrici, deoarece sunt practic inerțiali și vă permit să scăpați de întârzierea canalului părere după poziția rotorului.

Senzorul fotoelectric, în forma sa clasică, conține trei fotodetectoare fixe, care sunt închise secvențial de un obturator care se rotește sincron cu rotorul. Acest lucru este prezentat în Figura 1 (punct galben). Codul binar obținut din DPR surprinde șase poziții diferite ale rotorului. Semnalele senzorului sunt convertite de dispozitivul de comandă într-o combinație de tensiuni de control care controlează întrerupătoarele de alimentare, astfel încât în ​​fiecare ciclu (fază) al funcționării motorului, două comutatoare sunt pornite și două dintre cele trei înfășurări ale armăturii sunt conectate în serie la rețea. Înfășurări de ancorare U, V, W sunt situate pe stator cu o deplasare de 120 ° și începuturile și capetele lor sunt conectate astfel încât atunci când tastele sunt comutate, se creează un gradient rotativ al câmpurilor magnetice.

Sistem de control VD

Sistemul de control conține comutatoare de alimentare, adesea tiristoare sau tranzistori de putere IGBT. Din acestea sunt asamblate un invertor de tensiune sau un invertor de curent. Sistemul de control cheie este de obicei implementat pe baza utilizării unui microcontroler, datorită numărului mare de 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 față de vectorul câmpului magnetic al rotorului. Folosind modularea lățimii impulsurilor (PWM), controlerul controlează curentul care curge prin înfășurările HP, adică vectorul 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.

Comutarea se realizează astfel încât fluxul de excitație a rotorului să fie F 0 menținut constant în ceea ce privește fluxul armăturii. Ca urmare a interacțiunii fluxului armăturii și a excitației, se creează un cuplu M, care caută să rotească rotorul astfel încât fluxurile armăturii și excitației să coincidă, dar când rotorul se rotește sub acțiunea DPR, înfășurările sunt comutate și fluxul armăturii se transformă în etapa următoare.

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

În modul de funcționare a motorului, MDS-ul statorului este înaintea MDS-ului rotorului cu un unghi de 90 °, care este menținut de DPR. În modul de frânare, MDS-ul statorului rămâne în spatele MDS-ului rotorului, unghiul de 90 ° este menținut, de asemenea, utilizând DPR.

Managementul motorului

Controlerul HP reglează cuplul care acționează asupra rotorului modificând valoarea PWM.

Spre deosebire de motor perie curent continuu, comutarea în HP este efectuată și controlată de electronică.

Sistemele de control care implementează algoritmi pentru reglarea lățimii pulsului și modularea lățimii pulsului în controlul HP sunt 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 fluxului în mașină la un nivel dat.

O caracteristică a reglării unei acționări electrice cu control vectorial este coordonatele controlate măsurate în sistem staționar coordonatele sunt convertite într-un sistem rotativ, o valoare constantă este alocată din acestea, proporțională cu componentele vectorilor parametrilor controlați, în funcție de care se efectuează formarea acțiunilor de control, apoi tranziția 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 aparatele de uz casnic la vehiculele feroviare.

VD cu sisteme electronice managementul se combină adesea cele mai bune calități motoare fără contact și motoare de curent continuu.

Avantaje:

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

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

Dezavantaje:

• Sistem relativ complex de gestionare a motorului
• Costul ridicat al motorului datorită utilizării costisitoare magneți permanențiîn designul 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 simplu și blocuri fiabile control (comutator cu cheie care nu utilizează PWM), poate fi evidențiată și următoarea caracteristică: În ciuda faptului că rotațiile pot varia foarte mult în funcție de unitatea de control, o eficiență acceptabilă poate fi obținută numai într-un interval relativ restrâns de viteze unghiulare. Acest lucru este determinat de inductanța înfășurărilor. Dacă viteza este sub optimă, alimentarea continuă cu curent în această fază, după atingerea limitei de flux magnetic, va duce doar la încălzirea inutilă. La viteze mai mari decât cele optime, fluxul magnetic din pol nu va atinge maximul datorită 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 un nivel optim viteză unghiulară la o anumită caracteristică de încărcare, producătorii produc linii de model cu inductanțe diferite (număr de ture) înfășurări. În același timp, un număr mai mic de ture corespunde unui motor mai rapid.

Vezi si

Link-uri

• http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/app/micros/avr/AVR440.htm AVR440: Controlul unui motor DC cu două faze fără perii 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

Când am început să dezvolt o unitate de comandă a motorului fără perii (motor-roată), au existat multe întrebări despre cum să se potrivească motor real cu un circuit abstract de trei înfășurări și magneți, pe care, de regulă, toată lumea explică principiul controlului motoarelor fără perii.

Când am implementat controlul prin senzori Hall, încă nu am înțeles cu adevărat ce se întâmplă în motor dincolo de abstractele trei înfășurări și doi poli: de ce 120 de grade și de ce algoritmul de control este exact același.

Totul a căzut în loc când am început să înțeleg ideea controlului fără senzori al unui motor fără perii - înțelegerea procesului care se desfășoară într-o bucată reală de hardware a ajutat la dezvoltarea hardware-ului și la înțelegerea algoritmului de control.

Mai jos voi încerca să descriu calea mea spre înțelegerea principiului controlului unui motor DC fără perii.

Pentru funcționarea unui motor fără perii, este necesar ca câmpul magnetic constant al rotorului să fie antrenat în spatele câmpului electromagnetic rotativ al statorului, ca într-un motor DC convențional.

Rotația câmpului magnetic al statorului se realizează prin comutarea înfășurărilor folosind o unitate de comandă electronică.
Proiectarea unui motor fără perii este similară cu cea a unui motor sincron, dacă conectați motorul fără perii la o rețea de curent alternativ trifazată care îndeplinește parametrii electrici ai motorului, acesta va funcționa.

O anumită comutare a înfășurărilor unui motor fără perii permite controlul acestuia de la o sursă de curent continuu. Pentru a înțelege cum se realizează o masă de comutare a unui motor fără perii, este necesar să se ia în considerare controlul unei mașini sincrone de curent alternativ.

Mașină sincronă
Mașina sincronă este controlată de la o rețea trifazată de curent alternativ. Motorul are 3 înfășurări electrice compensate cu 120 de grade electrice.

Fugind motor trifazatîn modul generator, un câmp magnetic constant va induce o CEM pe fiecare dintre înfășurările motorului, înfășurările motorului sunt distribuite uniform, o tensiune sinusoidală va fi indusă pe fiecare dintre faze și aceste semnale vor fi deplasate între ele cu 1/3 perioadei (Figura 1). Forma CEM se modifică în conformitate cu legea sinusoidală, perioada sinusoidului este de 2P (360), întrucât avem de-a face cu mărimi electrice (CEM, tensiune, curent) îl vom numi grade electrice și vom măsura perioada în lor.

Când se aplică o tensiune trifazată motorului, în fiecare moment al timpului, va exista o anumită putere de curent pe fiecare înfășurare.

Fiecare înfășurare generează un vector de câmp magnetic proporțional cu curentul de înfășurare. Adăugând 3 vectori, puteți obține vectorul rezultat al câmpului magnetic. Deoarece în timp curentul înfășurărilor motorului se modifică conform unei legi sinusoidale, magnitudinea vectorului câmpului magnetic al fiecărei înfășurări se schimbă, iar vectorul total rezultat modifică unghiul de rotație, în timp ce magnitudinea acestui vector rămâne constantă.

Figura 2 prezintă o perioadă electrică a unui motor trifazat, pentru această perioadă sunt indicate 3 momente arbitrare, pentru a construi în fiecare dintre aceste momente ale vectorului câmp magnetic, amânăm această perioadă, 360 de grade electrice, pe un cerc. Plasați 3 înfășurări ale motorului deplasate la 120 de grade electrice unul față de celălalt (Figura 3).

Vectorul câmpului magnetic generat de înfășurarea motorului este reprezentat de-a lungul fiecărei faze. Direcția vectorului este determinată de direcția curentului continuu în înfășurare, dacă tensiunea aplicată înfășurării este pozitivă, atunci vectorul este direcționat către partea opusă de la înfășurare, dacă este negativ, apoi de-a lungul înfășurării. Mărimea vectorului este proporțională cu magnitudinea tensiunii pe faza de intrare acest moment.
Pentru a obține vectorul câmpului magnetic rezultat, este necesar să adăugați datele vectoriale conform legii adăugării vectorilor.
Construcția este similară pentru al doilea și al treilea moment al timpului.

Deci, în timp, vectorul rezultat își schimbă lin direcția, Figura 5 prezintă vectorii rezultați și arată rotația completă a câmpului magnetic al statorului într-o perioadă electrică.

În spatele acestui vector al câmpului magnetic electric, câmpul magnetic al magneților permanenți ai rotorului este transportat în fiecare moment (Figura 6).

Acesta este modul în care funcționează o mașină de sincronizare alternativă.

Având o sursă de curent continuu, este necesar să se formeze independent o perioadă electrică cu o schimbare a direcției curentului pe trei înfășurări ale motorului. Deoarece proiectarea unui motor fără perii este aceeași cu un motor sincron, are parametri identici în modul generator, este necesar să porniți din Figura 5, care arată câmpul magnetic rotativ generat.

Presiune constantă
Alimentarea cu curent continuu are doar 2 fire „plus putere” și „minus putere”, ceea ce înseamnă că este posibilă alimentarea cu tensiune doar a două dintre cele trei înfășurări. Este necesar să se aproximeze Figura 5 și să se selecteze toate momentele în care este posibil să se conecteze 2 faze din trei.

Numărul permutațiilor din setul de 3 este 6, prin urmare, există 6 opțiuni pentru conectarea înfășurărilor.
Să descriem opțiuni posibile comutații și selectați o secvență în care vectorul va fi rotit pas cu pas mai departe până când va ajunge la sfârșitul perioadei și va începe din nou.

Perioada electrică va fi numărată de la primul vector.

Figura 5 arată că atunci când controlați o tensiune sinusoidală trifazată, există mulți vectori care se rotesc ușor în timp și, când comutați cu curent continuu, este posibil să obțineți un câmp rotativ de doar 6 vectori, adică trecerea la pasul următor ar trebui să apară la fiecare 60 de grade electrice.
Rezultatele din Figura 7 sunt rezumate în Tabelul 1.

Tabelul 1. Secvența rezultată a comutațiilor înfășurărilor motorului.

Vizualizarea semnalului de control rezultat în conformitate cu Tabelul 1 este prezentată în Figura 8. Unde -V este comutarea la minusul sursei de alimentare (GND) și + V este comutarea la plusul sursei de alimentare.

Cu toate acestea, imaginea reală din fazele motorului va fi similară cu semnalul sinusoidal din Figura 1. Semnalul are o formă trapezoidală, deoarece în momentele în care înfășurarea motorului nu este conectată, magneții permanenți ai rotorului induc EMF pe el (Figura 9).

Pe un osciloscop, arată astfel:

Caracteristici de proiectare
După cum sa menționat mai devreme, pentru 6 comutări ale înfășurărilor, se formează o perioadă electrică de 360 ​​de grade electrice.
Este necesar să asociați această perioadă cu unghiul real de rotație al rotorului. Motoarele cu o pereche de poli și un stator cu trei dinți sunt rareori folosite; motoarele au N perechi de poli.
Figura 11 prezintă modelele de motoare cu o pereche de poli și două perechi de poli.

Un motor cu două perechi de poli are 6 înfășurări, fiecare dintre înfășurări este o pereche, fiecare grup de 3 înfășurări este compensat unul de celălalt cu 120 de grade electrice. Figura 12b. a întârziat o perioadă pentru 6 înfășurări. Înfășurările U1-U2, V1-V2, W1-W2 sunt interconectate și în proiectare reprezintă fire de ieșire trifazate. Din motive de simplitate, conexiunile nu sunt afișate, dar amintiți-vă că U1-U2, V1-V2, W1-W2 sunt aceleași.

Figura 12, pe baza datelor din Tabelul 1, prezintă vectorii pentru una și două perechi de poli.

Figura 13 prezintă vectorii creați de 6 comutări ale înfășurărilor motorului cu o pereche de poli. Rotorul este format din magneți permanenți, în 6 trepte rotorul va roti 360 de grade mecanice.
Figura arată pozițiile de capăt ale rotorului, în intervalele dintre două poziții adiacente, rotorul se rotește de la starea de comutare anterioară la următoarea. Când rotorul atinge această poziție finală, următoarea comutare trebuie să aibă loc și rotorul va tinde spre o nouă poziție țintă, astfel încât vectorul său de câmp magnetic să devină codirecțional cu vectorul de câmp electromagnetic al statorului.

La motoarele cu N perechi de poli, N perioade electrice trebuie trecute pentru o revoluție mecanică completă.
Un motor cu două perechi de poli va avea doi magneți cu poli S și N și 6 înfășurări (Figura 14). Fiecare grup de 3 înfășurări este decalat unul de celălalt cu 120 de grade electrice.

Determinarea poziției rotorului unui motor fără perii
Așa cum am menționat anterior, pentru ca motorul să funcționeze, este necesar momentele potrivite timpul pentru conectarea tensiunii la înfășurările statorului necesare. Tensiunea trebuie aplicată înfășurărilor motorului în funcție de poziția rotorului, astfel încât câmpul magnetic al statorului să fie întotdeauna înaintea câmpului magnetic al rotorului. Pentru a determina poziția rotorului motorului și comutarea înfășurărilor, utilizați unitatea electronică management.
Urmărirea poziției rotorului este posibilă în mai multe moduri:
1. Prin senzorii Hall
2. Prin EMF înapoi
De regulă, producătorii echipează motorul cu senzori Hall la eliberare, deci aceasta este cea mai comună metodă de control.
Comutarea înfășurărilor în conformitate cu semnalele EMF din spate vă permite să abandonați senzorii încorporați în motor și să utilizați analiza fazei libere a motorului ca senzor, care va fi indus de câmpul magnetic EMF din spate.

Senzor Hall controlul motorului fără perii
Pentru a comuta înfășurările la momentul potrivit, este necesar să urmăriți poziția rotorului în grade electrice. Pentru aceasta se folosesc senzori de hală.
Deoarece există 6 stări ale vectorului câmpului magnetic, sunt necesari 3 senzori Hall, care vor reprezenta unul codificator absolut poziții cu ieșire pe trei biți. Senzorii Hall sunt instalați în același mod ca înfășurările, decalate unul de celălalt cu 120 de grade electrice. Acest lucru permite magneților rotorului să fie utilizați ca element de acționare al senzorului.

Pentru a roti motorul, este necesar ca câmpul magnetic al statorului să fie înaintea câmpului magnetic al rotorului, poziția când vectorul câmpului magnetic al rotorului este codirecțional cu vectorul câmpului magnetic al statorului este finit pentru o anumită comutare, este în acest moment că trecerea la următoarea combinație trebuie să aibă loc pentru a împiedica rotorul să plutească într-o poziție staționară.
Să comparăm semnalele de la senzorii Hall cu o combinație de faze care trebuie conectate (tabelul 2)

Tabelul 2. Compararea semnalelor senzorului Hall cu comutarea fazei motorului.

Înapoi control EMF
Există motoare fără perii fără senzori de poziție. Determinarea poziției rotorului se efectuează prin analiza semnalului EMF în faza liberă a motorului. În fiecare moment al timpului, „+” este conectat la una dintre faze, la cealaltă „-” a sursei de alimentare, una dintre faze rămâne liberă. Rotind, câmpul magnetic al rotorului induce EMF în înfășurarea liberă. Pe măsură ce rotația progresează, tensiunea pe faza liberă se schimbă (Figura 17).

Semnalul de la înfășurarea motorului este împărțit în 4 puncte:
1. Înfășurarea este conectată la 0
2. Înfășurarea nu este conectată (faza liberă)
3. Înfășurarea este conectată la tensiunea de alimentare
4. Înfășurarea nu este conectată (faza liberă)
Comparând semnalul din faze cu semnalul de control, se poate observa că momentul trecerii la următoarea stare poate fi detectat prin trecerea punctului mediu (jumătate din tensiunea de alimentare) cu o fază care nu este conectată în acest moment (Figura 18).

După detectarea unei intersecții, este necesar să faceți o pauză și să activați următoarea stare. Conform acestei figuri, este compilat un algoritm pentru comutarea stărilor înfășurărilor (tabelul 3).

Tabelul 3. Algoritm pentru comutarea înfășurărilor motorului

Comparatorul este declanșat atunci când tensiunea traversează punctul mediu și generează un semnal pentru microcontroler.

Procesarea semnalului de la fazele motorului
Cu toate acestea, semnalul de la faze la reglarea vitezei PWM diferă în aspect și are o natură de impuls (Figura 21), într-un astfel de semnal este imposibil să se detecteze intersecția cu punctul mediu.

De aceea acest semnal ar trebui să fie filtrat cu un filtru RC pentru a obține plicul și, de asemenea, împărțit în funcție de cerințele comparatorului. Pe măsură ce ciclul de funcționare crește, semnalul PWM va crește în amplitudine (Figura 22).

Schema punctului mediu

Semnalele sunt eliminate din faze prin rezistențe cu limitare de curent și combinate, se obține următoarea imagine:

Datorită PWM, tensiunea punctului de mijloc nu este constantă, semnalul trebuie, de asemenea, filtrat. Tensiunea punctului de mijloc după netezire va fi suficient de mare (în regiunea tensiunii de alimentare a motorului), trebuie împărțită la un divizor de tensiune la valoarea de jumătate a tensiunii de alimentare.
motor fără perii

Motoare fără perii

Motoarele electrice fără perii au intrat în modelare relativ recent, în ultimii 5-7 ani. Spre deosebire de motoarele colectoare, acestea sunt alimentate de un trifazat curent alternativ... Motoarele fără perii funcționează eficient în mai multe gamă largă revoluții 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 grupuri: 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 un corp 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 rotori bipolari au viteza cea mai mare rotație la 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 reduse, oferă o forță mare, dar spuneți modelului viteza mica, în timp ce elicele cu diametru mic, cu un pas mare pe turații mari furniza de mare viteză, cu o forță relativ mică. Astfel, motoarele multipolare sunt ideale pentru modelele care necesită un raport mare de forță-greutate, iar bipolari fără cutie de viteze sunt ideale pentru modelele de mare viteză. Pentru o selecție mai precisă a motorului și a elicei către 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 aproximare 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 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 principiului de funcționare a unui motor DC fără perii și descrie în detaliu controlul motorului BLDC în modul tactil, precum și o descriere. 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 folosiți 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. Generează niveluri de zgomot acustice și electrice mai scăzute în comparație cu motoarele de curent continuu de uz general.
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 schema 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 acești 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 trifazat BLDC, 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 determină curgerea unui curent electric. Aceasta metoda numită comutare trapezoidală sau comutare bloc.

Pentru a controla motorul BLDC este utilizată o cascadă de putere formată din 3 semiponturi. Diagrama etapei de putere este prezentată în Figura 4.

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

S-a întrebat cu siguranță în ce fel un astfel de motor diferă de alte motoare, de exemplu, de cele de la mașinile de găurit. Motoarele instalate în mașini nu foarte puternice de obicei nu scânteie și nu funcționează la fel de zgomotoase ca aceeași burghie, care are mai puțină putere decât mașina.

Ce s-a întâmplat? Faptul este că motorul fără perii este un motor periat, iar motorul fără perii este un motor fără perii... Pentru a rezolva diferite probleme, propriul dvs. tip de motor este potrivit - undeva se potrivesc mai bine colector, dar undeva puteți instala doar un brushless.

Motor colector

Motorul comutatorului are, de regulă, doar două fire de alimentare, este ușor de operat, este suficient să reglați tensiunea de alimentare constantă sau alternativă și viteza se va schimba în consecință. Puteți controla motorul colector chiar și cu un dimmer simplu. Principalul avantaj al motorului colector este viteza mare (zeci de mii pe minut) cu cuplu ridicat.

Principiul de funcționare al motorului colector este foarte simplu. De fapt, rotorul său este un set de cadre de cupru într-un circuit magnetic, care sunt comutate alternativ cu o sursă de energie pe ansamblul colector-perie. Statorul poate fi fie magneți permanenți, fie cu o înfășurare alimentată de la aceeași sursă ca rotorul, sau dintr-o sursă separată, iar uneori statorul și rotorul sunt incluse într-un singur circuit de serie (cum ar fi motoarele mașinilor de spălat automate).

Pe fiecare dintre secțiunile înfășurării rotorului, prin ansamblul colector-perie, alternativ, în timpul rotației rotorului, electricitate, ca urmare, rotorul este remagnetizat, dobândind poli magnetici nord și sud clar exprimați, datorită cărora rotorul se rotește în interiorul statorului (polii rotorului sunt împinși afară de polii statorului, apoi rotorul este în continuare remagnetizat și împins din nou afară ). Deoarece rotorul este de fiecare dată comutat la sursa de alimentare de către secțiunea următoare, rotația nu se oprește atâta timp cât este alimentată colectorul.

Principalul dezavantaj al motorului colector

Periile motorului periat sunt foarte convenabile de reglat, dar când sunt suficient de înalte, periile se fac simțite. Deoarece periile sunt întotdeauna atașate strâns de colector, la viteze mari, acestea se uzează rapid, în cele din urmă se înfundă într-un fel sau altul și, în cele din urmă, încep să scânteieze.

Uzura periilor și a ansamblului comutator-perie, în general, duce la o scădere a eficienței motorului comutatorului. Deci și eu ansamblu colector-perie - acesta este principalul dezavantaj motoare colectoare... Astăzi încearcă să abandoneze motoarele periate în favoarea motoarelor pas cu pas fără perii.

Motorul fără perii nu are comutator sau perii. Cel mai simplu exemplu motor fără perii - motor trifazat asincron cu un rotor în cușcă de veveriță. Un alt exemplu de motor fără perii - mai modern - motor pas cu pas cu rotor magnetic... Înfășurările statorice ale unui motor fără perii sunt ele însele remagnetizate, astfel încât rotorul să se rotească tot timpul și astfel să se rotească continuu în acest fel.

Cel mai adesea, motoarele moderne fără perii sunt echipate cu un senzor de poziție a rotorului, în funcție de semnalele de la care funcționează regulatorul de turație al motorului. Semnalul de la senzorul de poziție a rotorului este transmis procesorului de peste 100 de ori pe secundă, rezultând o poziționare precisă a rotorului și un cuplu ridicat. Există, desigur, motoare fără perii fără senzor de poziție a rotorului, un exemplu viu este același motor asincron trifazat. Motoarele fără senzor de poziție sunt mai ieftine decât motoarele cu codificator.

Avantajele motoarelor fără perii

Deoarece resursa rulmenților rotorului este extrem de lungă, putem spune că practic nu există piese care să se uzeze în timp într-un motor fără perii și nu necesită deloc întreținere în timpul funcționării. Aici frecarea este minimizată, nu există nicio problemă de supraîncălzire a colectorului, în general, fiabilitatea și eficiența motoarelor fără perii sunt foarte mari.

Nu există perii scântei, senzorul de poziție a rotorului va ajuta la controlul exact - practic nu există dezavantaje, ci doar avantaje. Acesta este prețul calității motoare pas cu pas mai mare decât cea a colectorului (plus șoferul), dar acest lucru nu este nimic în comparație cu înlocuirea regulată arcuri, perii și colectoare pentru motoare colectoare.