Dizajni i motorëve DC pa furça. Motorë DC pa furça

Publikuar më 04/11/2013

Pajisja e përgjithshme (Inrunner, Outrunner)

Motori DC pa furça përbëhet nga një rotor magnetik i përhershëm dhe një stator me mbështjellje. Ekzistojnë dy lloje të motorëve: Inrunner, në të cilën magnetët e rotorit janë brenda statorit me mbështjellje, dhe tejkalues, në të cilin magnetët janë të vendosur jashtë dhe rrotullohen rreth një statori të palëvizshëm me mbështjellje.

Skema Inrunner zakonisht përdoret për motorët me shpejtësi të lartë Me sasi e vogël polet. tejkalues nëse është e nevojshme, merrni një motor me çift rrotullues të lartë me rrotullime relativisht të ulëta. Strukturisht, Inrunners janë më të thjeshtë për shkak të faktit se statori i palëvizshëm mund të shërbejë si strehim. Mbërthyesit mund të montohen në të. Në rastin e Outrunners, e gjithë pjesa e jashtme rrotullohet. Motori është i lidhur në një bosht fiks ose pjesë të statorit. Në rastin e një rrote motorike, fiksimi kryhet për boshtin fiks të statorit, telat drejtohen në stator përmes boshtit të uritur.

Magnet dhe pole

Numri i poleve në rotor është i barabartë. Forma e magnetëve të përdorur është zakonisht drejtkëndëshe. Magnetët cilindrikë përdoren më rrallë. Ato janë të instaluara me shtylla të alternuara.

Numri i magneteve nuk korrespondon gjithmonë me numrin e poleve. Disa magnet mund të formojnë një pol:

Në këtë rast, 8 magnet formojnë 4 pole. Madhësia e magneteve varet nga gjeometria e motorit dhe karakteristikat e motorit. Sa më të fortë të jenë magnetët e përdorur, aq më i lartë është çift rrotullimi i gjeneruar nga motori në bosht.

Magnetet në rotor fiksohen me ngjitës të veçantë. Më pak të zakonshme janë modelet me një mbajtës magneti. Materiali i rotorit mund të jetë përçues magnetik (çeliku), përçues jomagnetik (aliazhe alumini, plastika, etj.), i kombinuar.

Dredha-dredha dhe dhëmbë

Dredha trefazore demoni motor kolektori kryhet me tel bakri. Teli mund të jetë i fortë ose të përbëhet nga disa përcjellës të izoluar. Statori është bërë nga disa fletë çeliku përçues magnetik të grumbulluara së bashku.

Numri i dhëmbëve të statorit duhet të ndahet me numrin e fazave. ato. për numrin trefazor të motorit pa furçë të dhëmbëve të statorit duhet të ndahet me 3... Numri i dhëmbëve të statorit mund të jetë ose më shumë ose më pak se numri i poleve në rotor. Për shembull, ka motorë me qarqe: 9 dhëmbë / 12 magnet; 51 dhëmbë / 46 magnet.

Motorët me stator me 3 dhëmbë përdoren rrallë. Meqenëse në çdo moment të kohës funksionojnë vetëm dy faza (kur ndizen nga një yll), forcat magnetike veprojnë në rotor jo në mënyrë të barabartë përgjatë gjithë perimetrit (shih Fig.).

Forcat që veprojnë në rotor përpiqen ta anojnë atë, gjë që çon në rritje të dridhjeve. Për të eliminuar këtë efekt, statori është bërë me një numër të madh dhëmbësh, dhe dredha-dredha shpërndahet mbi dhëmbët e të gjithë perimetrit të statorit në mënyrë sa më të barabartë që të jetë e mundur.

Në këtë rast, forcat magnetike që veprojnë në rotor anulojnë njëra-tjetrën. Nuk ka çekuilibër.

Variantet e shpërndarjes së mbështjelljes së fazës përgjatë dhëmbëve të statorit

Opsioni i mbështjelljes për 9 dhëmbë

Opsioni i mbështjelljes për 12 dhëmbë

Në diagramet e dhëna numri i dhëmbëve është zgjedhur në atë mënyrë që ai jo vetëm pjesëtuar me 3... Për shembull, për 36 dhëmbët kanë 12 dhëmbët në fazë. 12 dhëmbët mund të shpërndahen në këtë mënyrë:

Skema më e preferuar është 6 grupe me 2 dhëmbë.

ekziston motorri me 51 dhembe ne stator! 17 dhëmbë në fazë. 17 është një numër i thjeshtë, është plotësisht i pjesëtueshëm vetëm me 1 dhe me vetveten. Si të shpërndani mbështjelljen përgjatë dhëmbëve? Mjerisht, nuk mund të gjeja shembuj dhe teknika në literaturë që do të ndihmonin në zgjidhjen e këtij problemi. Doli që dredha-dredha u shpërnda si më poshtë:

Konsideroni një qark të vërtetë dredha-dredha.

Ju lutemi vini re se dredha-dredha ka drejtime të ndryshme mbështjelljeje në dhëmbë të ndryshëm. Drejtimet e ndryshme të mbështjelljes tregohen me shkronja të mëdha dhe të vogla. Detaje rreth dizajnit të mbështjelljes mund të gjenden në literaturën e sugjeruar në fund të artikullit.

Dredha-dredha klasike kryhet me një tel për një fazë. ato. të gjitha mbështjelljet në dhëmbët e një faze janë të lidhura në seri.

Mbështjelljet e dhëmbëve gjithashtu mund të lidhen paralelisht.

Mund të ketë edhe përfshirje të kombinuara

Lidhja paralele dhe e kombinuar ju lejon të zvogëloni induktivitetin e mbështjelljes, gjë që çon në një rritje të rrymës së statorit (dhe rrjedhimisht fuqisë) dhe shpejtësisë së motorit.

Revolucione elektrike dhe reale

Nëse rotori i motorit ka dy pole, atëherë me një rrotullim të plotë të fushës magnetike në stator, rotori bën një rrotullim të plotë. Në 4 pole, duhen dy rrotullime të fushës magnetike në stator për të kthyer boshtin e motorit një rrotullim të plotë. Sa më i madh të jetë numri i poleve të rotorit, aq më shumë rrotullime elektrike kërkohen për të rrotulluar boshtin e motorit për rrotullim. Për shembull, ne kemi 42 magnet në rotor. Për të kthyer rotorin me një rrotullim, nevojiten 42/2 = 21 rrotullime elektrike. Kjo pronë mund të përdoret si një lloj reduktuesi. Duke zgjedhur numrin e kërkuar të shtyllave, mund të merrni një motor me atë të dëshiruar karakteristikat e shpejtësisë... Për më tepër, një kuptim i këtij procesi do të jetë i nevojshëm për ne në të ardhmen, kur zgjedhim parametrat e rregullatorit.

Sensorët e pozicionit

Dizajni i motorëve pa sensorë ndryshon nga motorët me sensorë vetëm në mungesë të këtyre të fundit. Të tjerët dallimet themelore nr. Sensorët më të zakonshëm të pozicionit bazuar në efektin Hall. Sensorët reagojnë ndaj një fushe magnetike, ato zakonisht vendosen në stator në mënyrë që të ndikohen nga magnetët e rotorit. Këndi midis sensorëve duhet të jetë 120 gradë.

Kjo i referohet gradave "elektrike". ato. për një motor me shumë pole, vendndodhja fizike e sensorëve mund të jetë si më poshtë:

Ndonjëherë sensorët janë të vendosur jashtë motorit. Këtu është një shembull i vendndodhjes së sensorëve. Në fakt ishte një motor pa sensor. Kështu që në një mënyrë të thjeshtë ishte e pajisur me sensorë sallë.

Në disa motorë, sensorë janë instaluar pajisje speciale, i cili ju lejon të lëvizni sensorët brenda një diapazoni të caktuar. Me një pajisje të tillë, koha është vendosur. Megjithatë, nëse motori kërkon kthimin e kundërt (rrotullimi brenda ana e kundërt) do t'ju duhet një grup i dytë sensorësh të konfiguruar për të kundërt. Meqenëse koha nuk ka vendimtare në fillim dhe rrotullime të ulëta, mund t'i vendosni sensorët në pikën zero dhe këndi i avancimit mund të korrigjohet nga softueri kur motori fillon të rrotullohet.

Karakteristikat kryesore të motorit

Çdo motor është projektuar për kërkesa specifike dhe ka karakteristikat kryesore të mëposhtme:

• Orë pune për të cilin motori është projektuar: afatgjatë ose afatshkurtër. E gjatë Mënyra e funksionimit supozon që motori mund të funksionojë për orë të tëra. Këta motorë janë projektuar në atë mënyrë që transferimi i nxehtësisë në mjedis të jetë më i lartë se shpërndarja e nxehtësisë së vetë motorit. Në këtë rast, nuk do të nxehet. Shembull: ventilim, shkallë lëvizëse ose transportues. afatshkurter - nënkupton që motori do të ndizet për një periudhë të shkurtër, gjatë së cilës nuk do të ketë kohë të ngrohet në temperaturën maksimale, e ndjekur nga një periudhë e gjatë gjatë së cilës motori ka kohë të ftohet. Shembull: ashensor, makinë rroje elektrike, tharëse flokësh.
• Rezistenca e mbështjelljes së motorit... Rezistenca e mbështjelljes së motorit ndikon në efikasitetin e motorit. Sa më e ulët të jetë rezistenca, aq më i lartë është efikasiteti. Duke matur rezistencën, mund të zbuloni praninë mbyllje kthese në dredha-dredha. Rezistenca e mbështjelljes së motorit është të mijtët e një Ohm. Për ta matur atë, kërkohet një pajisje e veçantë ose një teknikë e veçantë matjeje.
• Maksimumi tensionit të punës ... Tensioni maksimal që mund të përballojë mbështjellja e statorit. Tensioni maksimal lidhet me parametrin e mëposhtëm.
• RPM maksimale... Ndonjëherë ato tregojnë jo shpejtësinë maksimale, por Kv - numri i rrotullimeve të motorit për volt pa ngarkesë në bosht. Duke shumëzuar këtë tregues me tension maksimal, marrim shpejtësinë maksimale të motorit pa ngarkesë në bosht.
• Rryma maksimale... Maksimumi rrymë e lejuar mbështjellje. Si rregull, tregohet edhe koha gjatë së cilës motori mund të përballojë rrymën e specifikuar. Kufizimi i rrymës maksimale shoqërohet me mbinxehje të mundshme të mbështjelljes. Prandaj, në temperaturat e ulëta mjedisi, koha aktuale e funksionimit me rrymë maksimale do të jetë më e gjatë, dhe në nxehtësi, motori do të digjet më herët.
• Fuqia maksimale e motorit. Lidhur direkt me parametrin e mëparshëm. Kjo është fuqia maksimale që motori mund të japë për një periudhë të shkurtër kohe, zakonisht disa sekonda. Në punë e gjatë në fuqi maksimale mbinxehja e motorit dhe dështimi i tij është i pashmangshëm.
• Fuqi e vlerësuar... Fuqia që motori mund të zhvillojë gjatë gjithë kohës së ndezjes.
• Këndi i avancimit të fazës (koha)... Dredha-dredha e statorit ka njëfarë induktiviteti, i cili pengon rritjen e rrymës në mbështjellje. Rryma do të arrijë maksimumin e saj pas një kohe. Për të kompensuar këtë vonesë, ndërrimi i fazës kryhet me njëfarë avancimi. Është e ngjashme me ndezjen në një motor me djegie të brendshme, ku koha e ndezjes caktohet duke marrë parasysh kohën e ndezjes së karburantit.

Ju gjithashtu duhet t'i kushtoni vëmendje faktit që në ngarkesën e vlerësuar nuk do të merrni shpejtesi maksimale në boshtin e motorit. Kv tregohet për një motor të pa ngarkuar. Kur fuqizoni motorin nga bateritë, merrni parasysh "uljen" e tensionit të furnizimit nën ngarkesë, e cila nga ana tjetër do të zvogëlojë gjithashtu shpejtësinë maksimale të motorit.

Shfaqja e motorëve pa furça është për shkak të nevojës për të krijuar një makinë elektrike me shumë përparësi. Një motor pa furça është një pajisje pa kolektor, funksionin e të cilit e merr përsipër elektronika.

BKEPT - motorë DC pa furça, mund të jenë me fuqi, për shembull, 12, 30 volt.

• Zgjedhja e motorit të duhur
• Parimi i funksionimit
• Pajisja BLDC
• Sensorët dhe mungesa e tyre
• Mungesa e sensorit
• Koncepti i frekuencës PWM
• Sistemi Arduino
• Montimi i motorit

Zgjedhja e motorit të duhur

Për të zgjedhur një njësi, është e nevojshme të krahasoni parimin e funksionimit dhe tiparet e motorëve të krehur dhe pa furça.

Nga e majta në të djathtë: motor me furçë dhe motor pa furça FC 28-12

Kolektorët kushtojnë më pak, por zhvillojnë një shpejtësi të ulët rrotullimi. Ato janë me energji DC, të lehta dhe të lehta, riparim të përballueshëm për të zëvendësuar pjesët. Manifestimi i cilësisë negative zbulohet kur merret një numër i madh revolucionesh. Furçat vijnë në kontakt me kolektorin duke shkaktuar fërkime që mund të dëmtojnë mekanizmin. Performanca e njësisë është zvogëluar.

Furçat jo vetëm që kërkojnë riparim për shkak të konsumit të shpejtë, por gjithashtu mund të çojnë në mbinxehje të mekanizmit.

Avantazhi kryesor i një motori DC pa furça është mungesa e çift rrotullues dhe kontaktet e ndërrimit. Kjo do të thotë se nuk ka burime humbjesh, si në motorët me magnet të përhershëm. Funksionet e tyre kryhen nga transistorët MOS. Më parë, kostoja e tyre ishte e lartë, kështu që ata nuk ishin të disponueshëm. Sot çmimi është bërë i pranueshëm dhe performanca është përmirësuar ndjeshëm. Në mungesë të një radiatori në sistem, fuqia është e kufizuar nga 2.5 në 4 vat, dhe rryma e funksionimit është nga 10 në 30 amper. Efikasiteti i motorëve pa furça është shumë i lartë.

Avantazhi i dytë janë cilësimet e mekanikës. Boshti është montuar në kushineta të gjera. Nuk ka elementë të thyer dhe të fshirë në strukturë.

E vetmja pengesë është e shtrenjta njësia elektronike menaxhimi.

Konsideroni një shembull të mekanikës së një vegle makine CNC me një gisht.

Zëvendësimi i motorit të kolektorit me një motor pa furça do të mbrojë boshtin CNC nga dëmtimi. Ekziston një viduval nën bosht, i cili ka rrotullime djathtas dhe majtas. Boshti CNC ka fuqi të lartë... Shpejtësia e çift rrotullues kontrollohet nga rregullatori nga testi i servo, dhe kthesat kontrollohen nga kontrolluesi automatik. Kostoja e një CNC me një gisht është rreth 4 mijë rubla.

Parimi i funksionimit

Tipari kryesor i mekanizmit është mungesa e një kolektori. Dhe magnetët e përhershëm janë instaluar në bosht, ata janë rotori. Rreth tij janë mbështjellje teli që kanë fusha të ndryshme magnetike. Dallimi midis motorëve pa furça 12 volt është sensori i kontrollit të rotorit i vendosur në të. Sinjalet dërgohen në njësinë e kontrolluesit të shpejtësisë.

Pajisja BLDC

Rregullimi i magneteve brenda statorit zakonisht përdoret për motorët dyfazorë me një numër të vogël shtyllash. Parimi i çift rrotullues rreth statorit përdoret kur është e nevojshme të merret një motor dyfazor me rpm të ulët.

Ka katër pole në rotor. Magnetët drejtkëndëshe janë instaluar me pole të alternuara. Megjithatë, numri i poleve nuk është gjithmonë i barabartë me numrin e magneteve, i cili mund të jetë 12, 14. Por numri i poleve duhet të jetë çift. Disa magnet mund të përbëjnë një pol.

Fotografia tregon 8 magnet që formojnë 4 pole. Momenti i forcës varet nga fuqia e magneteve.

Sensorët dhe mungesa e tyre

Kontrollorët e goditjes ndahen në dy grupe: me dhe pa sensor të pozicionit të rotorit.

Forcat aktuale aplikohen në mbështjelljet e motorit në një pozicion të veçantë të rotorit. sistemi elektronik duke përdorur një sensor pozicioni. Ato vijnë në lloje të ndryshme. Një kontrollues popullor udhëtimi është një sensor diskret me efekt Hall. Një motor 3-fazor 30 volt do të përdorë 3 sensorë. Njësia elektronike ka vazhdimisht të dhëna për pozicionin e rotorit dhe drejton tensionin në kohë në mbështjelljet e kërkuara.

Një pajisje e zakonshme që ndryshon përfundimet e saj kur ndërron mbështjelljet.

Një pajisje me qark të hapur mat rrymën, shpejtësinë. Kanalet PWM janë të lidhura në pjesën e poshtme të sistemit të kontrollit.

Tre hyrje janë të lidhura me sensorin Hall. Në rast ndryshimi në sensorin Hall, fillon procesi i riciklimit të ndërprerjes. Për të siguruar përgjigje të shpejtë të trajtimit të ndërprerjeve, një sensor Hall është i lidhur me kunjat e poshtme të portës.

Përdorimi i një sensori pozicioni me një mikrokontrollues

Për të kursyer në faturat e energjisë elektrike, lexuesit tanë rekomandojnë "Kutinë e kursimit të energjisë elektrike". Pagesat mujore do të jenë 30-50% më pak se para përdorimit të ekonomisë. Ai heq komponentin reaktiv nga rrjeti, si rezultat i të cilit ngarkesa dhe, si rezultat, konsumi aktual zvogëlohet. Pajisjet elektrike konsumojnë më pak energji elektrike dhe kostot e pagesës për të janë ulur.

Kontrolluesi i fazës së energjisë është në zemër të bërthamës AVR, i cili siguron kontroll inteligjent të motorit DC pa furça. AVR është një çip për kryerjen e detyrave specifike.

Parimi i funksionimit të rregullatorit mund të jetë me ose pa sensor. Programi i bordit AVR zbaton:

• ndezja e motorit sa më shpejt që të jetë e mundur pa përdorur pajisje shtesë të jashtme;
• kontrolli i shpejtësisë me një potenciometër të jashtëm.

Pamje e veçuar kontroll automatik sma, përdoret në lavatriçe.

Mungesa e sensorit

Për të përcaktuar pozicionin e rotorit, është e nevojshme të matni tensionin në mbështjelljen e papërdorur. Kjo metodë i aplikueshëm kur motori rrotullohet, përndryshe nuk do të funksionojë.

ESC-të pa sensorë janë më të lehtë për t'u prodhuar, gjë që shpjegon përdorimin e tyre të gjerë.

Kontrollorët kanë karakteristikat e mëposhtme:

• vlera maksimale e rrymës konstante;
• vlera e tensionit maksimal të funksionimit;
• numri i rrotullimeve maksimale;
• rezistenca e ndërprerësve të energjisë;
• frekuenca e pulsit.

Kur lidhni një kontrollues, është e rëndësishme t'i mbani telat sa më të shkurtër që të jetë e mundur. Për shkak të shfaqjes së rrymave hyrëse në fillim. Nëse teli është i gjatë, mund të ndodhin gabime në përcaktimin e pozicionit të rotorit. Prandaj, kontrollorët shiten me tel 12 - 16 cm.

Kontrollorët kanë shumë cilësime të softuerit:

• kontrolli i fikjes së motorit;
• mbyllje e qetë ose e vështirë;
• frenimi dhe mbyllja e qetë;
• përpara fuqisë dhe efikasitetit;
• fillim i butë, i vështirë, i shpejtë;
• kufizimi aktual;
• mënyra e gazit;
• ndryshimi i drejtimit.

Kontrolluesi LB11880 i paraqitur në figurë përmban një drejtues motori të fuqishëm pa furça, domethënë, ju mund ta drejtoni motorin direkt në mikroqark pa drejtues shtesë.

Koncepti i frekuencës PWM

Kur çelësat janë të ndezur, ngarkesa e plotë aplikohet në motor. Njësia arrin shpejtësinë e saj maksimale. Për të kontrolluar motorin, duhet të siguroni një rregullator të fuqisë. Kjo është ajo që bën modulimi i gjerësisë së pulsit (PWM).

Është vendosur frekuenca e kërkuar e hapjes dhe mbylljes së çelësave. Tensioni ndryshon nga zero në punë. Për të kontrolluar rpm, është e nevojshme të mbivendosni një sinjal PWM mbi sinjalet kryesore.

Sinjali PWM mund të gjenerohet nga pajisja në disa kunja. Ose krijoni një PWM për një çelës të veçantë me një program. Qarku bëhet më i thjeshtë. Sinjali PWM ka 4-80 kHz.

Rritja e frekuencës çon në më shumë proceset e tranzicionit, të cilat shkaktojnë ngrohje. Lartësia e frekuencës PWM rrit numrin e kalimtarëve, kjo çon në humbje në çelësat. Një frekuencë e ulët nuk jep butësinë e dëshiruar të kontrollit.

Për të reduktuar humbjet në çelësat gjatë proceseve kalimtare, sinjalet PWM furnizohen veçmas në çelësat e sipërm ose të poshtëm. Humbjet direkte llogariten duke përdorur formulën P = R * I2, ku P është humbja e fuqisë, R është rezistenca kryesore, I është forca aktuale.

Më pak rezistencë minimizon humbjet dhe rrit efikasitetin.

Sistemi Arduino

Shpesh platforma kompjuterike e harduerit arduino përdoret për të kontrolluar motorët pa furça. Ai bazohet në bordin dhe mjedisin e zhvillimit në gjuhën Wiring.

Pllaka arduino përfshin një mikrokontrollues Atmel AVR dhe një lidhje elementare për programimin dhe ndërveprimin me qarqet. Pllaka ka një rregullator të tensionit. Pllaka Serial Arduino është një qark i thjeshtë përmbysës për konvertimin e sinjaleve nga një nivel në tjetrin. Programet instalohen përmes USB. Disa modele, si Arduino Mini, kërkojnë një bord programimi shtesë.

Gjuha e programimit Arduino përdor Përpunimin standard. Disa modele arduino ju lejojnë të kontrolloni shumë serverë në të njëjtën kohë. Programet përpunohen nga procesori dhe përpilohen nga AVR.

Problemet e kontrolluesit mund të shkaktohen nga uljet e tensionit dhe mbingarkesa.

Montimi i motorit

Montimi i motorit - mekanizmi i montimit të motorit. Përdoret në instalimet e motorit. Korniza e motorit është një shufër e ndërlidhur dhe elemente kornizë. Kornizat e motorit janë të sheshta, hapësinore për sa i përket elementeve. Montimi i motorit për një motor të vetëm 30 volt ose pajisje të shumta. Qarku i fuqisë montimi i motorit përbëhet nga një grup shufrash. Montimi i motorit është i instaluar në një kombinim të elementëve të dërrasës dhe kornizës.

Motori DC pa furça është një njësi e pazëvendësueshme e përdorur si në jetën e përditshme ashtu edhe në industri. Për shembull, veglat e makinerive CNC, pajisjet mjekësore, mekanizmat e automobilave.

Motorët BLDC dallohen nga besueshmëria e tyre, parimi i funksionimit me precizion të lartë, kontrolli dhe rregullimi inteligjent automatik.

Një motor DC pa furça ka një mbështjellje trefazore në stator dhe një magnet të përhershëm në rotor. Një fushë magnetike rrotulluese krijohet nga mbështjellja e statorit, pas ndërveprimit me të cilin rotori magnetik fillon të lëvizë. Për të krijuar një fushë magnetike rrotulluese, një sistem tensioni trefazor aplikohet në mbështjelljen e statorit, i cili mund të ketë një formë të ndryshme dhe formohet në mënyra të ndryshme. Formimi i tensioneve të furnizimit (ndërrimi i mbështjelljes) për një motor DC pa furça kryhet nga njësi të specializuara elektronike - një kontrollues motori.

Porosit një motor pa furçanë katalogun tonë

Në rastin më të thjeshtë, mbështjelljet janë të lidhura në çifte me burimin tension konstant dhe ndërsa rotori rrotullohet në drejtim të vektorit të fushës magnetike të mbështjelljes së statorit, një tension lidhet me një palë tjetër mbështjelljesh. Në këtë rast, vektori i fushës magnetike të statorit merr një pozicion tjetër dhe rrotullimi i rotorit vazhdon. Për përcaktimin momentin e duhur duke lidhur mbështjelljet e ardhshme, përdoret një sensor i pozicionit të rotorit, më shpesh se të tjerët përdoren sensorë Hall.

Variantet e mundshme dhe rastet e veçanta

Motorët pa furça të disponueshme sot vijnë në modele të ndryshme.

Sipas modelit të mbështjelljes së statorit, është e mundur të dallohen motorët me një plagë klasike dredha-dredha në një bërthamë çeliku dhe motorët me një mbështjellje cilindrike të zbrazët pa një bërthamë çeliku. Një dredha-dredha klasike ka një induktivitet shumë më të lartë se një mbështjellje cilindrike e zbrazët, dhe, në përputhje me rrethanat, një konstante kohore më të gjatë. Për shkak të kësaj, nga njëra anë, dredha-dredha cilindrike e zbrazët lejon një ndryshim më dinamik të rrymës (dhe, rrjedhimisht, çift rrotullues), nga ana tjetër, kur punon nga një kontrollues motori duke përdorur modulim PWM me frekuencë të ulët për të zbutur valëzimet e rrymës , kërkohen mbytëse filtri me një vlerësim më të madh (dhe, në përputhje me rrethanat, një madhësi më të madhe). Për më tepër, një dredha-dredha klasike, si rregull, ka një çift rrotullues shtrëngues magnetik dukshëm më të lartë, si dhe një efikasitet më të ulët sesa një dredha-dredha cilindrike e zbrazët.

Një ndryshim tjetër me të cilin ndahen modele të ndryshme të motorëve është pozicioni relativ i rotorit dhe statorit - ka motorë me një rotor të brendshëm dhe motorë me rotor i jashtëm... Motorët e rotorit të brendshëm në përgjithësi kanë shpejtësi më të larta dhe moment më të ulët të inercisë së rotorit sesa modelet e rotorit të jashtëm. Si rezultat, motorët e rotorit të brendshëm kanë dinamikë më të lartë. Motorët e rotorit të jashtëm shpesh kanë një normë rrotullimi pak më të lartë për të njëjtin diametër të jashtëm të motorit.

Dallimet nga llojet e tjera të motorëve

Dallimet nga DCT-të e kolektorëve. Vendosja e mbështjelljes në rotor bëri të mundur braktisjen e furçave dhe kolektorit dhe në këtë mënyrë të heqësh qafe sendin e lëvizshëm kontakt elektrik, gjë që redukton ndjeshëm besueshmërinë e motorëve DC me magnet të përhershëm. Për të njëjtën arsye, shpejtësia e motorëve pa furça, si rregull, është dukshëm më e lartë se ajo e motorëve DC me magnet të përhershëm. Nga njëra anë, kjo ju lejon të rriteni fuqi specifike Motori pa furça, nga ana tjetër, jo për të gjitha aplikimet një shpejtësi kaq e lartë është me të vërtetë e nevojshme

Dallimet nga motorët sinkron me magnet të përhershëm. Motorët sinkron me magnet të përhershëm në rotor janë shumë të ngjashëm me motorët DC pa furça në dizajn, por ka një sërë dallimesh. Së pari, termi motor sinkron kombinon shumë tipe te ndryshme motorët, disa prej të cilëve janë krijuar për funksionim të drejtpërdrejtë nga një rrjet standard rrymë alternative, pjesa tjetër (p.sh. servomotorët sinkron) mund të përdoret vetëm nga konvertuesit e frekuencës (kontrolluesit e motorit). Motorët pa furça, megjithëse kanë një dredha-dredha trefazore në stator, nuk lejojnë punë e drejtpërdrejtë nga voltazhi i rrjetit, dhe domosdoshmërisht kërkojnë praninë e një kontrolluesi të përshtatshëm. Për më tepër motorët sinkron supozojnë furnizimin me energji elektrike me një tension sinusoidal, ndërsa motorët pa furça lejojnë furnizimin me energji elektrike me tension të alternuar të një forme hapi (komutim blloku) dhe madje supozojnë përdorimin e tij në mënyrat nominale të funksionimit.

Kur nevojitet një motor pa furça?

Përgjigja për këtë pyetje është mjaft e thjeshtë - në rastet kur ajo ka një avantazh ndaj llojeve të tjera të motorëve. Për shembull, është pothuajse e pamundur të bëhet pa një motor pa furça në aplikacionet që kërkojnë shpejtësi të lartë rrotullimi: mbi 10,000 rpm. Përdorimi i motorëve pa furça justifikohet edhe në ato raste kur kërkohet një jetë e gjatë shërbimi e motorit. Në rastet kur kërkohet të përdoret një montim nga një motor me një kuti ingranazhi, përdorimi i motorëve pa furça me shpejtësi të ulët (me një numër të madh shtyllash) është padyshim i justifikuar. Motorët pa furça me shpejtësi të lartë në këtë rast do të kenë një shpejtësi më të madhe se kufiri shpejtësia e lejuar kuti ingranazhi, dhe për këtë arsye nuk do të jetë e mundur të përdoret fuqia e tyre e plotë. Për aplikimet ku kontrolli i motorit është sa më i thjeshtë që të jetë e mundur (pa përdorur një kontrollues motori), një motor DC i krehur është zgjidhja natyrale.

Nga ana tjetër, në kushtet temperaturë e ngritur ose manifestohet rrezatim i shtuar dobësi Motorë pa furça - Sensorë Hall. Modelet standarde të sensorëve të efektit Hall kanë rezistencë të kufizuar ndaj rrezatimit dhe gamë të temperaturës së funksionimit. Nëse në një aplikim të tillë megjithatë është e nevojshme të përdorni një motor pa furça, atëherë versionet e bëra me porosi me zëvendësimin e sensorëve Hall me më rezistent ndaj këtyre faktorëve bëhen të pashmangshëm, gjë që rrit çmimin e motorit dhe kohën e dorëzimit.

Cili është ndryshimi midis motorëve me furçë dhe motorëve pa furça, avantazhet dhe disavantazhet kryesore të të dy llojeve.

Nuk ekziston në inxhinieri zgjidhje ideale ndoshta vetëm gjeni zgjidhje optimale për një aplikim specifik. Zgjidhjet e mundshme të kontrollit të lëvizjes ndryshojnë shumë në varësi të aplikimit - nga pajisjet e eksplorimit të hapësirës, ​​ku kostoja është e papërfillshme dhe kërkohet besueshmëri absolute, deri te linjat e paketimit me shpejtësi të lartë që funksionojnë 24/7. Për fat të mirë, ekipet e zhvillimit kanë një sërë opsionesh për të zgjedhur. Një nga vendimet kryesore për të marrë është përdorimi i një motori DC të krehur ose pa furçë. Për ta bërë këtë, ju duhet të kuptoni cili është ndryshimi midis motorëve kolektorë dhe motorëve pa furça analoge.

Motorët e furçave DC

Motorët elektrikë punojnë për shkak të forcave Lorentz, të cilat lindin kur një rrymë elektrike kalon nëpër mbështjelljet e vendosura në një fushë magnetike. Ndikimi i këtyre forcave bën që rotori të rrotullohet rreth boshtit të tij. Çift rrotullimi i gjeneruar nga forca e Lorencit është një produkt vektori, që do të thotë se kur polet e elektromagnetëve të formuar nga mbështjelljet e rotorit janë në linjë me polet e kundërta të magneteve të statorit, forca bie në zero dhe rotori ndalon së rrotulluari.

Sidoqoftë, një ndryshim në drejtimin e rrymës në mbështjellje do të çojë në një ndryshim në polaritetin e elektromagnetëve. Fuqia do të rikthehet dhe rotori do të rifillojë lëvizjen. Nëse ky ndryshim ndodh sa herë që kalon statorin vertikal, rotori do të vazhdojë të rrotullohet dhe të kryejë punë të dobishme.
Për të ndryshuar drejtimin e rrymës në një frekuencë të kontrolluar, motorët DC me furçë kërkojnë një kolektor. Kolektori është një unazë e segmentuar e lidhur në mënyrë të përshtatshme me secilën nga mbështjelljet e rotorit. Kur rotori rrotullohet, ndodh edhe me kolektorin. Në mënyrë që të sjellë rrymë në kolektor në të me anët e kundërta shtypen një palë furça të palëvizshme (shih Fig. 2). Ndërsa kolektori / rotori rrotullohet, çdo segment i kolektorit kontakton në mënyrë sekuenciale fillimisht një furçë / burim energjie dhe më pas tjetrin. Si rezultat, rryma në mbështjelljet e rotorit ndryshon sa herë që rotori rrotullohet 180 °, duke e mbajtur motorin të rrotullohet.

Kjo është shumë model i thjeshtë dhënë si shembull. Siç shpjegohet në udhëzues studimi, për arsye praktike - motorët DC të krehur zakonisht kanë tre ose më shumë faza.
Furçat mund të bëhen nga materiale të ndryshme: lidhjet me bazë karboni si grafit-bakër ose grafit-argjend, metale të çmuara si ari, argjendi ose platini. Zgjedhja material i përshtatshëm brushat - varet nga aplikimi specifik.

Furçat e grafitit janë bërë nga copa të forta grafiti. Furçat e grafitit janë vetë-lubrifikuese dhe mjaft të forta. Janë të përshtatshme për motorë të mëdhenj duke punuar me shpejtësi të lartë (mbi 1000 rpm). Ana negative e furçave të grafitit është se ato krijojnë mbeturina me kalimin e kohës, të cilat mund të njollosin kolektorin dhe të shkaktojnë mosfunksionim të motorit. Është shumë e rëndësishme që këto furça të përdoren me mjaftueshëm shpejtësi të lartë për pastrim nga papastërtitë.
Furça nga Metale te cmuar përbëhen nga filamente individuale, gjë që i bën ato më të brishta se furçat e grafitit. Në të njëjtën kohë, furçat e metaleve të çmuara ofrojnë performancë më të mirë me zhurmë më të ulët elektrike dhe ndotje të zërit. Ato janë më kompakte dhe efikase në aplikimet e ciklit të ulët të punës. Ato janë gjithashtu të përshtatshme për sistemet e tensionit të ulët, sepse rënia e tensionit midis kolektorit dhe furçës priret të jetë e ulët. Nga ana tjetër, ato nuk kanë efekt vetëlubrifikues, gjë që sjell më shumë konsumim dhe nevojën e përdorimit të lubrifikantëve të jashtëm.

Motorë pa furça ose furça - Të mirat dhe të këqijat

Motorët e furçave kërkojnë funksionim të kualifikuar. Kalimi i një densiteti të caktuar të rrymës, për shembull, çon në djegie të furçave. Nëse shpejtësia është shumë e lartë, furçat mund të fluturojnë nga kolektori. Motorët e furçave në lartësi mund të kërkojnë mirëmbajtje të veçantë, si p.sh. përdorimi i aditivëve si disulfidi i molibdenit ose karbonati i litiumit.

Nevoja për një kolektor dhe furça rrit madhësinë e motorit. Brushat kërkojnë mirëmbajtje të rregullt prandaj motorët duhet të jenë të aksesueshëm. Meqenëse rotori dhe mbështjelljet janë brenda (statorit), motorët e furçave mund të shpërndajnë nxehtësinë vetëm përmes hendekut të ajrit, gjë që e ndërlikon detyrën e shkëmbimit të nxehtësisë. Një rënie e tensionit nëpër furça zvogëlon efikasitetin e motorëve të furçave.

Së fundi, fërkimi i furçave me kontaktet e kolektorit redukton më tej efikasitetin dhe krijon zhurmë të dëgjueshme. Fërkimi çon në një ulje të çift rrotullues me shpejtësi të lartë. Përveç disavantazheve të mësipërme, fërkimi i furçave në kolektor mund të shkaktojë gjithashtu hark dhe një rritje të ndërhyrjes elektromagnetike (EMI); dhe në rastin më të keq mund të gjenerohen shkëndija, gjë që bën motorët e furçave Rryma direkte e papërshtatshme për përdorim në mjedise shpërthyese.

Motorë DC pa furça (Motoret me valvula)

Një alternativë janë motorët me rrymë të drejtpërdrejtë pa furça (BLDC) ( Motorët e valvulave(VD)) ose motorë me një komutator elektronik (ECM). Motorët BLDC janë motorë sinkron me magnet të përhershëm. Ata mund të punojnë edhe si servo motorë motorët stepper... Ky përkufizim përfshin gjithashtu motorët e ndërrimit të rezistencës. Për qëllime krahasimi, merrni parasysh modelin e një motori BLDC, i cili është një motor DC i krehur i kthyer nga brenda. Magnet të përhershëm montuar në rotor dhe statori përbëhet nga një kornizë e laminuar me mbështjellje. Si rezultat, rotori nuk ka nevojë për instalime elektrike dhe motori nuk ka nevojë për një kolektor dhe furça.

Megjithëse motorët BLDC klasifikohen si motorë DC dhe fuqizohen nga një burim DC, ata kanë shumë të përbashkëta me motorët AC. Për të mbajtur rrotullimin e rotorit, mbështjelljet e statorit duhet të mundësohen në seri; në parim, duket si një burim rryme pulsuese, zakonisht me një formë vale sinusoidale, kur përdoret për kontrollin e servo motorit. Për të përshtatur shpërndarjen e fushës magnetike të krijuar nga mbështjelljet e statorit me shpërndarjen e fushës magnetike të rotorit, në motorët BLDC monitorohet pozicioni këndor i rotorit, zakonisht duke përdorur sensorë Hall. Ky reagim përdoret për të kontrolluar kalimin e rrymës në mbështjellje.

Meqenëse motorët BLDC nuk përdorin furça dhe kolektorë, ata janë më kompakt se motorët e krehur. Ato ofrojnë performancë më të lartë në një madhësi. Mungesa e furçave zvogëlon nevojën për mirëmbajtje dhe lejon që rotori të rrotullohet me shpejtësi më të larta. Mungesa e fërkimit rrafshon kurbën e shpejtësisë / çift rrotullues, eliminon mundësinë e harkut dhe zvogëlon ndërhyrjen elektromagnetike (EMI). Lëvizja e mbështjellësve që gjenerojnë nxehtësi nga jashtë lehtëson shpërndarjen e nxehtësisë. Kjo qasje gjithashtu redukton inercinë e rotorit, duke lejuar që servot BLDC të ofrojnë përgjigje më të mirë dinamike. Mungesa e rënies së tensionit nëpër furça përmirëson gjithashtu efikasitetin e motorëve BLDC.

Nga ana tjetër, motorët BLDC janë më kompleks se sa homologët e tyre të krehur. Përdorimi i elektronikës së integruar rrit ndjeshëm koston e tyre.

Siç u diskutua në fillim të këtij artikulli, zgjedhja e llojit të motorit diktohet nga kërkesat që i vendosen. Një projekt me një buxhet të kufizuar dhe kërkesa të moderuara për performancën e motorit mund të zbatohet në mënyrë të përsosur duke përdorur një motor DC të krehur. Nëse performanca dhe cikli i punës janë më të rëndësishme për projektin, motori BLDC mund të jetë zgjidhja më e mirë. OEM dhe përdoruesit përfundimtarë duhet të marrin parasysh jo vetëm aftësitë e motorit, por edhe aftësitë e personelit të tyre për të instaluar dhe mirëmbajtur pajisjet. Efektive zgjidhje teknike mund të pranohet vetëm me një zgjedhje të arsyeshme të pajisjeve.

Parimi i funksionimit të një motori DC pa furça (BKDP) ka qenë i njohur për një kohë shumë të gjatë, dhe motorët pa furça kanë qenë gjithmonë një alternativë interesante për zgjidhjet tradicionale. Pavarësisht kësaj, të ngjashme makina elektrike vetëm në shekullin XXI kanë gjetur aplikim të gjerë në teknologji. Faktori vendimtar në zbatimin e gjerë ishte ulja e shumëfishtë e kostos së elektronikës së kontrollit të makinës së BDKP.

Probleme me motorin e kolektorit

Në një nivel themelor, puna e çdo motori elektrik është të shndërrojë energjinë elektrike në energji mekanike. Janë dy kryesore dukuritë fizike në themel të pajisjes së makinave elektrike:

Motori është projektuar në atë mënyrë që fushat magnetike të krijuara në secilin nga magnetët të ndërveprojnë gjithmonë me njëra-tjetrën, duke i dhënë rrotullimit të rotorit. Një motor tradicional DC ka katër pjesë kryesore:

• stator (element i palëvizshëm me një unazë magnetësh);
• armaturë (element rrotullues me mbështjellje);
• furça karboni;
• koleksionist.

Ky dizajn parashikon rrotullimin e armaturës dhe kolektorit në të njëjtin bosht në lidhje me furçat e palëvizshme. Rryma rrjedh nga burimi përmes furçave të ngarkuara me pranverë për kontakt të mirë me komutatorin, i cili shpërndan energjinë elektrike midis mbështjellësve të armaturës. Fusha magnetike e induktuar në këtë të fundit ndërvepron me magnetët e statorit, gjë që bën që statori të rrotullohet.

Disavantazhi kryesor motor tradicional fakti që kontakti mekanik në furça nuk mund të sigurohet pa fërkim. Me rritjen e shpejtësisë, problemi shfaqet më fuqishëm. Asambleja e kolektorit konsumohet me kalimin e kohës dhe është gjithashtu e prirur ndaj harkut dhe jonizimit. ajri i ambientit... Kështu, përkundër thjeshtësisë dhe kostos së ulët të prodhimit, motorë të tillë elektrikë kanë disa disavantazhe të pakapërcyeshme:

• veshja e furçave;
• ndërhyrje elektrike për shkak të harkut;
• kufizimet në shpejtesi maksimale;
• vështirësi me ftohjen e një elektromagneti rrotullues.

Ardhja e teknologjisë së procesorit dhe transistorëve të fuqisë i lejoi projektuesit të braktisnin njësinë e komutimit mekanik dhe të ndryshonin rolin e rotorit dhe statorit në një motor elektrik DC.

Parimi i funksionimit të BDKP

V motor pa furça, ndryshe nga paraardhësi i tij, roli i një ndërprerësi mekanik kryhet nga një konvertues elektronik. Kjo bën të mundur zbatimin e skemës "të kthyer brenda jashtë" të BDKP - mbështjelljet e saj janë të vendosura në stator, gjë që eliminon nevojën për një kolektor.

Me fjalë të tjera, dallimi kryesor themelor midis motor klasik dhe BDKP është se në vend të magnetëve të palëvizshëm dhe mbështjelljeve rrotulluese, kjo e fundit përbëhet nga mbështjellje të palëvizshme dhe magnet rrotullues. Përkundër faktit se vetë ndërrimi në të ndodh në mënyrë të ngjashme, zbatimi i tij fizik në disqet pa furça është shumë më i ndërlikuar.

Çështja kryesore është kontrolli i saktë i motorit pa furça, që nënkupton sekuencë e saktë dhe frekuenca e kalimit të seksioneve individuale të mbështjelljes. Ky problem është i zgjidhshëm në mënyrë konstruktive vetëm nëse është e mundur të përcaktohet vazhdimisht pozicioni aktual i rotorit.

Të dhënat e nevojshme për përpunim nga elektronika merren në dy mënyra.:

• zbulimi i pozicionit absolut të boshtit;
• duke matur tensionin e induktuar në mbështjelljet e statorit.

Për të zbatuar kontrollin me metodën e parë, më shpesh përdoren çifte optike ose sensorë Hall të fiksuar në stator, të cilët reagojnë ndaj fluksit magnetik të rotorit. Avantazhi kryesor sisteme të ngjashme mbledhja e informacionit për pozicionin e boshtit është performanca e tyre edhe me shumë shpejtësi të ulëta dhe në pushim.

Kontrolli pa sensorë për të vlerësuar tensionin në mbështjellje kërkon të paktën një rrotullim minimal të rotorit. Prandaj, në modele të tilla, sigurohet një mënyrë për ndezjen e motorit deri në rrotullime, në të cilën mund të vlerësohet tensioni në mbështjellje, dhe gjendja e qetësisë testohet duke analizuar efektin e fushës magnetike në pulset e rrymës së provës që kalojnë nëpër mbështjelljet.

Pavarësisht nga të gjitha vështirësitë e mësipërme të projektimit, motorë pa furça po fitojnë gjithnjë e më shumë popullaritet për shkak të performancës së tyre dhe një sërë karakteristikash të paarritshme për koleksionistin. Një listë e shkurtër e avantazheve kryesore të BDKP ndaj atyre klasike duket si kjo:

• mungesa e humbjeve të energjisë mekanike për shkak të fërkimit të furçës;
• pa zhurmë krahasuese e punës;
• Lehtësia e përshpejtimit dhe ngadalësimit të rrotullimit për shkak të inercisë së ulët të rotorit;
• kontroll i saktë i rrotullimit;
• mundësia e organizimit të ftohjes për shkak të përçueshmërisë termike;
• aftësia për të punuar me shpejtësi të lartë;
• qëndrueshmëri dhe besueshmëri.

Aplikimi dhe perspektiva moderne

Ka shumë pajisje për të cilat është rritur koha e funksionimit rëndësi kritike... Në pajisje të tilla, përdorimi i BDKP-së është gjithmonë i justifikuar, pavarësisht relativisht të tyre kosto e larte... Mund të jetë ujë dhe pompat e karburantit, turbina per ftohjen e kondicionereve dhe motoreve etj. Motoret pa furça perdoren ne shume modele elektrike Automjeti... Në ditët e sotme, industria e automobilave po fokusohet seriozisht në motorët pa furça.

BDKP janë ideale për disqet e vogla që operojnë në të kushte të vështira ose me saktësi të lartë: ushqyes dhe shirit transportues, robotë industrialë, sisteme pozicionimi. Ka zona në të cilat motorët pa furçë dominojnë të pakontestueshme: disqet e ngurtë, pompat, tifozët e heshtur, të vegjël Pajisjet, disqet CD/DVD. Pesha e ulët dhe fuqia e lartë në dalje e kanë bërë BDKP-në gjithashtu bazën për prodhimin e veglave moderne të dorës pa tela.

Mund të themi se ka përparim të dukshëm në fushën e lëvizjeve elektrike. Rënia e vazhdueshme e çmimit të elektronikës dixhitale ka sjellë një prirje drejt përdorimit të gjerë të motorëve pa furça për të zëvendësuar ata tradicionalë.