Čo je jednosmerný jednosmerný motor, ako je vyrobený a prevádzkovaný

definícia

Bezkefový jednosmerný motor sa nazýva jednosmerný motor, ktorého prúd vo vinutiach sa spína špeciálnym spínacím zariadením - nazýva sa „vodič“ alebo „invertor“ a tieto vinutia sa vždy nachádzajú na statore. Spínač sa skladá zo 6 tranzistorov, ktoré dodávajú prúd konkrétnemu vinutiu v závislosti od polohy rotora.

V domácej literatúre sa tieto motory nazývajú „ventily“ (pretože polovodičové spínače sa nazývajú „ventily“) a takéto elektrické stroje sa delia na dva typy vo forme proti EMF. V zahraničnej literatúre taký rozdiel pretrváva, jeden z nich sa nazýva podobne ako ruský „BLDC“ (bezkartáčový jednosmerný pohon alebo motor), ktorý doslova znie ako „bezkefkový jednosmerný motor“ vo svojich vinutiach a objavuje sa lichobežníkový elektromagnetický filter. Ventilové motory so sínusovým EMF sa nazývajú PMSM (synchrónny stroj s permanentnými magnetmi), ktorý sa prekladá ako „synchrónny elektromotor s budením permanentnými magnetmi“.

Zariadenie a princíp činnosti

Kolektor v KDPT slúži ako uzol na spínanie prúdu vo vinutí kotvy. Pri jednosmernom stejnosmernom motore (BDT) túto úlohu nehrajú lamelové kefy, ale ich komutátor polovodičovými spínačmi - tranzistormi. Tranzistory prepínajú vinutia statora a vytvárajú rotujúce magnetické pole, ktoré interaguje s poľom rotorových magnetov. A keď prúd tečie cez vodič, ktorý je v magnetickom poli, pôsobí naň Ampérová silav dôsledku pôsobenia tejto sily sa vytvára krútiaci moment na hriadeli elektrických strojov. Z toho vychádza princíp činnosti každého elektromotora.

Teraz zistime, ako funguje bezkomutátorový motor. 3 vinutia sa zvyčajne nachádzajú na statore BDPT, podobne ako pri striedavých motoroch sa často nazývajú trojfázové. Čiastočne to platí: bezkomutátorové motory bežia na zdroj jednosmerného prúdu (často z batérií), ale regulátor striedavo zapína vinutia. Nie je však úplne pravda, že striedavý prúd tečie vinutím. Konečný tvar vinutia napájacieho napätia je tvorený obdĺžnikovými impulzmi riadiacimi tranzistory.

Trojfázový bezkartáčový motor môže byť trojvodičový alebo štvorvodičový, pričom štvrtým vodičom je kohútik zo stredu (ak sú vinutia spojené pozdĺž hviezdicový vzor).

Vinutia alebo jednoduchými slovami cievky medeného drôtu zapadajú do zubov jadra statora. V závislosti od konštrukcie a účelu pohonu môže mať stator iný počet zubov. Existujú rôzne možnosti rozloženia fázových vinutí pozdĺž zubov rotora, čo je znázornené na nasledujúcom obrázku.

Vinutia každého z zubov v jednej fáze môžu byť spojené v sérii alebo paralelne, v závislosti od úloh, ktoré sú priradené projektantovi z hľadiska sily a momentu navrhovaného pohonu, a vinutia samotných fáz sú vzájomne prepojené podľa vzoru hviezdy alebo trojuholníka, napríklad asynchrónne alebo synchrónne trojfázové motory na striedavý prúd.

V statore môžu byť nainštalované snímače polohy rotora. Hallove senzory sa často používajú a vysielajú signál do ovládača, keď sú ovplyvnené magnetickým poľom rotorových magnetov. To je nevyhnutné, aby riadiaci systém „vedel“, v akej polohe je rotor a aby dodával energiu do zodpovedajúcich vinutí. Je to potrebné na zvýšenie efektívnosti a stability práce a skrátka na vytlačenie všetkého možného výkonu z motora. Senzory sú obvykle inštalované 3 kusy. Prítomnosť senzorov však komplikuje zariadenie bezkomutátorového motora, ale musia viesť ďalšie káble pre napájanie a dátové vedenia.

V BDTT sa na budenie používajú permanentné magnety namontované na rotore a stator je kotva. Pripomeňme, že v kolektorových strojoch je to naopak (rotor je kotva) a na budenie v CD sa používajú permanentné magnety aj elektromagnetické (vinutia).

Magnety sú osadené striedavými pólmi, a preto ich počet určuje počet párov pólov. To však neznamená, že koľko magnetov je potom toľko párov pólov. Jeden pól môže tvoriť niekoľko magnetov. Počet otáčok za minútu závisí od počtu pólov, ako je to v prípade indukčného motora (a ďalších). To znamená, že z jedného regulátora v rovnakom nastavení sa bezkartáčové motory s rôznym počtom pólových párov otáčajú rôznymi rýchlosťami.

Typy BDTT

Teraz sa pozrime, aké sú motory s permanentnými magnetmi bez kefky. Sú rozdelené podľa tvaru počítadla EMF, konštrukcie, ako aj podľa prítomnosti snímačov polohy rotora. Existujú dva hlavné typy, ktoré sa líšia vo forme počítadla EMF, ktoré sa pri otáčaní rotora indukuje vo vinutí:

• BLDC - v nich lichobežníkový anti-EMF;
• PMSM - sínusoidálny anti-emf.

V ideálnom prípade potrebujú rôzne zdroje energie (regulátory), ale v praxi sú vzájomne zameniteľné. Ale ak použijete ovládač s pravouhlým alebo lichobežníkovým výstupným napätím s motorom PMSM, budete počuť charakteristické zvuky podobné nárazom pri rotácii.

Podľa návrhu sú kefové jednosmerné motory:

• S vnútorným rotorom. Toto je všeobecnejšie znázornenie elektrického motora, keď je stator telesom a hriadeľ v ňom umiestnený sa otáča. Často sa nazývajú anglické slovo „Inrunner“. Táto možnosť sa zvyčajne používa pre vysokorýchlostné elektrické motory.
• S externým rotorom. Tu sa vonkajšia časť motora točí s hriadeľom pripevneným k nemu, v anglických zdrojoch sa nazýva „outrunner“. Tento obvod zariadenia sa používa, keď potrebujete vysoký okamih.

Dizajn je zvolený v závislosti od toho, prečo je v konkrétnej aplikácii potrebný kefový motor.

Moderný priemysel vyrába bezkomutátorové motory so snímačmi polohy rotora a bez nich. Faktom je, že existuje veľa spôsobov, ako ovládať BDTT, pre niektoré z nich sú potrebné polohové senzory, iné určujú polohy pomocou EMF vo vinutiach,Tretie jednoducho dodáva energiu potrebným fázam a motor sa nezávisle synchronizuje s takýmto zdrojom energie a vstupuje do prevádzkového režimu.

Hlavné charakteristiky jednosmerných jednosmerných motorov:

1. Prevádzkový režim - dlhý alebo krátky.
2. Maximálne prevádzkové napätie.
3. Maximálny pracovný prúd.
4. Maximálny výkon.
5. Maximálne otáčky často označujú nie otáčky, ale KV - r / v, to znamená počet otáčok na 1 volt aplikovaného napätia (bez zaťaženia hriadeľa). Ak chcete získať maximálnu rýchlosť, vynásobte toto číslo maximálnym napätím.
6. Odpor vinutia (čím menší je, tým vyššia je účinnosť), zvyčajne predstavuje stotiny a tisíciny Ohmu.
7. Uhol fázového posunu (načasovanie) je čas, po ktorom prúd vo vinutí dosiahne svoje maximum, je to kvôli zákonom o indukčnosti a spínaní (prúd v indukčnosti sa nemôže okamžite zmeniť.

Elektrické schéma

Ako bolo uvedené vyššie, na prevádzku bezkomutátorového motora potrebujete špeciálny ovládač. Na aliexpresse môžete nájsť súpravy z motora a ovládača, alebo samostatne. Ovládač sa tiež nazýva ESC motor alebo elektrický regulátor otáčok. Vyberajú sa podľa sily prúdu určeného zaťaženiu.

Zvyčajne je pripojenie elektrického motora k regulátoru jednoduché a zrozumiteľné aj pre figuríny. Najdôležitejšie je, aby ste vedeli, že na zmenu smeru otáčania musíte zmeniť pripojenie ľubovoľných dvoch fáz, v skutočnosti aj trojfázových asynchrónnych alebo synchrónnych motorov.

Sieť má množstvo technických riešení a schém, zložitých aj pre figuríny, ktoré môžete vidieť nižšie.

V tomto videu autor hovorí, ako sa spriateliť s motorom BC „Arduino“.

V tomto videu sa dozviete o rôznych spôsoboch pripojenia k rôznym radičom a o tom, ako to môžete urobiť sami. Autor to demonštruje na príklade motora z pevného disku a pomocou pár výkonných príkladov - inrunner a outrunner.

Mimochodom, na opakovanie aplikujeme aj diagram z videa:

Tam, kde sa používajú kefové motory

Rozsah týchto elektrických motorov je predčasne široký. Používajú sa na riadenie malých mechanizmov: v jednotkách CD, DVD, pevných diskoch a vo výkonných zariadeniach: batéria a elektrické náradie (s napájaním asi 12 V), rádiom riadené modely (napríklad kvadrokoptéry), CNC stroje na riadenie pracovného tela (zvyčajne motory s menovitým napätím 24 V alebo 48 V).

BDTT sa bežne používajú v elektrických vozidlách, takmer všetky moderné motorové kolesá elektrických skútrov, bicyklov, motocyklov a automobilov sú bezkartáčové motory. Mimochodom, menovité napätie elektrických motorov pre dopravu leží v širokom rozsahu, napríklad, motor kolesa pre bicykle často beží od 36V alebo 48V, so zriedkavými výnimkami a viac, a v automobiloch, napríklad, Toyota Prius je asi 120V, a na Nissan Leaf - dosahuje 400, pri nabíjaní zo siete 220 V (implementuje sa pomocou vstavaného prevodníka).

Rozsah bezkomutátorových elektrických motorov je v skutočnosti veľmi rozsiahly, absencia kolektorového uzla umožňuje jeho použitie na nebezpečných miestach, ako aj na miestach s vysokou vlhkosťou, bez obáv z skratov, iskrenia alebo požiaru v dôsledku chýb v zostave kefy. Vďaka svojej vysokej účinnosti a dobrým celkovým rozmerom našli uplatnenie vo vesmírnom priemysle.

Výhody a nevýhody

Jednosmerné jednosmerné motory, rovnako ako iné typy elektrických strojov, majú určité výhody a nevýhody.

Výhody BDTT sú nasledujúce:

• Vďaka budeniu silnými permanentnými magnetmi (napríklad neodým) majú vynikajúci krútiaci moment a výkon a majú menšie rozmery ako indukčné motory. Čo používa väčšina výrobcov elektrických vozidiel - od skútrov po autá.
• Neexistuje žiadna zostava kolektora zapaľovacej kefy, ktorá vyžaduje pravidelnú údržbu.
• Pri použití vysokokvalitného ovládača, na rozdiel od toho istého disku CD, neinterferujú so sieťou napájania, čo je obzvlášť dôležité v rádiom riadených zariadeniach a vozidlách s vyspelým elektronickým vybavením v palubnej sieti.
• Účinnosť viac ako 80, častejšie a 90%.
• Vysoká rýchlosť rotácie, v niektorých prípadoch až 100 000 ot / min.

Ale je tu významné mínus: bezkomutátorový motor bez ovládača je len kus železa s medeným vinutím. Nebude schopný pracovať. Ovládače nie sú lacné a najčastejšie sa musia objednať v internetových obchodoch alebo s aliexpress. Z tohto dôvodu nie je vždy možné používať motory BC v domácich modeloch a zariadeniach.

Teraz viete, čo je jednosmerný jednosmerný motor, ako to funguje a kde sa používa. Dúfame, že vám náš článok pomohol vyriešiť všetky problémy!

Súvisiace materiály:

• Čo je rotor a stator
• Ako zostaviť najjednoduchší elektrický motor doma
• Rozdiel medzi DC a AC