Vad är en borstlös likströmsmotor, hur byggs och körs den?

definition

En borstfri likströmsmotor kallas en likströmsmotor, vars ström i lindningarna växlas av en speciell omkopplarenhet - den kallas ”drivrutinen” eller ”växelriktaren” och dessa lindningar finns alltid på statorn. Strömställaren består av 6 transistorer, de levererar ström till en viss lindning, beroende på rotorns läge.

I inhemsk litteratur kallas sådana motorer "ventil" (eftersom halvledaromkopplare kallas "ventiler"), och det finns en uppdelning av sådana elektriska maskiner i två typer i form av mot-EMF. I utländsk litteratur kvarstår en sådan skillnad, en av dem kallas analogt med den ryska ”BLDC” (borstlös likströmsdrivning eller motor), som bokstavligen låter som ”borstlös DC-motor” i deras lindningar en trapezformad EMF visas. Ventilmotorer med en sinusformad EMF kallas PMSM (Permanent magnet synkron maskin), som översätts som "synkron elektrisk motor med excitation av permanentmagneter."

Enheten och principen för drift

Samlaren i KDPT tjänar som en nod för att växla ström i ankarlindningarna. I en borstlös DC-motor (BDT) spelas denna roll inte av lamellborstar, utan av kommutatorn av den av halvledaromkopplare - transistorer. Transistorer växlar statorlindningarna och skapar ett roterande magnetfält som samverkar med rotormagnetfältet. Och när ström flyter genom en ledare som är i ett magnetfält, verkar den på den Ampere kraft, på grund av denna kraft, skapas ett vridmoment på elektriska maskiner. Principen för drift av elmotorer bygger på detta.

Låt oss nu ta reda på hur den borstlösa motorn fungerar. Tre lindningar finns vanligtvis på BDPT-statorn, analogt med växelströmsmotorer kallas de ofta trefas. Detta är delvis sant: borstlösa motorer drivs av en likströmskälla (ofta från batterier), men regulatorn sätter på lindningarna växelvis. Det är dock inte helt sant att växelström flyter genom lindningarna. Den slutliga formen på matningsspänningslindningen bildas av rektangulära transistorstyrpulser.

En trefas borstfri motor kan vara tretrådig eller fyrtrådig, där den fjärde ledningen är en kran från mittpunkten (om lindningarna är anslutna längs stjärnmönster).

Lindningar eller, med enkla ord, spolar av koppartråd passar in i statorkärnans tänder. Beroende på drivenhetens utformning och syfte kan statorn ha ett annat antal tänder. Det finns olika alternativ för fördelning av faslindningar längs rotorns tänder, vilket illustreras av följande figur.

Lindningarna på var och en av tänderna i en fas kan anslutas i serie eller parallellt, beroende på de uppgifter som tilldelas designern med avseende på kraft och ögonblicket för den designade drivenheten, och lindningarna i själva faserna är sammankopplade enligt mönstret för en stjärna eller en triangel, som asynkron eller synkron trefas AC-motorer.

Rotorlägesgivare kan installeras i statorn. Hallsensorer används ofta, de ger en signal till regulatorn när de påverkas av magnetfältet hos rotormagneterna. Detta är nödvändigt för att regulatorn ska "veta" i vilken position rotorn är och för att leverera ström till motsvarande lindningar. Detta är nödvändigt för att öka effektiviteten och stabiliteten i arbetet, och kort sagt, för att pressa ut all möjlig kraft från motorn. Sensorer installerade vanligtvis 3 delar. Men närvaron av sensorer komplicerar enheten i en borstlös motor, de måste leda ytterligare ledningar för ström och dataledningar.

I BDTT används permanentmagneter monterade på rotorn för excitation och statorn är ett ankare. Kom ihåg att i kollektormaskiner är det tvärtom (rotorn är ett ankare), och för excitation i CD: n används både permanentmagneter och elektromagneter (lindningar).

Magneterna är monterade med alternerande stolpar, och deras antal bestämmer följaktligen antalet polpar. Men detta betyder inte att hur många magneter, då så många polpar. Flera magneter kan bilda en pol. Antalet varv per minut beror på antalet poler, som är fallet med en induktionsmotor (och andra). Det vill säga från en styrenhet med samma inställningar kommer borstlösa motorer med ett annat antal polpar att rotera med olika hastigheter.

Typer av BDTT

Låt oss nu se hur borstlösa permanentmagnetmotorer är. De klassificeras efter formen av mot-EMF, design såväl som av närvaron av rotorslägesgivare. Så det finns två huvudtyper som skiljer sig i form av mot-EMF, som induceras i lindningarna när rotorn roterar:

• BLDC - i dem en trapesformad anti-EMF;
• PMSM - anti-emf sinusformad.

Helst behöver de olika kraftkällor (styrenheter), men i praktiken är de utbytbara. Men om du använder en styrenhet med en rektangulär eller trapetsformad utgångsspänning med en PMSM-motor, kommer du att höra karakteristiska ljud, liknande ett slag under rotation.

Och med design är borstfria likströmsmotorer:

• Med en inre rotor. Detta är en mer bekant representation av den elektriska motorn, när statorn är en kropp, och axeln som finns i den roterar. Ofta kallas de det engelska ordet "Inrunner". Detta alternativ används vanligtvis för höghastighetselektriska motorer.
• Med en extern rotor. Här roterar den yttre delen av motorn med en axel fixerad på den; på engelska källor kallas den "outrunner". Denna enhetskrets används när du behöver ett högt ögonblick.

Konstruktionen väljs beroende på varför en borstlös motor behövs i en viss applikation.

Den moderna industrin producerar borstlösa motorer med och utan rotorlägesgivare. Faktum är att det finns många sätt att kontrollera BDTT, för vissa av dem behövs positionssensorer, andra bestämmer EMF: s positioner i lindningarna,de tredje levererar helt enkelt ström till de nödvändiga faserna och elmotorn synkroniserar oberoende med en sådan strömförsörjning och går in i driftläget.

Huvudegenskaper hos borstlösa likströmsmotorer:

1. Driftläge - långt eller kort.
2. Maximal driftspänning.
3. Maximal arbetsström.
4. Maximal effekt.
5. De maximala varv indikerar ofta inte varv, men KV - r / v, det vill säga antalet varv per 1 volt av den applicerade spänningen (utan belastning på axeln). För att få maximal hastighet - multiplicera detta nummer med maximal spänning.
6. Lindningens motstånd (ju mindre den är, desto högre effektivitet) uppgår vanligtvis till hundratals och tusendels Ohm.
7. Fasförskjutningsvinkeln (timing) är den tid efter vilken strömmen i lindningen når sitt högsta, detta beror på dess induktans och kopplingslagar (strömmen i induktansen kan inte ändras direkt.

Kopplingsschema

Som nämnts ovan behöver du en speciell styrenhet för drift av en borstlös motor. På aliexpress kan du hitta båda satserna från motorn och regulatorn, eller separat. Styrenheten kallas också ESC-motor eller elektrisk hastighetskontroller. De väljs utifrån styrkan för strömmen som ges till lasten.

Normalt är det enkelt att ansluta den elektriska motorn till regulatorn och förstås även för dummies. Det viktigaste du behöver veta är att för att ändra rotationsriktningen måste du ändra anslutningen för två faser, i själva verket såväl som i trefas asynkrona eller synkrona motorer.

Nätverket har ett antal tekniska lösningar och scheman, både komplexa och för dummies, som du kan se nedan.

I den här videon berättar författaren hur man blir vän med motoren BC "Arduino".

Och i den här videon lär du dig olika sätt att ansluta till olika styrenheter och hur du kan göra det själv. Författaren demonstrerar detta med ett exempel på en motor från HDD och ett par kraftfulla instanser - inrunner och outrunner.

Förresten tillämpar vi också diagrammet från videon för upprepning:

Där borstlösa motorer används

Omfattningen av sådana elektriska motorer ligger långt före schemat. De används både för att driva små mekanismer: i CD-enheter, DVD-enheter, hårddiskar och i kraftfulla enheter: ett batteri och ett elverktyg (med en strömförsörjning på cirka 12 V), radiostyrda modeller (till exempel quadrocopters), CNC-maskiner för att driva ett arbetsorgan (vanligtvis motorer med en märkspänning på 24V eller 48V).

BDTT används ofta i elfordon, nästan alla moderna motorhjul för elektriska skoter, cyklar, motorcyklar och bilar är borstlösa motorer. Förresten, märkspänningen för elmotorer för transport ligger i ett brett spektrum, till exempel kör cykelhjulsmotorn ofta från 36V eller 48V, med sällsynta undantag och mer, och i bilar, till exempel, på Toyota Prius cirka 120V, och på Nissan Leaf - kommer till 400, medan det laddas från ett 220V-nätverk (detta implementeras med den inbyggda omvandlaren).

I själva verket är räckvidden för borstlösa elektriska motorer mycket omfattande, frånvaron av en samlarnod tillåter den att användas på farliga platser, såväl som på platser med hög luftfuktighet, utan rädsla för kortslutningar, båge eller eld på grund av defekter i borstmonteringen. På grund av deras höga effektivitet och goda övergripande dimensioner har de hittat tillämpning inom rymdindustrin.

För- och nackdelar

Borstlösa likströmsmotorer, liksom andra typer av elektriska maskiner, har vissa fördelar och nackdelar.

Fördelarna med BDTT är följande:

• Tack vare excitation med kraftfulla permanentmagneter (till exempel neodym) är de överlägsna med vridmoment och kraft och har mindre dimensioner än induktionsmotorer. Vad används av de flesta elfordonstillverkare - från skoter till bilar.
• Det finns ingen gnistborstsamlarenhet som kräver regelbundet underhåll.
• När du använder en högkvalitativ styrenhet, till skillnad från samma CD, stör de inte strömförsörjningsnätet, vilket är särskilt viktigt i radiostyrda enheter och fordon med avancerad elektronisk utrustning i det inbyggda nätverket.
• Effektivitet mer än 80, oftare och 90%.
• Hög rotationshastighet, i vissa fall upp till 100 000 rpm.

Men det finns ett betydande minus: en borstlös motor utan styrenhet är bara en bit järn med kopparlindning. Han kommer inte att kunna arbeta. Kontrollenheter är inte billiga och oftast måste de beställas i onlinebutiker eller med aliexpress. På grund av detta är det inte alltid möjligt att använda BC-motorer i hemmagjorda modeller och enheter.

Nu vet du vad en borstlös DC-motor är, hur den fungerar och var den används. Vi hoppas att vår artikel hjälpte dig att reda ut alla problem!

Relaterade material:

• Vad är en rotor och stator
• Hur man monterar den enklaste elmotorn hemma
• Skillnaden mellan DC och AC