มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงคืออะไรมันสร้างและทำงานอย่างไร

คำนิยาม

มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงเรียกว่ามอเตอร์ DC กระแสไฟฟ้าในขดลวดซึ่งถูกเปลี่ยนโดยอุปกรณ์สวิตช์พิเศษ - เรียกว่า "ไดรเวอร์" หรือ "อินเวอร์เตอร์" และขดลวดเหล่านี้จะอยู่บนสเตเตอร์เสมอ สวิตช์ประกอบด้วยทรานซิสเตอร์ 6 ตัวซึ่งจ่ายกระแสให้กับขดลวดเฉพาะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของโรเตอร์

ในวรรณคดีในประเทศมอเตอร์ดังกล่าวเรียกว่า "วาล์ว" (เพราะสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์เรียกว่า "วาล์ว") และมีการแยกเครื่องจักรไฟฟ้าดังกล่าวเป็นสองประเภทในรูปแบบของเคาน์เตอร์ EMF ในวรรณคดีต่างประเทศความแตกต่างดังกล่าวยังคงมีอยู่หนึ่งในนั้นเรียกว่า "BLDC" แบบอะนาล็อกกับรัสเซีย (มอเตอร์หรือมอเตอร์กระแสตรง brushless) ซึ่งดูเหมือนว่า "มอเตอร์ DC brushless" ในขดลวดของพวกเขาปรากฏ EMF สี่เหลี่ยมคางหมู มอเตอร์วาล์วที่มี EMF แบบไซน์เรียกว่า PMSM (เครื่องซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร) ซึ่งแปลว่า "มอเตอร์ไฟฟ้าแบบซิงโครนัสที่มีการกระตุ้นโดยแม่เหล็กถาวร"

อุปกรณ์และหลักการทำงาน

ตัวรวบรวมใน KDPT ทำหน้าที่เป็นโหนดสำหรับเปลี่ยนกระแสในขดลวดกระดอง ใน brushless DC motor (BDT) บทบาทนี้ไม่ได้เล่นโดย lamella brush แต่โดย commutator ของมันโดยสวิตช์เซมิคอนดักเตอร์ - ทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์สลับขดลวดสเตเตอร์สร้างสนามแม่เหล็กหมุนที่ตอบโต้กับสนามแม่เหล็กของโรเตอร์ และเมื่อกระแสไหลผ่านตัวนำที่อยู่ในสนามแม่เหล็ก กำลังแรงเนื่องจากแรงกระทำนี้ทำให้เกิดแรงบิดบนเพลาของเครื่องจักรไฟฟ้า หลักการทำงานของมอเตอร์ไฟฟ้าใด ๆ เป็นไปตามนี้

ทีนี้ลองมาดูกันว่ามอเตอร์แบบไร้แปรงทำงานอย่างไร 3 ขดลวดมักจะตั้งอยู่บนสเตเตอร์ BDPT โดยการเปรียบเทียบกับมอเตอร์ AC พวกเขามักจะเรียกว่าสามเฟส นี่เป็นความจริงบางส่วน: มอเตอร์แบบไร้แปรงนั้นใช้พลังงานจากแหล่งจ่ายกระแสตรง (มักจะมาจากแบตเตอรี่) แต่ตัวควบคุมจะหมุนขดลวดสลับกัน อย่างไรก็ตามมันไม่เป็นความจริงเลยที่จะกล่าวว่ากระแสไฟฟ้ากระแสสลับไหลผ่านขดลวด รูปร่างสุดท้ายของขดลวดแรงดันไฟฟ้าเกิดขึ้นจากพัลส์ควบคุมทรานซิสเตอร์สี่เหลี่ยม

มอเตอร์ brushless สามเฟสสามารถเป็นสามสายหรือสี่สายโดยที่ลวดที่สี่คือการแตะจากจุดกึ่งกลาง (หากขดลวดเชื่อมต่ออยู่ รูปแบบดาว).

ขดลวดหรือในคำง่าย ๆ ขดลวดทองแดงพอดีกับฟันของแกนสเตเตอร์ ขึ้นอยู่กับการออกแบบและวัตถุประสงค์ของไดรฟ์สเตเตอร์อาจมีจำนวนฟันที่แตกต่างกัน มีตัวเลือกที่แตกต่างกันสำหรับการกระจายของขดลวดเฟสตามแนวฟันของโรเตอร์ซึ่งจะแสดงในรูปต่อไปนี้

ขดลวดของฟันแต่ละซี่ภายในเฟสเดียวสามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรมหรือแบบขนานขึ้นอยู่กับงานที่มอบหมายให้นักออกแบบในแง่ของพลังและช่วงเวลาของการออกแบบไดรฟ์และขดลวดเฟสนั้นเชื่อมต่อกันตามรูปแบบของดาวหรือสามเหลี่ยมเช่น ไม่ตรงกัน หรือ พร้อมกัน มอเตอร์ AC สามเฟส

เซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์สามารถติดตั้งได้ในสเตเตอร์ เซ็นเซอร์ฮอลล์มักจะใช้พวกเขาให้สัญญาณไปยังตัวควบคุมเมื่อพวกเขาได้รับผลกระทบจากสนามแม่เหล็กของแม่เหล็กโรเตอร์ นี่เป็นสิ่งที่จำเป็นเพื่อให้ผู้ควบคุม "รู้" ในตำแหน่งที่โรเตอร์อยู่และเพื่อจ่ายพลังงานให้กับขดลวดที่สอดคล้องกัน นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความเสถียรของงานและในระยะสั้นเพื่อบีบกำลังทั้งหมดที่เป็นไปได้จากเครื่องยนต์ เซ็นเซอร์มักจะติดตั้ง 3 ชิ้น แต่การปรากฏตัวของเซ็นเซอร์ทำให้อุปกรณ์ของมอเตอร์ไร้แปรงมีความซับซ้อนพวกเขาจำเป็นต้องนำลวดเพิ่มเติมสำหรับสายไฟและสายข้อมูล

ใน BDTT แม่เหล็กถาวรที่ติดตั้งอยู่บนโรเตอร์จะถูกใช้เพื่อกระตุ้นและสเตเตอร์เป็นจุดยึด จำได้ว่าในเครื่องสะสมมันเป็นวิธีอื่น ๆ (โรเตอร์เป็นสมอ) และสำหรับการกระตุ้นในซีดีจะใช้ทั้งแม่เหล็กถาวรและแม่เหล็กไฟฟ้า (ขดลวด)

แม่เหล็กถูกติดตั้งกับเสาสลับและตามจำนวนของพวกเขากำหนดจำนวนคู่ของเสา แต่นี่ไม่ได้หมายความว่ามีแม่เหล็กกี่อันแล้วก็เป็นขั้วคู่กัน แม่เหล็กหลายชนิดสามารถสร้างขั้วเดียว จำนวนรอบต่อนาทีขึ้นอยู่กับจำนวนของเสาเช่นกรณีที่มีมอเตอร์เหนี่ยวนำ (และอื่น ๆ ) นั่นคือจากคอนโทรลเลอร์หนึ่งตัวในการตั้งค่าเดียวกันมอเตอร์แบบไร้แปรงที่มีจำนวนขั้วคู่ที่แตกต่างกันจะหมุนด้วยความเร็วที่แตกต่างกัน

ประเภทของ BDT

ทีนี้มาดูกันว่ามอเตอร์แม่เหล็กถาวรไร้แปรงเป็นอย่างไร พวกมันถูกจำแนกตามรูปร่างของตัวนับ EMF, การออกแบบ, เช่นเดียวกับการปรากฏตัวของเซ็นเซอร์ตำแหน่งโรเตอร์ ดังนั้นจึงมีสองประเภทหลักที่แตกต่างกันในรูปแบบของเคาน์เตอร์ EMF ซึ่งจะเกิดขึ้นในขดลวดเมื่อโรเตอร์หมุน:

• BLDC - ต่อต้าน EMF ในรูปทรงสี่เหลี่ยมคางหมู;
• PMSM - ไซนัสต่อต้าน anti emf

โดยหลักการแล้วพวกเขาต้องการแหล่งพลังงานที่แตกต่างกัน (คอนโทรลเลอร์) แต่ในทางปฏิบัติพวกมันสามารถใช้แทนกัน แต่ถ้าคุณใช้คอนโทรลเลอร์ที่มีแรงดันเอาต์พุตเป็นสี่เหลี่ยมหรือสี่เหลี่ยมคางหมูด้วยมอเตอร์ PMSM คุณจะได้ยินเสียงลักษณะคล้ายกับเสียงเคาะระหว่างการหมุน

และด้วยการออกแบบมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านคือ:

• ด้วยใบพัดภายใน นี่เป็นตัวแทนที่คุ้นเคยของมอเตอร์ไฟฟ้าเมื่อสเตเตอร์เป็นตัวถังและเพลาที่อยู่ในนั้นจะหมุน บ่อยครั้งที่พวกเขาถูกเรียกว่าคำภาษาอังกฤษ "Inrunner" ตัวเลือกนี้มักใช้กับมอเตอร์ไฟฟ้าความเร็วสูง
• ด้วยใบพัดภายนอก ที่นี่ส่วนนอกของเครื่องยนต์หมุนด้วยเพลาจับจ้องไปที่ในแหล่งภาษาอังกฤษเรียกว่า "outrunner" วงจรอุปกรณ์นี้ใช้เมื่อคุณต้องการช่วงเวลาที่สูง

การออกแบบได้รับการเลือกขึ้นอยู่กับเหตุผลที่ต้องการมอเตอร์ไร้แปรงในแอพพลิเคชั่นเฉพาะ

อุตสาหกรรมสมัยใหม่ผลิตมอเตอร์ไร้แปรงที่มีและไม่มีเซ็นเซอร์ตำแหน่งใบพัด ความจริงก็คือว่ามีหลายวิธีในการควบคุม BDTT สำหรับบางส่วนของพวกเขาต้องการเซ็นเซอร์ตำแหน่งอื่น ๆ กำหนดตำแหน่งโดย EMF ในขดลวดคนที่สามเพียงแค่จ่ายพลังงานให้กับขั้นตอนที่จำเป็นและมอเตอร์ไฟฟ้าอิสระประสานกับแหล่งจ่ายไฟดังกล่าวและเข้าสู่โหมดการทำงาน

คุณสมบัติหลักของมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน:

1. โหมดการทำงาน - ยาวหรือสั้น
2. แรงดันไฟฟ้าสูงสุด
3. การทำงานสูงสุดในปัจจุบัน
4. พลังงานสูงสุด
5. การปฏิวัติสูงสุดมักบ่งบอกว่าไม่ใช่การปฏิวัติ แต่ KV - r / v นั่นคือจำนวนการปฏิวัติต่อ 1 โวลต์ของแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ (โดยไม่ต้องโหลดบนเพลา) เพื่อให้ได้ความเร็วสูงสุด - คูณจำนวนนี้ด้วยแรงดันสูงสุด
6. ความต้านทานของขดลวด (ยิ่งมีขนาดเล็กประสิทธิภาพก็จะสูงขึ้น) โดยปกติจะมีค่าเป็นร้อยและหนึ่งในพันของโอห์ม
7. มุมล่วงหน้าของเฟส (เวลา) คือเวลาหลังจากที่กระแสในขดลวดมาถึงค่าสูงสุดนี่เป็นเพราะกฎการเหนี่ยวนำและการสลับ (กระแสในตัวเหนี่ยวนำไม่สามารถเปลี่ยนแปลงได้ทันที

แผนภาพการเดินสายไฟ

ดังที่ได้กล่าวมาแล้วสำหรับการทำงานของมอเตอร์แบบไร้แปรงคุณจำเป็นต้องมีคอนโทรลเลอร์พิเศษ ใน aliexpress คุณสามารถค้นหาทั้งชุดเครื่องมือและตัวควบคุมหรือแยกจากกัน คอนโทรลเลอร์เรียกอีกอย่างหนึ่งว่า ESC Motor หรือ Electric Speed ​​Controller พวกเขาจะถูกเลือกโดยความแรงของกระแสที่กำหนดให้กับโหลด

โดยปกติแล้วการเชื่อมต่อมอเตอร์ไฟฟ้าเข้ากับคอนโทรลเลอร์จะเป็นไปอย่างเรียบง่ายและเข้าใจได้ง่ายแม้กระทั่งกับหุ่น สิ่งสำคัญที่คุณต้องรู้คือในการเปลี่ยนทิศทางการหมุนคุณจำเป็นต้องเปลี่ยนการเชื่อมต่อของสองเฟสในความเป็นจริงเช่นเดียวกับมอเตอร์แบบอะซิงโครนัสหรือซิงโครนัสสามเฟส

เครือข่ายมีโซลูชันและโครงร่างทางเทคนิคจำนวนมากทั้งที่ซับซ้อนและสำหรับหุ่นซึ่งคุณสามารถดูด้านล่าง

ในวิดีโอนี้ผู้เขียนบอกวิธีที่จะทำให้เพื่อนกับมอเตอร์ BC "Arduino"

และในวิดีโอนี้คุณจะได้เรียนรู้วิธีการเชื่อมต่อกับตัวควบคุมที่แตกต่างกันและวิธีที่คุณสามารถทำได้ด้วยตนเอง ผู้เขียนสาธิตสิ่งนี้ด้วยตัวอย่างของมอเตอร์จาก HDD และอินสแตนซ์ทรงพลังคู่หนึ่ง - inrunner และ outrunner

โดยวิธีการที่เรายังใช้แผนภาพจากวิดีโอสำหรับการทำซ้ำ:

บริเวณที่ใช้มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน

ขอบเขตของมอเตอร์ไฟฟ้าดังกล่าวเป็นไปก่อนกำหนดกว้าง มีการใช้ทั้งในการขับเคลื่อนกลไกขนาดเล็ก: ในไดรฟ์ซีดีไดรฟ์ดีวีดีฮาร์ดไดรฟ์และในอุปกรณ์ที่ทรงพลัง: แบตเตอรี่และเครื่องมือไฟฟ้า (ที่มีแหล่งจ่ายไฟประมาณ 12 V) รุ่นควบคุมด้วยวิทยุ (ตัวอย่างเช่น Quadrocopters) (โดยทั่วไปจะเป็นมอเตอร์ที่มีแรงดันไฟฟ้า 24V หรือ 48V)

BDTT มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในยานพาหนะไฟฟ้าเกือบทุกล้อมอเตอร์ที่ทันสมัยของสกูตเตอร์ไฟฟ้า, จักรยาน, รถจักรยานยนต์และรถยนต์เป็นมอเตอร์ brushless โดยวิธีการที่แรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์ไฟฟ้าสำหรับการขนส่งอยู่ในช่วงกว้างเช่นมอเตอร์ล้อจักรยานมักจะทำงานจาก 36V หรือ 48V มีข้อยกเว้นที่หายากและอื่น ๆ และในรถยนต์เช่นโตโยต้าพรีอุสประมาณ 120V และบน Nissan Leaf - มาที่ 400 ในขณะที่กำลังชาร์จจากเครือข่าย 220V (ดำเนินการโดยใช้ตัวแปลงในตัว)

ในความเป็นจริงขอบเขตของมอเตอร์ไฟฟ้าแบบไร้แปรงนั้นกว้างขวางมากการไม่มีโหนดตัวสะสมช่วยให้สามารถใช้งานได้ในสถานที่อันตรายเช่นเดียวกับในสถานที่ที่มีความชื้นสูงโดยไม่ต้องกลัวการลัดวงจรเกิดขึ้นหรือไฟไหม้เนื่องจากข้อบกพร่องในชุดแปรง เนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงและมีขนาดโดยรวมที่ดีจึงพบการใช้งานในอุตสาหกรรมอวกาศ

ข้อดีและข้อเสีย

มอเตอร์ DC แบบไร้แปรงเช่นเดียวกับเครื่องจักรไฟฟ้าประเภทอื่นมีข้อดีและข้อเสียบางประการ

ข้อดีของ BDTT มีดังนี้:

• ต้องขอบคุณการกระตุ้นด้วยแม่เหล็กถาวรอันทรงพลัง (เช่นนีโอไดเมียม) พวกมันเหนือกว่าแรงบิดและพลังงานและมีขนาดเล็กกว่ามอเตอร์เหนี่ยวนำ ผู้ผลิตรถยนต์ไฟฟ้าส่วนใหญ่ใช้อะไร - ตั้งแต่สกูตเตอร์ไปจนถึงรถยนต์
• ไม่มีแอสเซมบลีตัวรวบรวมแปรงแบบประกายที่ต้องบำรุงรักษาเป็นประจำ
• เมื่อใช้ตัวควบคุมคุณภาพสูงซึ่งแตกต่างจากแผ่นซีดีเดียวกันพวกเขาจะไม่ยุ่งเกี่ยวกับเครือข่ายแหล่งจ่ายไฟซึ่งเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในอุปกรณ์ควบคุมวิทยุและยานพาหนะที่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขั้นสูงในเครือข่ายออนบอร์ด
• ประสิทธิภาพมากกว่า 80 บ่อยขึ้นและ 90%
• ความเร็วการหมุนสูงในบางกรณีสูงถึง 100,000 รอบต่อนาที

แต่มีลบสำคัญ: มอเตอร์ brushless ไม่มีตัวควบคุมเป็นเพียงชิ้นส่วนของเหล็กที่มีขดลวดทองแดง เขาจะไม่สามารถทำงานได้ ตัวควบคุมมีราคาแพงและส่วนใหญ่จะต้องสั่งในร้านค้าออนไลน์หรือด้วย aliexpress ด้วยเหตุนี้การใช้มอเตอร์ BC ในรุ่นและอุปกรณ์ทำที่บ้านจึงไม่สามารถทำได้เสมอไป

ตอนนี้คุณรู้แล้วว่ามอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงคืออะไรทำงานอย่างไรและใช้งานที่ไหน เราหวังว่าบทความของเราจะช่วยให้คุณแก้ไขปัญหาทั้งหมดได้!

วัสดุที่เกี่ยวข้อง:

• โรเตอร์และสเตเตอร์คืออะไร
• วิธีการประกอบมอเตอร์ไฟฟ้าที่ง่ายที่สุดที่บ้าน
• ความแตกต่างระหว่าง DC และ AC