Động cơ DC không chổi than là gì, được chế tạo và chạy như thế nào

Định nghĩa

Một động cơ DC không chổi than được gọi là động cơ DC, dòng điện trong các cuộn dây được chuyển đổi bằng một thiết bị chuyển mạch đặc biệt - nó được gọi là bộ điều khiển cảm ứng điều khiển hoặc biến tần điều khiển và các cuộn dây này luôn được đặt trên stato. Công tắc bao gồm 6 bóng bán dẫn, chúng cung cấp dòng điện cho một cuộn dây cụ thể, tùy thuộc vào vị trí của rôto.

Trong tài liệu trong nước, những động cơ như vậy được gọi là van van (vì các công tắc bán dẫn được gọi là van van) và có sự phân tách các máy điện như vậy thành hai loại dưới dạng phản EMF. Trong tài liệu nước ngoài, sự khác biệt như vậy vẫn tồn tại, một trong số chúng được gọi tương tự như tiếng Nga BLDC, (ổ đĩa hoặc động cơ trực tiếp không chổi than), có nghĩa đen giống như động cơ DC không chổi than, trong cuộn dây của chúng xuất hiện hình EMF hình thang. Động cơ van có EMF hình sin được gọi là PMSM (Máy đồng bộ nam châm vĩnh cửu), được dịch là "động cơ điện đồng bộ với sự kích thích bởi nam châm vĩnh cửu".

Thiết bị và nguyên tắc hoạt động

Bộ thu trong KDPT đóng vai trò là nút để chuyển đổi dòng điện trong cuộn dây phần ứng. Trong một động cơ DC không chổi than (BDT), vai trò này được chơi không phải bằng bàn chải với lamellas, mà bởi một cổ góp, đó là công tắc bán dẫn - bóng bán dẫn. Các bóng bán dẫn chuyển đổi cuộn dây stato, tạo ra từ trường quay tương tác với trường của nam châm rôto. Và khi dòng điện chạy qua một dây dẫn trong từ trường, nó tác động lên nó Lực lượng ampe, do tác động của lực này, một mô-men xoắn được tạo ra trên trục của máy điện. Nguyên lý hoạt động của bất kỳ động cơ điện đều dựa trên điều này.

Bây giờ hãy tìm hiểu làm thế nào các động cơ không chổi than hoạt động. 3 cuộn dây thường được đặt trên stato BDPT, bằng cách tương tự với động cơ xoay chiều, chúng thường được gọi là ba pha. Điều này đúng một phần: động cơ không chổi than chạy trên nguồn dòng điện trực tiếp (thường là từ pin), nhưng bộ điều khiển bật cuộn dây xen kẽ. Tuy nhiên, không hoàn toàn đúng khi nói rằng dòng điện xoay chiều chạy qua các cuộn dây. Hình dạng cuối cùng của cuộn dây điện áp cung cấp được hình thành bởi các xung điều khiển bóng bán dẫn hình chữ nhật.

Một động cơ không chổi than ba pha có thể là ba dây hoặc bốn dây, trong đó dây thứ tư là một vòi từ điểm giữa (nếu cuộn dây được nối dọc mô hình ngôi sao).

Cuộn dây hay nói một cách đơn giản, cuộn dây đồng phù hợp với răng của lõi stato. Tùy thuộc vào thiết kế và mục đích của ổ đĩa, stato có thể có số lượng răng khác nhau. Có các tùy chọn khác nhau để phân phối cuộn dây pha dọc theo răng của rôto, được minh họa bằng hình dưới đây.

Các cuộn dây của mỗi răng trong một pha có thể được kết nối nối tiếp hoặc song song, tùy thuộc vào các nhiệm vụ được giao cho nhà thiết kế về công suất và thời điểm của ổ đĩa được thiết kế, và các cuộn dây pha được liên kết với nhau theo mô hình của một ngôi sao hoặc hình tam giác, như không đồng bộ hoặc là đồng bộ động cơ điện xoay chiều ba pha.

Cảm biến vị trí cánh quạt có thể được cài đặt trong stato. Cảm biến Hall thường được sử dụng, chúng đưa ra tín hiệu cho bộ điều khiển khi chúng bị ảnh hưởng bởi từ trường của nam châm rôto. Điều này là cần thiết để bộ điều khiển có thể biết được vị trí của rôto và cung cấp năng lượng cho các cuộn dây tương ứng. Điều này là cần thiết để tăng hiệu quả và sự ổn định của công việc, và tóm lại, để vắt kiệt tất cả sức mạnh có thể từ động cơ. Cảm biến thường được cài đặt 3 miếng. Nhưng sự hiện diện của các cảm biến làm phức tạp thiết bị của một động cơ không chổi than, chúng cần tiến hành thêm dây cho nguồn điện và dữ liệu.

Trong BDTT, nam châm vĩnh cửu gắn trên rôto được sử dụng để kích thích và stato là một neo. Hãy nhớ lại rằng trong các máy thu gom, nó là cách khác (rôto là một mỏ neo) và để kích thích trong CD, cả nam châm vĩnh cửu và nam châm điện (cuộn dây) đều được sử dụng.

Các nam châm được gắn với các cực xen kẽ, và theo đó số lượng của chúng xác định số lượng các cặp cực. Nhưng điều này không có nghĩa là có bao nhiêu nam châm, sau đó là bao nhiêu cặp cực. Một số nam châm có thể tạo thành một cực. Số vòng quay mỗi phút phụ thuộc vào số cực, như trường hợp với động cơ cảm ứng (và các loại khác). Đó là, từ một bộ điều khiển trên cùng một cài đặt, động cơ không chổi than với số cặp cực khác nhau sẽ quay với tốc độ khác nhau.

Các loại BDTT

Bây giờ hãy xem động cơ nam châm vĩnh cửu không chổi than là như thế nào. Chúng được phân loại theo hình dạng của EMF, thiết kế, cũng như sự hiện diện của các cảm biến vị trí cánh quạt. Vì vậy, có hai loại chính khác nhau ở dạng phản EMF, được tạo ra trong cuộn dây khi rôto quay:

• BLDC - trong đó có một hình thang chống EMF;
• PMSM - hình sin chống emf.

Lý tưởng nhất là chúng cần các nguồn năng lượng khác nhau (bộ điều khiển), nhưng trong thực tế chúng có thể thay thế cho nhau. Nhưng nếu bạn sử dụng bộ điều khiển có điện áp đầu ra hình chữ nhật hoặc hình thang với động cơ PMSM, bạn sẽ nghe thấy âm thanh đặc trưng, ​​tương tự như tiếng gõ trong khi quay.

Và theo thiết kế, động cơ DC không chổi than là:

• Với một cánh quạt bên trong. Đây là một đại diện quen thuộc hơn của động cơ điện, khi stato là một cơ thể, và trục nằm trong nó quay. Thông thường chúng được gọi là từ tiếng Anh "Inrunner". Tùy chọn này thường được sử dụng cho động cơ điện tốc độ cao.
• Với một cánh quạt bên ngoài. Ở đây, phần bên ngoài của động cơ quay với một trục được cố định với nó, trong các nguồn tiếng Anh, nó được gọi là ra out vượt trội. Mạch thiết bị này được sử dụng khi bạn cần thời điểm cao.

Thiết kế được chọn tùy thuộc vào lý do tại sao cần một động cơ không chổi than trong một ứng dụng cụ thể.

Công nghiệp hiện đại sản xuất động cơ không chổi than có và không có cảm biến vị trí cánh quạt. Thực tế là có nhiều cách để điều khiển BDTT, đối với một số trong số chúng cần có cảm biến vị trí, một số khác xác định vị trí bằng EMF trong cuộn dây,cái thứ ba chỉ đơn giản là cung cấp năng lượng cho các pha cần thiết và động cơ đồng bộ hóa độc lập với nguồn cung cấp như vậy và vào chế độ vận hành.

Đặc điểm chính của động cơ DC không chổi than:

1. Chế độ hoạt động - dài hạn hoặc ngắn hạn.
2. Điện áp hoạt động tối đa.
3. Dòng điện làm việc tối đa.
4. Công suất tối đa.
5. Số vòng quay tối đa, thường biểu thị không phải số vòng quay, nhưng KV - r / v, nghĩa là số vòng quay trên 1 volt của điện áp đặt vào (không tải trên trục). Để có được tốc độ tối đa - nhân số này với điện áp tối đa.
6. Điện trở của cuộn dây (càng nhỏ, hiệu suất càng cao), thường lên tới hàng trăm và một phần nghìn Ohm.
7. Góc trước pha (thời gian) là thời gian mà sau đó dòng điện trong cuộn dây đạt cực đại, điều này là do quy luật tự cảm và chuyển mạch của nó (dòng điện trong cuộn cảm không thể thay đổi ngay lập tức.

Sơ đồ hệ thống dây điện

Như đã đề cập ở trên, để vận hành động cơ không chổi than, bạn cần một bộ điều khiển đặc biệt. Trên AliExpress, bạn có thể tìm thấy cả bộ dụng cụ từ động cơ và bộ điều khiển, hoặc riêng biệt. Bộ điều khiển còn được gọi là ESC Motor hoặc Bộ điều khiển tốc độ điện. Chúng được chọn theo cường độ dòng điện cho tải.

Thông thường việc kết nối động cơ điện với bộ điều khiển là đơn giản và dễ hiểu ngay cả đối với người giả. Điều chính bạn cần biết là để thay đổi hướng quay, bạn cần thay đổi kết nối của bất kỳ hai pha nào, trên thực tế cũng như trong các động cơ không đồng bộ hoặc đồng bộ ba pha.

Mạng có một số giải pháp và sơ đồ kỹ thuật, cả phức tạp và cho người giả, mà bạn có thể thấy dưới đây.

Trong video này, tác giả cho biết làm thế nào để kết bạn với động cơ BC "Arduino".

Và trong video này, bạn sẽ tìm hiểu về các cách khác nhau để kết nối với các bộ điều khiển khác nhau và cách bạn có thể tự làm điều đó. Tác giả đã chứng minh điều này bằng một ví dụ về động cơ từ ổ cứng và một cặp trường hợp mạnh mẽ - người xâm nhập và người vượt trội.

Nhân tiện, chúng tôi cũng áp dụng sơ đồ từ video để lặp lại:

Động cơ không chổi than được sử dụng

Phạm vi của động cơ điện như vậy là trước thời hạn rộng. Chúng được sử dụng cả để điều khiển các cơ chế nhỏ: trong ổ đĩa CD, ổ đĩa DVD, ổ đĩa cứng và trong các thiết bị mạnh mẽ: pin và công cụ năng lượng (với nguồn cung cấp khoảng 12 V), các mô hình điều khiển bằng radio (ví dụ: quadrocopters), máy CNC để điều khiển cơ thể làm việc (thường là động cơ có điện áp định mức là 24 V hoặc 48V).

BDTT được sử dụng rộng rãi trong xe điện, hầu như tất cả các bánh xe hiện đại của xe máy điện, xe đạp, xe máy và ô tô đều là động cơ không chổi than. Nhân tiện, điện áp định mức của động cơ điện để vận chuyển nằm trong một phạm vi rộng, ví dụ, động cơ bánh xe đạp thường chạy từ 36V hoặc 48V, với các trường hợp ngoại lệ hiếm gặp và hơn thế nữa, và trong xe hơi, chẳng hạn, Toyota Prius là khoảng 120V, và trên chiếc Nissan Leaf - đến 400, trong khi sạc từ mạng 220 V (điều này được thực hiện bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi tích hợp).

Trên thực tế, phạm vi của động cơ điện không chổi than rất rộng, việc không có nút thu gom cho phép nó được sử dụng ở những nơi nguy hiểm, cũng như ở những nơi có độ ẩm cao, không sợ chập điện, châm ngòi hoặc cháy do lỗi của cụm bàn chải. Do hiệu quả cao và kích thước tổng thể tốt, họ đã tìm thấy ứng dụng trong ngành vũ trụ.

Ưu điểm và nhược điểm

Động cơ DC không chổi than, giống như các loại máy điện khác, có những ưu điểm và nhược điểm nhất định.

Ưu điểm của BDTT như sau:

• Nhờ kích thích bởi các nam châm vĩnh cửu mạnh mẽ (ví dụ neodymium), chúng vượt trội về mô-men xoắn và công suất và có kích thước nhỏ hơn động cơ cảm ứng. Những gì được sử dụng bởi hầu hết các nhà sản xuất xe điện - từ xe tay ga đến xe hơi.
• Không có lắp ráp bộ sưu tập bàn chải lấp lánh đòi hỏi phải bảo trì thường xuyên.
• Khi sử dụng bộ điều khiển chất lượng cao, không giống như cùng một đĩa CD, chúng không can thiệp vào mạng cấp điện, điều này đặc biệt quan trọng trong các thiết bị điều khiển vô tuyến và phương tiện có thiết bị điện tử tiên tiến trong mạng trên tàu.
• Hiệu quả hơn 80, thường xuyên hơn và 90%.
• Tốc độ quay cao, trong một số trường hợp lên tới 100.000 vòng / phút.

Nhưng có một điểm trừ đáng kể: một động cơ không chổi than không có bộ điều khiển chỉ là một miếng sắt với cuộn dây đồng. Anh ta sẽ không thể làm việc. Bộ điều khiển không rẻ và thường xuyên nhất chúng phải được đặt hàng trong các cửa hàng trực tuyến hoặc với AliExpress. Bởi vì điều này, không phải lúc nào cũng sử dụng động cơ BC trong các mô hình và thiết bị sản xuất tại nhà.

Bây giờ bạn đã biết động cơ DC không chổi than là gì, cách thức hoạt động và nơi sử dụng. Chúng tôi hy vọng bài viết của chúng tôi đã giúp bạn sắp xếp tất cả các vấn đề!

Tài liệu liên quan:

• Rôto và stato là gì
• Cách lắp ráp động cơ điện đơn giản nhất tại nhà
• Sự khác biệt giữa DC và AC