Motor corriente continua llamado motor electrico, alimentado por corriente continua. Si es necesario, obtenga un motor de alto par con velocidades relativamente bajas. Estructuralmente, los Inrunner son más simples debido a que un estator estacionario puede servir como carcasa. Se le pueden montar dispositivos de fijación. En el caso de los Outrunners, todo el exterior gira. La fijación del motor se realiza mediante un eje fijo o piezas del estator. En el caso de un motor de rueda, la fijación se realiza sobre el eje fijo del estator; los cables son conducidos al estator a través de un eje hueco de menos de 0,5 mm.

Motor corriente alterna llamado motor eléctrico alimentado por corriente alterna. Existen los siguientes tipos de motores de CA:

También existe un UKM (motor conmutador universal) con la función de funcionar tanto con corriente alterna como continua.

Otro tipo de motor es motor paso a paso con un número finito de posiciones del rotor. Una determinada posición específica del rotor se fija aplicando energía a los devanados correspondientes necesarios. Cuando la tensión de alimentación se elimina de un devanado y se transfiere a otros, se produce un proceso de transición a otra posición.

Un motor de CA cuando se alimenta a través de una red industrial generalmente no logra Velocidad de rotación de más de tres mil revoluciones por minuto.. Por este motivo, si es necesario, obtenga más altas frecuencias se utiliza un motor conmutador, beneficios adicionales que es ligero y compacto manteniendo la potencia requerida.

A veces también se utiliza un mecanismo de transmisión especial llamado multiplicador, que cambia los parámetros cinemáticos del dispositivo a los requeridos. indicadores técnicos. Las unidades de conmutador a veces ocupan hasta la mitad del espacio de todo el motor, por lo que los motores eléctricos de CA se reducen de tamaño y se hacen más livianos mediante el uso de un convertidor de frecuencia y, a veces, debido a la presencia de una red con una frecuencia aumentada de hasta 400 Hz.

La vida útil de cualquier motor asíncrono de CA es notablemente mayor que la de un motor de conmutador. esta determinado estado de aislamiento de devanados y cojinetes. Un motor síncrono, cuando se utiliza un inversor y un sensor de posición del rotor, se considera un análogo electrónico de un motor con escobillas clásico que admite el funcionamiento mediante corriente continua.

Motor CC sin escobillas. Información general y diseño del dispositivo.

Un motor de CC sin escobillas también se denomina motor de CC sin escobillas trifásico. Es un dispositivo síncrono, cuyo principio de funcionamiento se basa en la regulación de frecuencia autosincronizada, por lo que se produce un control vectorial (en función de la posición del rotor) campo magnético estator.

Los controladores de motor de este tipo suelen funcionar con tensión constante, de ahí su nombre. En la literatura técnica inglesa, un motor de válvula se denomina PMSM o BLDC.

El motor eléctrico sin escobillas fue creado principalmente para optimizar la potencia. cualquier motor de corriente continua generalmente. A solenoide Un dispositivo de este tipo (especialmente un micromotor de alta velocidad con posicionamiento preciso) tenía requisitos muy altos.

Esto, quizás, llevó al uso de dispositivos de corriente continua tan específicos, los motores trifásicos sin escobillas, también llamados motores BLDC. Son casi idénticos en diseño. motores sincrónicos corriente alterna, donde la rotación del rotor magnético se produce en un estator laminado convencional en presencia de devanados trifásicos, y el número de revoluciones depende del voltaje y la carga del estator. En función de determinadas coordenadas del rotor se conmutan diferentes devanados del estator.

Los motores de CC sin escobillas pueden existir sin sensores separados; sin embargo, a veces están presentes en el rotor, como un sensor Hall. Si el dispositivo funciona sin un sensor adicional, entonces Los devanados del estator sirven como elemento de fijación.. Luego, la corriente surge debido a la rotación del imán cuando el rotor induce una FEM en el devanado del estator.

Si uno de los devanados se apaga, la señal inducida se medirá y procesará posteriormente; sin embargo, este principio de funcionamiento es imposible sin un profesor de procesamiento de señales. Pero para invertir o frenar un motor eléctrico de este tipo, no se necesita un circuito puente; bastará con suministrar impulsos de control en secuencia inversa a los devanados del estator.

En un VD (motor conmutado), un inductor en forma de imán permanente se encuentra en el rotor y el devanado del inducido, en el estator. Según la posición del rotor, Se genera la tensión de alimentación de todos los devanados. motor eléctrico. Cuando se utiliza un colector en tales diseños, su función será realizada por un interruptor semiconductor en un motor interruptor.

La principal diferencia entre motores síncronos y de válvulas es la autosincronización de estos últimos mediante el DPR, que determina la velocidad de rotación proporcional del rotor y el campo.

Más a menudo motor eléctrico sin escobillas DC se utiliza en las siguientes áreas:

Estator

Este dispositivo tiene un diseño clásico y se parece al mismo dispositivo. máquina asíncrona. Incluye núcleo de bobinado de cobre(colocado alrededor del perímetro en ranuras), que determina el número de fases, y la carcasa. Por lo general, las fases seno y coseno son suficientes para la rotación y el arranque automático, sin embargo, el motor de la válvula a menudo se fabrica como trifásico o incluso cuatrofásico.

Motores eléctricos con marcha atrás. fuerza electromotriz Según el tipo de colocación de espiras en el devanado del estator, se dividen en dos tipos:

• forma sinusoidal;
• forma trapezoidal.

En los correspondientes tipos de motor, la corriente de fase eléctrica también cambia según el método de alimentación, de forma sinusoidal o trapezoidal.

Rotor

Normalmente, el rotor está formado por imanes permanentes con un número de pares de polos de dos a ocho, que, a su vez, se alternan de norte a sur o viceversa.

Los imanes de ferrita se consideran los más comunes y baratos para fabricar un rotor, pero su desventaja es nivel bajo inducción magnética Por lo tanto, dichos materiales ahora están siendo reemplazados por dispositivos hechos de aleaciones de varios elementos de tierras raras, ya que pueden proporcionar nivel alto inducción magnética, que, a su vez, permite reducir el tamaño del rotor.

RPD

El sensor de posición del rotor proporciona comentario. Según el principio de funcionamiento, el dispositivo se divide en los siguientes subtipos:

• inductivo;
• fotoeléctrico;
• Sensor de efecto Hall.

El último tipo ha ganado la mayor popularidad debido a su propiedades casi absolutas sin inercia y la capacidad de eliminar retrasos en los canales de retroalimentación según la posición del rotor.

Sistema de control

El sistema de control consta de interruptores de potencia, a veces también de tiristores o transistores de potencia, incluida una puerta aislada, que conduce a un conjunto inversor de corriente o inversor de tensión. El proceso de gestión de estas claves se implementa con mayor frecuencia. mediante el uso de un microcontrolador, que requiere una gran cantidad de operaciones computacionales para controlar el motor.

Principio de funcionamiento

El funcionamiento del motor consiste en que el controlador conmuta un cierto número de devanados del estator de tal manera que los vectores de los campos magnéticos del rotor y del estator sean ortogonales. Usando PWM (modulación de ancho de pulso) El controlador controla la corriente que fluye a través del motor. y regula el par ejercido sobre el rotor. La dirección de este momento actuante está determinada por la marca del ángulo entre los vectores. Los grados eléctricos se utilizan en los cálculos.

La conmutación debe realizarse de tal manera que F0 (flujo de excitación del rotor) se mantenga constante en relación con el flujo de la armadura. Con la interacción de dicha excitación y el flujo del inducido, se forma un par M, que tiende a girar el rotor y, en paralelo, asegura la coincidencia de la excitación y el flujo del inducido. Sin embargo, a medida que el rotor gira, se conmutan diferentes devanados bajo la influencia del sensor de posición del rotor, lo que hace que el flujo de la armadura gire hacia el siguiente paso.

En tal situación, el vector resultante se desplaza y se vuelve estacionario con respecto al flujo del rotor, lo que, a su vez, crea el par necesario en el eje del motor eléctrico.

Motor de control

El controlador de un motor de CC sin escobillas regula el par que actúa sobre el rotor cambiando la cantidad de modulación de ancho de pulso. La conmutación está controlada y realizado electrónicamente, a diferencia de un motor CC con escobillas convencional. También son comunes los sistemas de control que implementan modulación de ancho de pulso y algoritmos de control de ancho de pulso para el flujo de trabajo.

Motores encendidos control de vectores Proporciona el rango más amplio conocido para regular su propia velocidad. Regular esta velocidad, así como mantener el enlace de flujo en nivel requerido, se produce gracias al convertidor de frecuencia.

Una característica de la regulación de un accionamiento eléctrico basada en control vectorial es la presencia de coordenadas controladas. Ellos están en sistema fijo Y transformarse en giratorio, resaltando un valor constante proporcional a los parámetros controlados del vector, por lo que se forma una acción de control y luego una transición inversa.

A pesar de todas las ventajas de un sistema de este tipo, también va acompañado de una desventaja en forma de dificultad para controlar el dispositivo para regular la velocidad en un amplio rango.

Ventajas y desventajas

Hoy en día, en muchas industrias, este tipo de motor tiene una gran demanda, porque el motor eléctrico DC sin escobillas combina casi todo lo más mejores calidades Motores sin contacto y de otro tipo.

Las innegables ventajas de un motor de válvula son:

A pesar de importantes puntos positivos, V. motor de corriente continua sin escobillas También hay varias desventajas:

En base a lo anterior y la falta de desarrollo electronica moderna En la región, muchos todavía creen uso apropiado un motor asíncrono convencional con un convertidor de frecuencia.

Motor CC trifásico sin escobillas

Este tipo de motor tiene excelentes caracteristicas, especialmente cuando se realiza el control mediante sensores de posición. Si el momento de resistencia varía o se desconoce por completo, y también si es necesario conseguirlo. mayor par de arranque Se utiliza el control por sensor. Si el sensor no se utiliza (normalmente en ventiladores), el control le permite prescindir de la comunicación por cable.

Características del control de un motor trifásico sin escobillas sin sensor de posición:

Funciones de control motor trifásico sin escobillas con un sensor de posición tomando como ejemplo un sensor Hall:

Conclusión

El motor DC sin escobillas tiene muchas ventajas y se convertirá en una elección digna para uso tanto de especialistas como de gente corriente.

Los motores sin escobillas ofrecen potencia mejorada por kilogramo (peso neto) y amplia gama velocidad de rotación; La eficiencia de esta central eléctrica también es impresionante. Es importante que la instalación prácticamente no emita radiointerferencias. Esto le permite colocar junto a él equipos sensibles a interferencias sin temor por el correcto funcionamiento de todo el sistema.

El motor sin escobillas también se puede colocar y utilizar en agua, esto no lo afectará negativamente. Además, su diseño permite su ubicación en ambientes agresivos. Sin embargo, en este caso, conviene pensar de antemano en la ubicación de la unidad de control. Recuerde que solo con un funcionamiento cuidadoso y cuidadoso de la central eléctrica podrá funcionar en su producción de manera eficiente y sin problemas durante muchos años.

Los modos de funcionamiento a corto y largo plazo son básicos para las bases de datos. Por ejemplo, para una escalera mecánica o una cinta transportadora es adecuado un modo de funcionamiento a largo plazo, en el que el motor eléctrico funciona estáticamente durante un largo número de horas. Para un funcionamiento a largo plazo, se proporciona una mayor transferencia de calor externa: la liberación de calor al medio ambiente debe exceder la liberación de calor interna de la planta de energía.

En el modo de funcionamiento a corto plazo, el motor no debería tener tiempo de calentarse hasta el valor máximo de temperatura durante su funcionamiento, es decir, debe apagarse antes de este punto. Durante los descansos entre el encendido y el funcionamiento del motor, éste debe tener tiempo para enfriarse. Así es exactamente como funcionan los motores sin escobillas en mecanismos de elevación, afeitadoras eléctricas, secadores de pelo y otros equipos eléctricos modernos.

La resistencia del devanado del motor está relacionada con el coeficiente acción útil planta de energía. Se puede lograr la máxima eficiencia con la menor resistencia del devanado.

La tensión máxima de funcionamiento es el valor máximo de tensión que se puede aplicar al devanado del estator de una central eléctrica. El voltaje máximo de operación está directamente relacionado con velocidad máxima motor y el valor máximo de la corriente del devanado. Valor máximo La corriente del devanado está limitada por la posibilidad de sobrecalentamiento del devanado. Es por esta razón que una condición de funcionamiento opcional, pero recomendada, para motores eléctricos es la temperatura negativa. ambiente. Le permite compensar significativamente el sobrecalentamiento de la central eléctrica y aumentar la duración de su funcionamiento.

La potencia máxima del motor es la potencia máxima que el sistema puede alcanzar en unos segundos. Vale la pena considerar que trabajo largo motor eléctrico encendido poder maximo conducirá inevitablemente a un sobrecalentamiento del sistema y a un fallo en su funcionamiento.

La potencia nominal es la potencia que la central eléctrica puede desarrollar durante el período periódico permitido de funcionamiento declarado por el fabricante (una puesta en marcha).

El ángulo de avance de fase se proporciona en el motor eléctrico debido a la necesidad de compensar el retraso en el cambio de fase.

Equipos domésticos y médicos, modelos de aviones, dispositivos de cierre de tuberías para gasoductos y oleoductos: esto está lejos de ser Lista llenaÁreas de aplicación de motores DC sin escobillas (BD). Veamos el diseño y principio de funcionamiento de estos actuadores electromecánicos para comprender mejor sus ventajas y desventajas.

Información general, dispositivo, ámbito de aplicación.

Una de las razones del interés en BD es la creciente necesidad de micromotores de alta velocidad con posicionamiento preciso. La estructura interna de dichas unidades se muestra en la Figura 2.

Arroz. 2. Diseño de motor sin escobillas

Como puede ver, el diseño consta de un rotor (inducido) y un estator, el primero tiene un imán permanente (o varios imanes dispuestos en un orden determinado) y el segundo está equipado con bobinas (B) para crear un campo magnético. .

Cabe destacar que estos mecanismos electromagnéticos pueden ser con armadura interna (este tipo de diseño se puede ver en la Figura 2) o externa (ver Figura 3).

Arroz. 3. Diseño superador

En consecuencia, cada uno de los diseños tiene un ámbito de aplicación específico. Los dispositivos con armadura interna tienen alta velocidad rotación, por lo que se utilizan en sistemas de refrigeración como plantas de energía drones, etc Los actuadores de rotor externo se utilizan donde se requiere un posicionamiento preciso y resistencia al torque (robótica, equipos médicos, máquinas CNC, etc.).

Principio de funcionamiento

A diferencia de otros accionamientos, por ejemplo una máquina asíncrona de CA, el BD requiere un controlador especial para su funcionamiento, que enciende los devanados de tal manera que los vectores de los campos magnéticos del inducido y del estator sean ortogonales entre sí. Es decir, en esencia, el dispositivo controlador regula el par que actúa sobre el inducido del DB. Este proceso se demuestra claramente en la Figura 4.

Como se puede observar, para cada movimiento del inducido es necesario realizar una determinada conmutación en el devanado del estator de un motor tipo brushless. Este principio de funcionamiento no permite un control suave de la rotación, pero permite ganar impulso rápidamente.

Diferencias entre motores con y sin escobillas

El accionamiento tipo colector se diferencia del BD en que caracteristicas de diseño(ver Fig. 5.) y el principio de funcionamiento.

Arroz. 5. A – motor con escobillas, B – sin escobillas

Consideremos diferencias de diseño. En la Figura 5 se puede observar que el rotor (1 en la Fig. 5) de un motor tipo conmutador, a diferencia de uno sin escobillas, tiene bobinas con circuito simple El devanado y los imanes permanentes (generalmente dos) se instalan en el estator (2 en la Fig. 5). Además, se instala un conmutador en el eje, al que se conectan las escobillas, que suministran voltaje a los devanados del inducido.

Hablemos brevemente sobre el principio de funcionamiento. maquinas recolectoras. Cuando se aplica voltaje a una de las bobinas, se excita y se forma un campo magnético. Interactúa con magnetos permanentes, esto hace que giren la armadura y el colector colocado sobre ella. Como resultado, se suministra energía al otro devanado y el ciclo se repite.

La frecuencia de rotación de una armadura de este diseño depende directamente de la intensidad del campo magnético, que, a su vez, es directamente proporcional al voltaje. Es decir, para aumentar o disminuir la velocidad, basta con aumentar o disminuir el nivel de potencia. Y para invertir es necesario cambiar la polaridad. Este método de control no requiere un controlador especial, ya que el controlador de carrera se puede fabricar sobre la base resistencia variable, y un interruptor normal funcionará como inversor.

Discutimos las características de diseño de los motores sin escobillas en la sección anterior. Como recordarás, para conectarlos se requiere un controlador especial, sin el cual simplemente no funcionarán. Por la misma razón, estos motores no pueden utilizarse como generador.

También vale la pena señalar que en algunas unidades de este tipo para más gestión eficaz La posición del rotor se controla mediante sensores Hall. Esto mejora significativamente las características de los motores sin escobillas, pero aumenta el coste de un diseño que ya es caro.

¿Cómo arrancar un motor sin escobillas?

Para que este tipo de unidades funcionen, necesitará un controlador especial (ver Fig. 6). Sin él, el lanzamiento es imposible.

Arroz. 6. Controladores de motores sin escobillas para modelado.

No tiene sentido ensamblar un dispositivo de este tipo usted mismo; será más económico y confiable comprar uno ya hecho. Puedes seleccionarlo por las siguientes características, característica de los controladores de canal PWM:

• La intensidad de corriente máxima permitida, esta característica se da para el funcionamiento normal del dispositivo. Muy a menudo, los fabricantes indican este parámetro en el nombre del modelo (por ejemplo, Phoenix-18). En algunos casos, se proporciona un valor para un modo pico que el controlador puede mantener durante varios segundos.
• Tensión nominal máxima para funcionamiento continuo.
• Resistencia de los circuitos internos del controlador.
• La velocidad permitida se indica en rpm. Más allá de este valor, el controlador no permitirá aumentar la rotación (la limitación se implementa en nivel de programa). Tenga en cuenta que la velocidad siempre se indica para accionamientos de dos polos. Si hay más pares de polos, divida el valor por su número. Por ejemplo, el número indicado es 60000 rpm, por lo tanto, para 6 motor magnético la velocidad de rotación será 60000/3=20000 prm.
• La frecuencia de los pulsos generados, para la mayoría de los controladores, este parámetro varía de 7 a 8 kHz, más modelos caros le permitirá reprogramar el parámetro, incrementándolo a 16 o 32 kHz.

Tenga en cuenta que las tres primeras características determinan el poder de la base de datos.

Control de motores sin escobillas

Como se mencionó anteriormente, la conmutación de los devanados de accionamiento se controla electrónicamente. Para determinar cuándo cambiar, el conductor controla la posición del inducido mediante sensores Hall. Si el variador no está equipado con tales detectores, se tiene en cuenta la fuerza contraelectromotriz que se produce en las bobinas del estator desconectadas. El controlador, que es esencialmente un complejo hardware-software, supervisa estos cambios y establece el orden de conmutación.

Motor CC trifásico sin escobillas

La mayoría de las bases de datos se implementan en un diseño de tres fases. Para controlar dicho accionamiento, el controlador tiene un convertidor. voltaje CC en pulso trifásico (ver Fig. 7).

Figura 7. Diagramas de voltaje OBD

Para explicar cómo funciona un motor de válvula de este tipo, junto con la Figura 7, se debe considerar la Figura 4, que muestra a su vez todas las etapas de funcionamiento del variador. Anotémoslos:

1. Se aplica un impulso positivo a las bobinas “A”, mientras que se aplica un impulso negativo a “B”, como resultado la armadura se mueve. Los sensores registrarán su movimiento y enviarán una señal para el siguiente cambio.
2. La bobina "A" se apaga y un pulso positivo va a "C" ("B" permanece sin cambios), luego se envía una señal al siguiente conjunto de pulsos.
3. "C" es positiva, "A" es negativa.
4. Un par de obras “B” y “A”, que reciben impulsos positivos y negativos.
5. Se vuelve a aplicar un pulso positivo a “B” y un pulso negativo a “C”.
6. Se encienden las bobinas “A” (se suministra +) y se repite el pulso negativo en “C”. Luego el ciclo se repite.

En la aparente simplicidad del control hay muchas dificultades. Es necesario no sólo controlar la posición de la armadura para producir la siguiente serie de pulsos, sino también controlar la velocidad de rotación ajustando la corriente en las bobinas. Además, debes seleccionar los parámetros más óptimos para la aceleración y el frenado. También vale la pena recordar que el controlador debe estar equipado con una unidad que permita controlar su funcionamiento. Apariencia Un dispositivo multifuncional de este tipo se puede ver en la Figura 8.

Arroz. 8. Controlador de control de motor sin escobillas multifunción

Ventajas y desventajas

El motor eléctrico sin escobillas tiene muchas ventajas, a saber:

• La vida útil es significativamente más larga que la de los colectores convencionales.
• Alta eficiencia.
• Marcación rápida velocidad máxima rotación.
• Es más potente que el CD.
• La ausencia de chispas durante el funcionamiento permite utilizar el variador en condiciones de riesgo de incendio.
• No se requiere refrigeración adicional.
• Fácil de usar.

Ahora veamos las desventajas. Desventaja significativa, lo que limita el uso de la base de datos: son relativamente precio alto(incluido el precio del conductor). Entre los inconvenientes está la imposibilidad de utilizar la base de datos sin un controlador, incluso para una activación a corto plazo, por ejemplo, para comprobar su funcionalidad. Reparaciones problemáticas, especialmente si es necesario rebobinar.

El principio de funcionamiento de un motor CC sin escobillas (BCDC) se conoce desde hace mucho tiempo y los motores sin escobillas siempre han sido una alternativa interesante a las soluciones tradicionales. A pesar de esto, similares coches eléctricos encontrado sólo en el siglo XXI aplicación amplia en tecnología. El factor decisivo para su generalización fue la reducción múltiple del coste de la electrónica de control del accionamiento BDKP.

Problemas con motores con escobillas.

En un nivel fundamental, el trabajo de cualquier motor eléctrico es convertir energía eléctrica a mecánico. Hay dos fenómenos físicos principales que subyacen al diseño de máquinas eléctricas:

El motor está diseñado de tal manera que los campos magnéticos creados en cada uno de los imanes siempre interactúan entre sí, dando rotación al rotor. Motor eléctrico tradicional DC consta de cuatro partes principales:

• estator (un elemento estacionario con un anillo de imanes);
• armadura (elemento giratorio con devanados);
• escobillas de carbón;
• coleccionista.

Este diseño prevé la rotación de la armadura y el conmutador en el mismo eje en relación con las escobillas estacionarias. La corriente pasa desde la fuente a través del resorte. buen contacto escobillas al conmutador, que distribuye la electricidad entre los devanados del inducido. El campo magnético inducido en este último interactúa con los imanes del estator, lo que hace que el estator gire.

Principal desventaja motor tradicional es que el contacto mecánico de las escobillas no puede garantizarse sin fricción. A medida que aumenta la velocidad, el problema se vuelve más pronunciado. La unidad colectora se desgasta con el tiempo y, además, es propensa a generar chispas y es capaz de ionizarse. aire ambiente. Así, a pesar de la sencillez y el bajo coste de producción, Estos motores eléctricos tienen algunas desventajas insuperables:

• desgaste del cepillo;
• ruido eléctrico debido a la formación de arcos;
• restricciones de velocidad máxima;
• Dificultades para enfriar un electroimán giratorio.

La llegada de la tecnología de procesadores y los transistores de potencia permitió a los diseñadores abandonar la unidad de conmutación mecánica y cambiar el papel del rotor y el estator en un motor eléctrico de CC.

Principio de funcionamiento del BDKP

En un motor eléctrico sin escobillas, a diferencia de su predecesor, el papel interruptor mecánico Realiza un convertidor electrónico. Esto permite implementar un circuito BDKP "de adentro hacia afuera": sus devanados están ubicados en el estator, lo que elimina la necesidad de un colector.

En otras palabras, la principal diferencia fundamental entre motor clasico y BDKP es que en lugar de imanes estacionarios y bobinas giratorias, estas últimas se componen de devanados estacionarios e imanes giratorios. A pesar de que la conmutación en sí se produce de manera similar, su implementación física en unidades sin escobillas es mucho más compleja.

La cuestión principal es el control preciso del motor sin escobillas, que implica secuencia correcta y frecuencia de conmutación de secciones de devanado individuales. Este problema sólo tiene solución constructiva si es posible determinar continuamente la posición actual del rotor.

Los datos necesarios para el tratamiento electrónico se obtienen de dos formas:

• detectar la posición absoluta del eje;
• midiendo el voltaje inducido en los devanados del estator.

Para implementar el control de la primera forma, se utilizan con mayor frecuencia pares ópticos o sensores Hall montados fijamente en el estator, que responden al flujo magnético del rotor. La ventaja principal sistemas similares recopilar información sobre la posición del eje es su rendimiento incluso con muy bajas velocidades y en reposo.

El control sin sensores requiere al menos una rotación mínima del rotor para evaluar el voltaje en las bobinas. Por lo tanto, en tales diseños, se proporciona un modo para arrancar el motor a velocidades en las que se puede estimar el voltaje en los devanados, y el estado de reposo se prueba analizando la influencia del campo magnético en los pulsos de corriente de prueba que pasan a través de las bobinas.

A pesar de todas las dificultades de diseño enumeradas, los motores sin escobillas están ganando cada vez más popularidad debido a su rendimiento y a un conjunto de características inaccesibles a los motores con escobillas. Una breve lista de las principales ventajas de BDKP sobre los clásicos se ve así:

• sin pérdida de energía mecánica debido a la fricción del cepillo;
• funcionamiento comparativamente silencioso;
• facilidad de aceleración y desaceleración de la rotación debido a la baja inercia del rotor;
• control de rotación de precisión;
• la posibilidad de organizar el enfriamiento debido a la conductividad térmica;
• capacidad para trabajar a altas velocidades;
• durabilidad y confiabilidad.

Aplicaciones actuales y perspectivas

Hay muchos dispositivos para los que resulta beneficioso aumentar el tiempo de actividad. vital importancia. En dichos equipos, el uso de BDKP siempre está justificado, a pesar de su coste relativamente elevado. Estos pueden ser agua y bombas de combustible, turbinas de refrigeración para aires acondicionados y motores, etc. Los motores sin escobillas se utilizan en muchos modelos de eléctricos. Vehículo. Actualmente, la industria del automóvil ha comenzado a prestar seriamente atención a los motores sin escobillas.

Los BDKP son ideales para unidades pequeñas que funcionan en condiciones difíciles o con alta precisión: alimentadores y cintas transportadoras, robots industriales, sistemas de posicionamiento. Hay sectores en los que los motores sin escobillas dominan sin alternativa: discos duros, bombas, ventiladores silenciosos, pequeños Accesorios, Unidades de CD/DVD. El bajo peso y la alta potencia también han convertido al BDKP en la base para la producción de modernas herramientas manuales a batería.

Se puede decir que actualmente se están logrando avances significativos en el campo de los propulsores eléctricos. La continua caída de los precios de la electrónica digital ha dado lugar a una tendencia hacia el uso generalizado de motores sin escobillas en lugar de los tradicionales.

Equipos domésticos y médicos, modelismo aeronáutico, accionamientos de cierre de tuberías para gasoductos y oleoductos: esta no es una lista completa de las áreas de aplicación de los motores de CC sin escobillas (BD). Veamos el diseño y principio de funcionamiento de estos actuadores electromecánicos para comprender mejor sus ventajas y desventajas.

Información general, dispositivo, ámbito de aplicación.

Una de las razones del interés en BD es la creciente necesidad de micromotores de alta velocidad con posicionamiento preciso. La estructura interna de dichas unidades se muestra en la Figura 2.

Arroz. 2. Diseño de motor sin escobillas

Como puede ver, el diseño consta de un rotor (inducido) y un estator, el primero tiene un imán permanente (o varios imanes dispuestos en un orden determinado) y el segundo está equipado con bobinas (B) para crear un campo magnético. .

Cabe destacar que estos mecanismos electromagnéticos pueden ser con armadura interna (este tipo de diseño se puede ver en la Figura 2) o externa (ver Figura 3).

Arroz. 3. Diseño superador

En consecuencia, cada uno de los diseños tiene un ámbito de aplicación específico. Los dispositivos con armadura interna tienen una alta velocidad de rotación, por lo que se utilizan en sistemas de refrigeración, como centrales eléctricas para drones, etc. Los actuadores de rotor externo se utilizan donde se requiere un posicionamiento preciso y resistencia al torque (robótica, equipos médicos, máquinas CNC, etc.).

Principio de funcionamiento

A diferencia de otros accionamientos, por ejemplo una máquina asíncrona de CA, el BD requiere un controlador especial para su funcionamiento, que enciende los devanados de tal manera que los vectores de los campos magnéticos del inducido y del estator sean ortogonales entre sí. Es decir, en esencia, el dispositivo controlador regula el par que actúa sobre el inducido del DB. Este proceso se demuestra claramente en la Figura 4.

Como se puede observar, para cada movimiento del inducido es necesario realizar una determinada conmutación en el devanado del estator de un motor tipo brushless. Este principio de funcionamiento no permite un control suave de la rotación, pero permite ganar impulso rápidamente.

Diferencias entre motores con y sin escobillas

El accionamiento tipo colector se diferencia del BD tanto en las características de diseño (ver Fig. 5) como en el principio de funcionamiento.

Arroz. 5. A – motor con escobillas, B – sin escobillas

Veamos las diferencias de diseño. En la Figura 5 se puede ver que el rotor (1 en la Fig. 5) de un motor tipo conmutador, a diferencia de uno sin escobillas, tiene bobinas con un circuito de devanado simple, y en el estator (2) se instalan imanes permanentes (generalmente dos). en la figura 5). Además, se instala un conmutador en el eje, al que se conectan las escobillas, que suministran voltaje a los devanados del inducido.

Hablemos brevemente sobre el principio de funcionamiento de las máquinas recolectoras. Cuando se aplica voltaje a una de las bobinas, se excita y se forma un campo magnético. Interactúa con imanes permanentes, lo que hace que giren la armadura y el colector colocado sobre ella. Como resultado, se suministra energía al otro devanado y el ciclo se repite.

La frecuencia de rotación de una armadura de este diseño depende directamente de la intensidad del campo magnético, que, a su vez, es directamente proporcional al voltaje. Es decir, para aumentar o disminuir la velocidad, basta con aumentar o disminuir el nivel de potencia. Y para invertir es necesario cambiar la polaridad. Este método de control no requiere un controlador especial, ya que el controlador de velocidad se puede fabricar sobre la base de una resistencia variable y un interruptor normal funcionará como inversor.

Discutimos las características de diseño de los motores sin escobillas en la sección anterior. Como recordarás, para conectarlos se requiere un controlador especial, sin el cual simplemente no funcionarán. Por la misma razón, estos motores no pueden utilizarse como generador.

También vale la pena señalar que en algunos accionamientos de este tipo, para un control más eficiente, las posiciones del rotor se monitorean mediante sensores Hall. Esto mejora significativamente las características de los motores sin escobillas, pero aumenta el coste de un diseño que ya es caro.

¿Cómo arrancar un motor sin escobillas?

Para que este tipo de unidades funcionen, necesitará un controlador especial (ver Fig. 6). Sin él, el lanzamiento es imposible.

Arroz. 6. Controladores de motores sin escobillas para modelado.

No tiene sentido ensamblar un dispositivo de este tipo usted mismo; será más económico y confiable comprar uno ya hecho. Puede seleccionarlo en función de las siguientes características características de los controladores de canal PWM:

• La intensidad de corriente máxima permitida, esta característica se da para el funcionamiento normal del dispositivo. Muy a menudo, los fabricantes indican este parámetro en el nombre del modelo (por ejemplo, Phoenix-18). En algunos casos, se proporciona un valor para un modo pico que el controlador puede mantener durante varios segundos.
• Tensión nominal máxima para funcionamiento continuo.
• Resistencia de los circuitos internos del controlador.
• La velocidad permitida se indica en rpm. Más allá de este valor, el controlador no permitirá aumentar la rotación (la limitación se implementa a nivel de software). Tenga en cuenta que la velocidad siempre se indica para accionamientos de dos polos. Si hay más pares de polos, divida el valor por su número. Por ejemplo, se indica el número 60000 rpm, por lo tanto, para un motor de 6 imanes la velocidad de rotación será 60000/3=20000 pm.
• La frecuencia de los pulsos generados, para la mayoría de los controladores, este parámetro oscila entre 7 y 8 kHz; los modelos más caros permiten reprogramar el parámetro incrementándolo a 16 o 32 kHz.

Tenga en cuenta que las tres primeras características determinan el poder de la base de datos.

Control de motores sin escobillas

Como se mencionó anteriormente, la conmutación de los devanados de accionamiento se controla electrónicamente. Para determinar cuándo cambiar, el conductor controla la posición del inducido mediante sensores Hall. Si el variador no está equipado con tales detectores, se tiene en cuenta la fuerza contraelectromotriz que se produce en las bobinas del estator desconectadas. El controlador, que es esencialmente un complejo hardware-software, supervisa estos cambios y establece el orden de conmutación.

Motor CC trifásico sin escobillas

La mayoría de las bases de datos se implementan en un diseño de tres fases. Para controlar dicho variador, el controlador tiene un convertidor de pulsos de CC a trifásico (ver Fig. 7).

Figura 7. Diagramas de voltaje OBD

Para explicar cómo funciona un motor de válvula de este tipo, junto con la Figura 7, se debe considerar la Figura 4, que muestra a su vez todas las etapas de funcionamiento del variador. Anotémoslos:

1. Se aplica un impulso positivo a las bobinas “A”, mientras que se aplica un impulso negativo a “B”, como resultado la armadura se mueve. Los sensores registrarán su movimiento y enviarán una señal para el siguiente cambio.
2. La bobina "A" se apaga y un pulso positivo va a "C" ("B" permanece sin cambios), luego se envía una señal al siguiente conjunto de pulsos.
3. "C" es positiva, "A" es negativa.
4. Un par de obras “B” y “A”, que reciben impulsos positivos y negativos.
5. Se vuelve a aplicar un pulso positivo a “B” y un pulso negativo a “C”.
6. Se encienden las bobinas “A” (se suministra +) y se repite el pulso negativo en “C”. Luego el ciclo se repite.

En la aparente simplicidad del control hay muchas dificultades. Es necesario no sólo controlar la posición de la armadura para producir la siguiente serie de pulsos, sino también controlar la velocidad de rotación ajustando la corriente en las bobinas. Además, debes seleccionar los parámetros más óptimos para la aceleración y el frenado. También vale la pena recordar que el controlador debe estar equipado con una unidad que permita controlar su funcionamiento. El aspecto de un dispositivo multifuncional de este tipo se puede ver en la Figura 8.

Arroz. 8. Controlador de control de motor sin escobillas multifunción

Ventajas y desventajas

El motor eléctrico sin escobillas tiene muchas ventajas, a saber:

• La vida útil es significativamente más larga que la de los colectores convencionales.
• Alta eficiencia.
• Establezca rápidamente la velocidad máxima de rotación.
• Es más potente que el CD.
• La ausencia de chispas durante el funcionamiento permite utilizar el variador en condiciones de riesgo de incendio.
• No se requiere refrigeración adicional.
• Fácil de usar.

Ahora veamos las desventajas. Un inconveniente importante que limita el uso de bases de datos es su coste relativamente elevado (incluido el precio del controlador). Entre los inconvenientes está la imposibilidad de utilizar la base de datos sin un controlador, incluso para una activación a corto plazo, por ejemplo, para comprobar su funcionalidad. Reparaciones problemáticas, especialmente si es necesario rebobinar.