هنگامی که من شروع به توسعه یک واحد کنترل برای یک موتور بدون جاروبک (موتور چرخ) کردم، سوالات زیادی در مورد نحوه مقایسه یک موتور واقعی با یک مدار انتزاعی از سه سیم پیچ و آهنربا وجود داشت، که به طور معمول، همه اصل بدون جاروبک را توضیح می دهند. کنترل موتورها

وقتی کنترل توسط سنسورهای هال را اجرا کردم، هنوز واقعاً متوجه نشدم که فراتر از سه سیم پیچ و دو قطب انتزاعی در موتور چه اتفاقی می‌افتد: چرا 120 درجه و چرا الگوریتم کنترل دقیقاً یکسان است.

زمانی که من شروع به درک ایده کنترل بدون حسگر یک موتور بدون جاروبک کردم همه چیز سر جای خود قرار گرفت - درک فرآیندی که در یک قطعه سخت افزار واقعی انجام می شود به توسعه سخت افزار و درک الگوریتم کنترل کمک کرد.

در زیر سعی خواهم کرد مسیر خود را برای درک اصل کنترل موتور DC بدون جاروبک شرح دهم.

برای کارکرد یک موتور بدون جاروبک، لازم است که میدان مغناطیسی ثابت روتور توسط میدان الکترومغناطیسی دوار استاتور مانند موتورهای DC معمولی از بین برود.

چرخش میدان مغناطیسی استاتور با تعویض سیم پیچ ها با استفاده از یک واحد کنترل الکترونیکی انجام می شود.
طراحی موتور براشلس شبیه موتور سنکرون است، اگر موتور براشلس را به یک شبکه AC سه فاز که پارامترهای الکتریکی موتور را برآورده می کند وصل کنید، کار می کند.

کموتاسیون خاصی از سیم‌پیچ‌های یک موتور بدون جاروبک به آن اجازه می‌دهد تا از منبع جریان مستقیم کنترل شود. برای درک نحوه ساخت جدول کموتاسیون برای یک موتور براشلس، لازم است کنترل یک ماشین سنکرون AC را در نظر بگیرید.

ماشین سنکرون
ماشین سنکرون از یک شبکه سه فاز AC کنترل می شود. موتور دارای 3 سیم پیچ الکتریکی است که با 120 درجه برق جبران شده است.

با راه اندازی یک موتور سه فاز در حالت ژنراتور، یک میدان مغناطیسی ثابت بر روی هر یک از سیم پیچ های موتور یک EMF القاء می کند، سیم پیچ های موتور به طور مساوی توزیع می شوند، یک ولتاژ سینوسی در هر یک از فازها القا می شود و این سیگنال ها 1/3 دوره بین خود جابجا شدند (شکل 1). شکل EMF طبق یک قانون سینوسی تغییر می کند، دوره سینوسی 2P (360) است، از آنجایی که ما با کمیت های الکتریکی (EMF، ولتاژ، جریان) سر و کار داریم، آن را درجات الکتریکی می نامیم و دوره را در اندازه گیری می کنیم. آنها

هنگامی که یک ولتاژ سه فاز به موتور اعمال می شود، در هر لحظه از زمان، قدرت جریان مشخصی در هر سیم پیچ وجود دارد.

شکل 1. نمای سیگنال یک منبع AC سه فاز.

هر سیم پیچ یک بردار میدان مغناطیسی متناسب با جریان در سیم پیچ ایجاد می کند. با اضافه کردن 3 بردار، می توانید بردار حاصل از میدان مغناطیسی را بدست آورید. از آنجایی که با گذشت زمان جریان روی سیم‌پیچ‌های موتور طبق یک قانون سینوسی تغییر می‌کند، بزرگی بردار میدان مغناطیسی هر سیم‌پیچ تغییر می‌کند و بردار کل حاصل، زاویه چرخش را تغییر می‌دهد، در حالی که بزرگی این بردار ثابت می‌ماند.

شکل 2. یک دوره الکتریکی یک موتور سه فاز.

شکل 2 یک دوره الکتریکی یک موتور سه فاز را نشان می دهد، برای این دوره 3 لحظه دلخواه نشان داده شده است، به منظور ایجاد در هر یک از این ممان های بردار میدان مغناطیسی، این دوره را 360 درجه الکتریکی روی یک دایره به تعویق می اندازیم. 3 سیم پیچ موتور را با 120 درجه الکتریکی نسبت به یکدیگر جابجا کنید (شکل 3).

شکل 3. لحظه 1. بردارهای میدان مغناطیسی هر سیم پیچ (چپ) و بردار میدان مغناطیسی حاصل (راست).

بردار میدان مغناطیسی تولید شده توسط سیم پیچ موتور در امتداد هر یک از فازها رسم می شود. جهت بردار با جهت جریان مستقیم در سیم پیچ تعیین می شود، اگر ولتاژ اعمال شده به سیم پیچ مثبت باشد، بردار در جهت مخالف سیم پیچ هدایت می شود، اگر منفی باشد، سپس در امتداد سیم پیچ. بزرگی بردار متناسب با بزرگی ولتاژ روی فاز در یک لحظه معین است.
برای به دست آوردن بردار میدان مغناطیسی حاصل، باید داده های بردار را طبق قانون جمع بردار اضافه کرد.
ساخت و ساز برای لحظات دوم و سوم از زمان مشابه است.

شکل 4. لحظه 2. بردارهای میدان مغناطیسی هر سیم پیچ (چپ) و بردار میدان مغناطیسی حاصل (راست).

بنابراین، با گذشت زمان، بردار حاصل به آرامی جهت خود را تغییر می دهد، شکل 5 بردارهای حاصل را نشان می دهد و چرخش کامل میدان مغناطیسی استاتور را در یک دوره الکتریکی نشان می دهد.

شکل 5. نمای میدان مغناطیسی دوار ایجاد شده توسط سیم پیچ های روی استاتور موتور.

در پشت این بردار میدان مغناطیسی الکتریکی، میدان مغناطیسی آهنرباهای دائمی روتور در هر لحظه از زمان دور می‌شود (شکل 6).

شکل 6. آهنربای دائمی (روتور) جهت میدان مغناطیسی تولید شده توسط استاتور را دنبال می کند.

دستگاه AC سنکرون اینگونه کار می کند.

با داشتن منبع جریان مستقیم، لازم است به طور مستقل یک دوره الکتریکی با تغییر جهت جریان در سه سیم پیچ موتور تشکیل شود. از آنجایی که طراحی موتور براشلس همانند موتور سنکرون است، پارامترهای آن در حالت ژنراتور یکسان است، لازم است از شکل 5 شروع کنیم که میدان مغناطیسی دوار ایجاد شده را نشان می دهد.

فشار ثابت
منبع تغذیه DC تنها دارای 2 سیم "بعلاوه توان" و "منهای توان" است که به این معنی است که امکان تامین ولتاژ تنها به دو عدد از سه سیم پیچ وجود دارد. لازم است به شکل 5 تقریب زده شود و تمام لحظاتی که امکان اتصال 2 فاز از سه فاز وجود دارد را انتخاب کنید.

تعداد جایگشت ها از مجموعه 3 6 است، بنابراین، 6 گزینه برای اتصال سیم پیچ ها وجود دارد.
بیایید گزینه های ممکن برای جابجایی ها را به تصویر بکشیم و دنباله ای را انتخاب کنیم که در آن بردار قدم به قدم بیشتر بچرخد تا زمانی که به پایان دوره برسد و دوباره شروع شود.

دوره الکتریکی از اولین بردار محاسبه خواهد شد.

شکل 7. نمای شش بردار میدان مغناطیسی که می توان از منبع جریان مستقیم با تغییر دو سیم پیچ از سه سیم پیچ ایجاد کرد.

شکل 5 نشان می دهد که هنگام کنترل یک ولتاژ سینوسی سه فاز، بردارهای زیادی وجود دارد که به آرامی در طول زمان می چرخند، و هنگام سوئیچینگ با جریان مستقیم، می توان یک میدان چرخشی از 6 بردار به دست آورد، یعنی تغییر به مرحله بعدی. باید هر 60 درجه الکتریکی رخ دهد.
نتایج حاصل از شکل 7 در جدول 1 خلاصه شده است.

جدول 1. توالی حاصل از کموتاسیون سیم پیچ های موتور.

نمای سیگنال کنترل حاصل مطابق با جدول 1 در شکل 8 نشان داده شده است. جایی که -V به منهای منبع تغذیه (GND) و + V به مثبت منبع تغذیه تغییر می کند.

شکل 8. نمای سیگنال های کنترلی از یک منبع DC برای یک موتور بدون جاروبک. زرد - فاز W، آبی - U، قرمز - V.

با این حال، تصویر واقعی از فازهای موتور مشابه سیگنال سینوسی شکل 1 خواهد بود. سیگنال شکل ذوزنقه ای دارد، زیرا در لحظاتی که سیم پیچ موتور متصل نیست، آهنرباهای دائمی روتور یک EMF را بر روی آن القا می کنند. (شکل 9).

شکل 9. نمای سیگنال از سیم پیچ های یک موتور بدون جاروبک در حالت کار.

در اسیلوسکوپ، به این صورت است:

شکل 10. نمای پنجره اسیلوسکوپ هنگام اندازه گیری یک فاز موتور.

ویژگی های طراحی
همانطور که قبلا ذکر شد، برای 6 سوئیچینگ سیم پیچ، یک دوره الکتریکی 360 درجه الکتریکی تشکیل می شود.
لازم است این دوره را با زاویه چرخش واقعی روتور مرتبط کنیم. موتورهای دارای یک جفت قطب و استاتور سه دندانه به ندرت استفاده می شوند؛ موتورها دارای N جفت قطب هستند.
شکل 11 مدل های موتور یک جفت قطب و دو جفت قطب را نشان می دهد.

آ. ب
شکل 11. مدل یک موتور با یک جفت قطب (الف) و دو (ب).

یک موتور با دو جفت قطب دارای 6 سیم پیچ است که هر یک از سیم پیچ ها یک جفت است، هر گروه از 3 سیم پیچ 120 درجه الکتریکی از یکدیگر فاصله دارند. شکل 12 ب. یک دوره برای 6 سیم پیچ به تاخیر افتاد. سیم پیچ های U1-U2، V1-V2، W1-W2 به هم متصل هستند و در طراحی آنها سیم خروجی 3 فاز را نشان می دهند. برای سادگی، اتصالات نشان داده نمی شوند، اما به یاد داشته باشید که U1-U2، V1-V2، W1-W2 یکسان هستند.

شکل 12، بر اساس داده های جدول 1، بردارهای یک و دو جفت قطب را نشان می دهد.

آ. ب
شکل 12. شماتیک بردارهای میدان مغناطیسی برای یک موتور با یک (a) و دو (b) جفت قطب.

شکل 13 بردارهای ایجاد شده توسط 6 تغییر سیم پیچ موتور با یک جفت قطب را نشان می دهد. روتور از آهنرباهای دائمی تشکیل شده است که در 6 مرحله روتور 360 درجه مکانیکی می چرخد.
شکل موقعیت های انتهایی روتور را نشان می دهد، در فواصل بین دو موقعیت مجاور، روتور از حالت سوئیچ قبلی به حالت سوئیچ بعدی می چرخد. هنگامی که روتور به این موقعیت پایانی رسید، سوئیچینگ بعدی باید انجام شود و روتور به موقعیت هدف جدیدی تمایل پیدا می کند تا بردار میدان مغناطیسی آن با بردار میدان الکترومغناطیسی استاتور هم جهت شود.

شکل 13. موقعیت های انتهایی روتور برای کموتاسیون شش مرحله ای یک موتور بدون جاروبک با یک جفت قطب.

در موتورهای با N جفت قطب، N دوره الکتریکی باید برای یک چرخش مکانیکی کامل سپری شود.
یک موتور با دو جفت قطب دارای دو آهنربا با قطب های S و N و 6 سیم پیچ خواهد بود (شکل 14). هر گروه از 3 سیم پیچ با 120 درجه الکتریکی از یکدیگر جدا می شوند.

شکل 14. موقعیت های انتهایی روتور در یک کموتاسیون شش مرحله ای یک موتور براشلس با دو جفت قطب.

تعیین موقعیت روتور موتور براشلس
همانطور که قبلا ذکر شد برای کارکرد موتور لازم است ولتاژ را در زمان های مناسب به سیم پیچ های استاتور مورد نیاز وصل کنید. ولتاژ باید بسته به موقعیت روتور به سیم پیچ های موتور اعمال شود تا میدان مغناطیسی استاتور همیشه جلوتر از میدان مغناطیسی روتور باشد. یک واحد کنترل الکترونیکی برای تعیین موقعیت روتور موتور و سوئیچینگ سیم پیچ ها استفاده می شود.
ردیابی موقعیت روتور به چند روش امکان پذیر است:
1. توسط سنسورهای هال
2. توسط EMF پشت
به عنوان یک قاعده، سازندگان موتور را به سنسورهای هال در زمان انتشار مجهز می کنند، بنابراین این رایج ترین روش کنترل است.
تعویض سیم پیچ ها مطابق با سیگنال های EMF پشتی به شما امکان می دهد سنسورهای تعبیه شده در موتور را رها کنید و از تجزیه و تحلیل فاز آزاد موتور به عنوان سنسور استفاده کنید که توسط میدان مغناطیسی EMF پشتی القا می شود.

کنترل موتور بدون جاروبک سنسور هال
برای تعویض سیم پیچ ها در زمان های مناسب، لازم است موقعیت روتور را در درجات الکتریکی ردیابی کنید. برای این کار از سنسورهای هال استفاده می شود.
از آنجایی که بردار میدان مغناطیسی 6 حالت دارد، به 3 حسگر هال نیاز است که نشان دهنده یک رمزگذار مطلق با خروجی سه بیتی است. سنسورهای هال مانند سیم پیچ ها نصب می شوند که 120 درجه الکتریکی از یکدیگر فاصله دارند. این به آهنرباهای روتور اجازه می دهد تا به عنوان عنصر محرک سنسور استفاده شوند.

شکل 15. سیگنال های سنسورهای هال برای یک دور الکتریکی موتور.

برای چرخاندن موتور لازم است که میدان مغناطیسی استاتور جلوتر از میدان مغناطیسی روتور باشد، موقعیتی که بردار میدان مغناطیسی روتور هم جهت با بردار میدان مغناطیسی استاتور برای یک کموتاسیون معین محدود است، در این لحظه است که برای جلوگیری از معلق ماندن روتور در یک موقعیت ثابت، تعویض به ترکیب بعدی باید انجام شود.
بیایید سیگنال های سنسورهای هال را با ترکیبی از فازهایی که باید متصل شوند مقایسه کنیم (جدول 2)

جدول 2. مقایسه سیگنال های سنسور هال با کموتاسیون فاز موتور.

موقعیت موتور	HU (1)	HV (2)	HW (3)	U	V	دبلیو
0	0	0	1	0	-	+
	1	0	1	+	-	0
	1	0	0	+	0	-
	1	1	0	0	+	-
	0	1	0	-	+	0
360 / N	0	1	1	-	0	+

با چرخش یکنواخت موتور، سیگنالی از سنسورها دریافت می شود که 1/6 از دوره، 60 درجه الکتریکی جابجا می شود (شکل 16).

شکل 16. نمای سیگنال از سنسورهای هال.

کنترل EMF پشت
موتورهای براشلس بدون سنسور موقعیت وجود دارد. تعیین موقعیت روتور با تجزیه و تحلیل سیگنال EMF در فاز آزاد موتور انجام می شود. در هر لحظه از زمان، "+" به یکی از فازها به "-" دیگر منبع تغذیه متصل می شود، یکی از فازها آزاد می ماند. با چرخش، میدان مغناطیسی روتور EMF را در سیم پیچ آزاد القا می کند. با پیشرفت چرخش، ولتاژ فاز آزاد تغییر می کند (شکل 17).

شکل 17. تغییر ولتاژ در فاز موتور.

سیگنال سیم پیچ موتور به 4 نقطه تقسیم می شود:
1. سیم پیچ به 0 متصل است
2. سیم پیچ متصل نیست (فاز آزاد)
3. سیم پیچ به ولتاژ تغذیه متصل است
4. سیم پیچ متصل نیست (فاز آزاد)
با مقایسه سیگنال فازها با سیگنال کنترل، می توان دریافت که لحظه انتقال به حالت بعدی را می توان با عبور از نقطه میانی (نصف ولتاژ تغذیه) با فازی که در لحظه متصل نیست، تشخیص داد (شکل 18).

شکل 18. مقایسه سیگنال کنترل با سیگنال روی فازهای موتور.

پس از تشخیص تقاطع، باید مکث کرد و حالت بعدی را روشن کرد. با توجه به این شکل، الگوریتمی برای تغییر حالت سیم پیچ ها تدوین شده است (جدول 3).

جدول 3. الگوریتم سوئیچینگ سیم پیچ موتور

وضعیت فعلی	U	V	دبلیو	حالت بعدی
1	-		+	2
2		-	+	3
3	+	-	در انتظار عبور از نقطه میانی از + به -	4
4	+	در انتظار عبور از نقطه میانی از - به +	-	5
5	در انتظار عبور از نقطه میانی از + به -	+	-	6
6	-	+	در انتظار عبور از نقطه میانی از - به +	1

تشخیص تقاطع نقطه میانی با مقایسه کننده ساده تر است، یک ورودی مقایسه کننده با ولتاژ نقطه میانی و دیگری با ولتاژ فاز فعلی تامین می شود.

شکل 19. تشخیص نقطه میانی توسط مقایسه کننده.

مقایسه کننده زمانی فعال می شود که ولتاژ از نقطه میانی عبور کند و سیگنالی برای میکروکنترلر تولید کند.

پردازش سیگنال از فازهای موتور
با این حال، سیگنال از فازها هنگام تنظیم سرعت PWM از نظر ظاهری متفاوت است و ماهیت پالسی دارد (شکل 21)، در چنین سیگنالی تشخیص تقاطع با نقطه میانی غیرممکن است.

شکل 20. نمای سیگنال فاز هنگام تنظیم سرعت PWM.

بنابراین، برای به دست آوردن یک پاکت، این سیگنال باید با فیلتر RC فیلتر شود و همچنین بر اساس نیازهای مقایسه کننده تقسیم شود. با افزایش چرخه وظیفه، سیگنال PWM در دامنه افزایش می یابد (شکل 22).

شکل 21. طرح تقسیم کننده و فیلتر سیگنال از فاز موتور.

شکل 22. پاکت سیگنال هنگام تغییر چرخه وظیفه PWM.

طرح نقطه میانی

شکل 23. نمای نقطه میانی مجازی. عکس گرفته شده از avislab.com/

سیگنال ها از طریق مقاومت های محدود کننده جریان از فازها حذف شده و با هم ترکیب می شوند، تصویر زیر به دست می آید:

شکل 24. نمای اسیلوگرام ولتاژ نقطه میانی مجازی.

به دلیل PWM، ولتاژ نقطه میانی ثابت نیست، سیگنال نیز باید فیلتر شود. ولتاژ نقطه میانی پس از صاف کردن به اندازه کافی بزرگ خواهد بود (در ناحیه ولتاژ منبع تغذیه موتور)، باید با یک تقسیم کننده ولتاژ به مقدار نصف ولتاژ تغذیه تقسیم شود.

پس از عبور سیگنال از فیلتر، نوسانات صاف می شوند و یک ولتاژ یکنواخت به دست می آید که با توجه به آن می توان عبور EMF پشتی را تشخیص داد.

شکل 26. ولتاژ پس از تقسیم کننده و فیلتر پایین گذر.

نقطه میانی بسته به ولتاژ (چرخه وظیفه PWM)، و همچنین پوشش سیگنال، مقدار خود را تغییر می‌دهد.

سیگنال های دریافتی از مقایسه کننده ها به میکروکنترلر داده می شود که آنها را طبق الگوریتم بالا پردازش می کند.
فعلاً همین است.

موتورها در دستگاه های مولتی روتور دو نوع هستند: کلکتوری و بدون جاروبک. تفاوت اصلی آنها در این است که در موتور کلکتور، سیم پیچ ها روی روتور (قسمت چرخان) و در موتور بدون جاروبک روی استاتور قرار دارند. بدون پرداختن به جزئیات، بیایید بگوییم که موتور براشلس به موتور کلکتور ارجحیت دارد زیرا بیشتر الزامات تعیین شده برای آن را برآورده می کند. بنابراین، این مقاله فقط به این نوع موتورها می پردازد. می توانید در مورد تفاوت بین موتورهای براشلس و برس دار بیشتر بخوانید.

علیرغم این واقعیت که موتورهای BC نسبتاً اخیراً شروع به استفاده کردند ، ایده دستگاه آنها مدتها پیش ظاهر شد. با این حال، ظهور سوئیچ های ترانزیستوری و آهنرباهای نئودیمیوم قدرتمند استفاده تجاری از آنها را ممکن کرد.

دستگاه BK - موتورها

طراحی یک موتور بدون جاروبک شامل یک روتور است که آهنرباها روی آن ثابت می شوند و یک استاتور که سیم پیچ ها روی آن قرار دارند. فقط با توجه به موقعیت نسبی این قطعات، موتورهای BC به دو دسته اینرانر و پیشران تقسیم می شوند.

در سیستم های چند روتور، طرح Outrunner بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد، زیرا اجازه می دهد تا بالاترین گشتاور به دست آید.

مزایا و معایب BC - موتورها

طرفداران:

• طراحی ساده موتور به دلیل حذف کلکتور از آن.
• راندمان بالاتر.
• خنک کننده خوب
• موتورهای BK می توانند در آب کار کنند! البته فراموش نکنید که در اثر آب، زنگ زدگی روی قسمت های مکانیکی موتور ایجاد می شود و پس از مدتی می شکند. برای جلوگیری از چنین شرایطی، توصیه می شود موتورها را با یک روان کننده ضد آب درمان کنید.
• کمترین RFI

معایب:

از معایب فقط می توان به عدم امکان استفاده از این موتورها بدون ESC (کنترل کننده های سرعت) اشاره کرد. این تا حدودی طراحی را پیچیده می کند و موتورهای BC را گرانتر از موتورهای کلکتوری می کند. با این حال، اگر پیچیدگی طراحی یک پارامتر اولویت باشد، موتورهای BC با کنترلرهای سرعت داخلی وجود دارند.

چگونه موتورهای بالگرد خود را انتخاب کنیم؟

هنگام انتخاب موتورهای براشلس، ابتدا باید به ویژگی های زیر توجه کنید:

• حداکثر جریان - این مشخصه نشان می دهد که سیم پیچ موتور حداکثر چه جریانی را می تواند در مدت زمان کوتاه تحمل کند. اگر از این زمان تجاوز شود، خرابی موتور اجتناب ناپذیر است. این پارامتر بر انتخاب ESC نیز تأثیر می گذارد.
• حداکثر ولتاژ - و همچنین حداکثر جریان، نشان می دهد که چه ولتاژی را می توان برای مدت زمان کوتاهی به سیم پیچ اعمال کرد.
• KV تعداد دور موتور در هر ولت است. از آنجایی که این نشانگر به طور مستقیم به بار روی شفت موتور بستگی دارد، برای مواردی که بار وجود ندارد نشان داده می شود.
• مقاومت - کارایی موتور به مقاومت بستگی دارد. بنابراین، هر چه مقاومت کمتر باشد، بهتر است.

موتورهای براشلس

موتورهای الکتریکی براشلس نسبتاً اخیراً در 5-7 سال گذشته وارد مدل سازی شدند. بر خلاف موتورهای کلکتور، آنها با جریان متناوب سه فاز تغذیه می شوند. موتورهای براشلس به طور موثر در محدوده دور در دقیقه گسترده تر عمل می کنند و کارآمدتر هستند. طراحی موتور ساده تر است، مونتاژ برس وجود ندارد و نیازی به نگهداری نیست. می توان گفت که موتورهای براشلس عملا فرسوده نمی شوند. هزینه موتورهای براشلس کمی بیشتر از موتورهای براش است. این به این دلیل است که همه موتورهای براشلس مجهز به یاتاقان هستند و به عنوان یک قاعده از کیفیت بهتری برخوردار هستند. اگرچه شکاف قیمتی بین یک موتور براش خوب و یک موتور براشلس هم کلاس چندان زیاد نیست.

بر اساس طراحی، موتورهای براشلس به دو گروه تقسیم می شوند: inrunner (تلفظ "inrunner") و outrunner (تلفظ "outrunner"). موتورهای گروه اول دارای سیم پیچی هستند که در امتداد سطح داخلی محفظه قرار گرفته اند و یک روتور مغناطیسی در داخل آن می چرخد. موتورهای گروه دوم - "فرارنده ها" دارای سیم پیچ های ثابتی در داخل موتور هستند که بدنه ای با آهنرباهای دائمی که بر روی دیواره داخلی آن قرار گرفته اند به دور آن می چرخد. تعداد قطب های آهنرباهای مورد استفاده در موتورهای براشلس می تواند متفاوت باشد. با تعداد قطب ها می توان گشتاور و سرعت موتور را قضاوت کرد. موتورهای دارای روتور دو قطبی بیشترین سرعت دورانی با کمترین گشتاور را دارند. از نظر طراحی، این موتورها فقط می توانند "داخلی" باشند. این موتورها اغلب با گیربکس های سیاره ای که قبلاً روی آنها نصب شده اند فروخته می شوند، زیرا سرعت آنها برای چرخش مستقیم پروانه بسیار زیاد است. گاهی اوقات از چنین موتورهایی بدون گیربکس استفاده می شود - به عنوان مثال، آنها در مدل های هواپیمای مسابقه ای قرار می گیرند. موتورهایی با قطب های بیشتر سرعت چرخش کمتر اما گشتاور بیشتری دارند. این موتورها امکان استفاده از پروانه های با قطر زیاد را بدون نیاز به گیربکس فراهم می کنند. به طور کلی، ملخ های با قطر زیاد و گام های کوچک در دورهای نسبتاً کم، نیروی رانش زیادی را ارائه می دهند، اما به مدل سرعت پایینی می دهند، در حالی که ملخ های با قطر کوچک با گام بزرگ در دور بالا، سرعت بالا را با رانش نسبتاً کمی ارائه می دهند. بنابراین، موتورهای چند قطبی برای مدل هایی که نیاز به نسبت رانش به وزن بالایی دارند، و موتورهای دوقطبی بدون دنده برای مدل های پرسرعت ایده آل هستند. برای انتخاب دقیق تر موتور و پروانه برای یک مدل خاص، می توانید از برنامه ویژه MotoCalc استفاده کنید.

از آنجایی که موتورهای براشلس با جریان متناوب تغذیه می شوند، برای کار به یک کنترل کننده (رگولاتور) ویژه نیاز دارند که جریان مستقیم باتری ها را به جریان متناوب تبدیل می کند. رگولاتورهای موتورهای بدون جاروبک دستگاهی قابل برنامه ریزی هستند که به شما امکان نظارت بر تمام پارامترهای حیاتی موتور را می دهند. آنها نه تنها اجازه می دهند تا سرعت و جهت موتور را تغییر دهند، بلکه بسته به نیاز، استارت صاف یا ناگهانی، حداکثر محدودیت جریان، عملکرد "ترمز" و تعدادی تنظیمات خوب دیگر موتور را برای نیازهای موتور فراهم کنند. مدل ساز برای برنامه ریزی رگولاتور از دستگاه هایی برای اتصال آن به کامپیوتر استفاده می شود یا در میدان می توان با استفاده از فرستنده و جامپر مخصوص این کار را انجام داد.

تولید کنندگان موتورهای براشلس و رگولاتورهای زیادی برای آنها وجود دارد. موتورهای براشلس نیز از نظر طراحی و اندازه بسیار متفاوت هستند. علاوه بر این، خود ساخت موتورهای براشلس بر اساس قطعاتی از درایوهای CD و سایر موتورهای براشلس صنعتی در سال های اخیر بسیار رایج شده است. شاید به همین دلیل، موتورهای براشلس امروزه حتی دارای طبقه بندی کلی تقریبی مانند همتایان برس دار خود نیستند. اجازه دهید به طور خلاصه خلاصه کنیم. امروزه موتورهای برس خورده بیشتر در مدل‌های سرگرمی ارزان قیمت یا مدل‌های ورزشی پایه استفاده می‌شوند. این موتورها ارزان هستند، کارکرد آسانی دارند و همچنان رایج ترین نوع موتور الکتریکی در این مدل هستند. آنها با موتورهای براشلس جایگزین می شوند. تنها عامل بازدارنده همچنان قیمت آنهاست. همراه با گاورنر، یک موتور براشلس 30 تا 70 درصد بیشتر هزینه دارد. با این حال، قیمت لوازم الکترونیکی و موتورها در حال کاهش است و تغییر تدریجی موتورهای کلکتور از صنعت مدل‌سازی فقط مسئله زمان است.

AVR492: کنترل موتور DC بدون جاروبک با AT90PWM3

ویژگی های متمایز کننده:

• اطلاعات کلی در مورد موتور BLDC
• از کنترل کننده مرحله قدرت استفاده می کند
• پیاده سازی سخت افزار
• نمونه کد برنامه

معرفی

این یادداشت کاربردی نحوه پیاده‌سازی یک کنترل‌کننده موتور DC بدون جاروبک (موتور BLDC) را با استفاده از سنسورهای موقعیت مبتنی بر میکروکنترلر AVR AT90PWM3 توضیح می‌دهد.

هسته میکروکنترلر AVR با کارایی بالا که شامل کنترل کننده مرحله قدرت است، امکان اجرای یک دستگاه کنترل موتور DC بدون جاروبک را با سرعت بالا فراهم می کند.

این سند به طور خلاصه اصل کار یک موتور DC بدون جاروبک را شرح می‌دهد، جزئیات کنترل حالت لمسی موتور BLDC را شرح می‌دهد، و همچنین نمودار شماتیک طرح مرجع ATAVRMC100 را که این یادداشت کاربردی مبتنی بر آن است، شرح می‌دهد.

پیاده سازی نرم افزار با یک حلقه کنترل پیاده سازی شده توسط نرم افزار بر اساس یک کنترل کننده PID نیز مورد بحث قرار می گیرد. برای کنترل فرآیند سوئیچینگ، فرض بر این است که فقط از سنسورهای موقعیت بر اساس اثر هال استفاده می شود.

اصول کارکرد، اصول جراحی، اصول عملکرد

زمینه های کاربرد موتورهای BLDC به طور مداوم در حال افزایش است که با تعدادی از مزایای آنها همراه است:

1. عدم وجود مجموعه منیفولد، که تعمیر و نگهداری را ساده یا حتی حذف می کند.
2. نسبت به موتورهای DC برس دار معمولی سطوح پایین تری از نویز صوتی و الکتریکی ایجاد می کند.
3. توانایی کار در محیط های خطرناک (با محصولات قابل اشتعال).
4. نسبت خوب وزن و اندازه مشخصات و قدرت ...

موتورهای این نوع با اینرسی کوچک روتور مشخص می شوند، زیرا سیم پیچ ها روی استاتور قرار دارند. جابجایی به صورت الکترونیکی کنترل می شود. لحظه های سوئیچینگ یا با اطلاعات حسگرهای موقعیت یا با اندازه گیری EMF عقب تولید شده توسط سیم پیچ ها تعیین می شوند.

هنگامی که با استفاده از سنسورها کنترل می شود، موتور BLDC معمولا از سه بخش اصلی تشکیل شده است: سنسورهای استاتور، روتور و هال.

استاتور یک موتور کلاسیک سه فاز BLDC شامل سه سیم پیچ است. در بسیاری از موتورها، سیم پیچ ها به چند بخش تقسیم می شوند تا موج گشتاور کاهش یابد.

شکل 1 نمودار مدار معادل استاتور را نشان می دهد. از سه سیم پیچ تشکیل شده است که هر کدام شامل سه عنصر است که به صورت سری به هم متصل شده اند: اندوکتانس، مقاومت و emf معکوس.

شکل 1. مدار الکتریکی معادل استاتور (سه فاز، سه سیم پیچ)

روتور موتور BLDC از تعداد زوج آهنربای دائمی تشکیل شده است. تعداد قطب های مغناطیسی در روتور نیز بر اندازه گام و موج گشتاور تأثیر می گذارد. هرچه تعداد قطب ها بیشتر باشد، گام چرخش کمتر و موج گشتاور کمتر است. می توان از آهنرباهای دائمی با 1..5 جفت قطب استفاده کرد. در برخی موارد، تعداد جفت قطب ها به 8 افزایش می یابد (شکل 2).

شکل 2. استاتور و روتور یک موتور سه فاز سه سیم پیچ BLDC

سیم پیچ ها به طور دائم نصب می شوند و آهنربا می چرخد. روتور موتور BLDC با وزن سبک تر نسبت به روتور یک موتور معمولی DC جهانی که در آن سیم پیچ ها روی روتور قرار دارند مشخص می شود.

سنسور هال

سه حسگر هال در محفظه موتور تعبیه شده است تا موقعیت روتور را ارزیابی کند. سنسورها با زاویه 120 درجه نسبت به یکدیگر نصب می شوند. با کمک این سنسورها می توان 6 سوئیچینگ مختلف را انجام داد.

تغییر فاز به وضعیت سنسورهای هال بستگی دارد.

ولتاژ تغذیه سیم پیچ ها پس از تغییر حالت های خروجی سنسورهای هال تغییر می کند. هنگامی که کموتاسیون همزمان به درستی انجام شود، گشتاور تقریباً ثابت و بالا می ماند.

شکل 3. سیگنال های سنسورهای هال در طول چرخش

تعویض فاز

به منظور توصیف ساده عملکرد یک موتور سه فاز BLDC، ما فقط نسخه آن را با سه سیم پیچ در نظر خواهیم گرفت. همانطور که قبلا نشان داده شد، تغییر فاز به مقادیر خروجی سنسورهای هال بستگی دارد. هنگامی که ولتاژ به درستی به سیم پیچ های موتور اعمال شود، یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود و چرخش آغاز می شود. رایج ترین و ساده ترین روش کنترل سوئیچینگ که برای کنترل موتورهای BLDC استفاده می شود، مدار روشن و خاموش است که در آن سیم پیچ یا رسانا است یا خیر. فقط دو سیم پیچ را می توان در یک زمان روشن کرد و سومی خاموش می ماند. اتصال سیم پیچ ها به ریل های برق باعث ایجاد جریان الکتریکی می شود. به این روش سوئیچینگ ذوزنقه ای یا بلوک سوئیچینگ می گویند.

برای کنترل موتور BLDC از یک پاور استیج متشکل از 3 نیم پل استفاده می شود. نمودار مرحله قدرت در شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4. مرحله قدرت

با توجه به مقادیر خوانده شده سنسورهای هال، مشخص می شود که کدام کلیدها باید بسته شوند.

در این مقاله می خواهیم در مورد نحوه ایجاد یک موتور الکتریکی از ابتدا صحبت کنیم: از ایده و اولین نمونه اولیه تا یک موتور تمام عیار که تمام آزمایشات را گذرانده است. اگر این مقاله برای شما جالب به نظر می رسد، ما به طور جداگانه، با جزئیات بیشتر، مراحل کار خود را که بیشتر مورد علاقه شماست به شما خواهیم گفت.

در تصویر از چپ به راست: روتور، استاتور، مجموعه موتور جزئی، مجموعه موتور

معرفی

موتورهای الکتریکی بیش از 150 سال پیش ظاهر شدند، اما در این مدت طراحی آنها دستخوش تغییرات قابل توجهی نشده است: روتور چرخان، سیم پیچ های استاتور مسی، یاتاقان ها. در طول سال ها، تنها کاهش وزن موتورهای الکتریکی، افزایش راندمان و همچنین دقت کنترل سرعت وجود داشته است.

امروزه به لطف پیشرفت الکترونیک مدرن و ظهور آهنرباهای قدرتمند بر پایه فلزات خاکی کمیاب، می توان موتورهای الکتریکی قدرتمندتر و در عین حال فشرده و سبک وزن «Brushless» ایجاد کرد. در عین حال، به دلیل سادگی طراحی، قابل اعتمادترین موتورهای الکتریکی هستند که تاکنون ساخته شده اند. ایجاد چنین موتوری در این مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت.

توضیحات موتور

در "موتورهای بدون جاروبک" هیچ عنصر "برس" برای همه از جداسازی ابزار برقی آشنا نیست، که نقش آن انتقال جریان به سیم پیچ روتور چرخان است. در موتورهای بدون جاروبک، جریان به سیم‌پیچ‌های یک استاتور غیر متحرک وارد می‌شود، که با ایجاد یک میدان مغناطیسی متناوب در قطب‌های مجزا، روتوری را که آهن‌رباها روی آن ثابت شده‌اند، می‌چرخاند.

اولین چنین موتوری توسط ما به عنوان یک آزمایش چاپ سه بعدی شد. به جای صفحات مخصوص ساخته شده از فولاد الکتریکی، از پلاستیک معمولی برای محفظه روتور و هسته استاتور استفاده کردیم که سیم پیچ مسی روی آن پیچیده شده بود. آهنرباهای نئودیمیم با مقطع مستطیلی روی روتور ثابت شدند. طبیعتاً چنین موتوری قادر به ارائه حداکثر توان نبود. با این حال، این کافی بود تا موتور تا 20 هزار دور در دقیقه بچرخد، پس از آن پلاستیک نتوانست بایستد و روتور موتور ترکید و آهنرباها به اطراف پرتاب شدند. این آزمایش ما را بر آن داشت تا یک موتور تمام عیار بسازیم.

چند نمونه اولیه

با آموختن نظر طرفداران مدل های رادیویی، به عنوان یک کار، موتوری را برای اتومبیل های مسابقه ای با اندازه استاندارد "540" به عنوان پرتقاضا انتخاب کردیم. این موتور دارای ابعاد 54 میلی متر طول و 36 میلی متر قطر است.

روتور موتور جدید را از یک آهنربای نئودیمیوم به شکل استوانه ساختیم. یک آهنربای اپوکسی در یک تولید آزمایشی به شفتی که از فولاد ابزار ماشینکاری شده بود چسبانده شد.

استاتور را با لیزر از مجموعه ای از صفحات فولادی ترانسفورماتور به ضخامت 0.5 میلی متر برش می دهیم. سپس هر صفحه با دقت لاک زده شد و سپس استاتور تمام شده از حدود 50 صفحه چسبانده شد. صفحات با لاک پوشانده شدند تا از اتصال کوتاه بین آنها جلوگیری شود و از اتلاف انرژی ناشی از جریان فوکو که ممکن است در استاتور ایجاد شود جلوگیری شود.

محفظه موتور از دو قسمت آلومینیومی ظرف شکل ساخته شده بود. استاتور به خوبی در محفظه آلومینیومی قرار می گیرد و به خوبی به دیوارها می چسبد. این طراحی خنک کننده خوبی برای موتور فراهم می کند.

اندازه گیری ویژگی ها

برای به حداکثر رساندن عملکرد طرح های خود، باید عملکرد را به اندازه کافی ارزیابی و اندازه گیری کنید. برای این کار ما یک داینو مخصوص طراحی و مونتاژ کرده ایم.

عنصر اصلی پایه یک بار سنگین به شکل واشر است. در طول اندازه گیری ها، موتور بار داده شده را می چرخاند و توان خروجی و گشتاور موتور از روی سرعت و شتاب زاویه ای محاسبه می شود.

یک جفت آهنربا روی شفت و یک سنسور مغناطیسی دیجیتال A3144 بر اساس جلوه هال برای اندازه گیری سرعت چرخش بار استفاده می شود. البته، اندازه گیری دورها توسط ضربه های مستقیم از سیم پیچ های موتور امکان پذیر است، زیرا این موتور سنکرون است. با این حال، نسخه دارای سنسور قابل اعتمادتر است و حتی در سرعت های بسیار پایین نیز کار می کند، که در آن پالس ها غیرقابل خواندن خواهند بود.

علاوه بر چرخش ها، پایه ما قادر به اندازه گیری چندین پارامتر مهم دیگر است:

• جریان تامین (تا 30A) با استفاده از سنسور جریان بر اساس جلوه سالن ACS712.
• ولتاژ تغذیه. به طور مستقیم از طریق ADC میکروکنترلر، از طریق یک تقسیم کننده ولتاژ اندازه گیری می شود.
• دمای داخل / خارج موتور دما با استفاده از ترمیستور نیمه هادی اندازه گیری می شود.

برای جمع آوری تمامی پارامترها از سنسورها و انتقال آنها به کامپیوتر، از میکروکنترلر مگا سری AVR بر روی برد نانو آردوینو استفاده شده است. ارتباط بین میکروکنترلر و کامپیوتر از طریق پورت COM انجام می شود. برای پردازش قرائت ها، برنامه خاصی نوشته شد که نتایج اندازه گیری را ثبت، میانگین گیری و نشان می دهد.

در نتیجه، میز تست ما قادر است مشخصات موتور زیر را در هر زمان اندازه گیری کند:

• جریان مصرفی؛
• ولتاژ مصرفی؛
• مصرف برق؛
• توان خروجی؛
• چرخش شفت؛
• لحظه روی شفت؛
• قدرت تبدیل به گرما؛
• دمای داخل موتور

ویدئویی که کار این غرفه را نشان می دهد:

نتایج آزمون

برای آزمایش عملکرد پایه، ابتدا آن را روی یک موتور کلکتور معمولی R540-6022 آزمایش کردیم. اطلاعات کمی در مورد پارامترهای این موتور وجود دارد، اما این برای ارزیابی نتایج اندازه گیری کافی بود، که معلوم شد به اندازه کافی به نمونه های کارخانه نزدیک است.

سپس موتور ما تست شد. به طور طبیعی، او توانست کارایی بهتری (65٪ در مقابل 45٪) و در عین حال گشتاور بیشتر (1200 در مقابل 250 گرم در سانتی متر) نسبت به یک موتور معمولی نشان دهد. اندازه گیری دما نیز نتایج بسیار خوبی به دست آورد؛ در طول آزمایش، موتور بیش از 80 درجه گرم نشد.

اما در حال حاضر اندازه گیری ها هنوز نهایی نشده است. به دلیل محدودیت منبع تغذیه، نتوانستیم موتور را در محدوده کامل دور در دقیقه اندازه گیری کنیم. ما همچنین باید موتور خود را با موتورهای رقبای مشابه مقایسه کنیم و با قرار دادن آن بر روی یک ماشین مسابقه ای با رادیو کنترل، آن را در "نبرد" آزمایش کنیم و به رقابت بپردازیم.

منتشر شده در 1392/03/19

با این مقاله، من مجموعه ای از انتشارات را در مورد موتورهای DC بدون جاروبک شروع می کنم. من اطلاعات عمومی، دستگاه، الگوریتم های کنترل موتور براشلس را به زبانی در دسترس شرح خواهم داد. انواع مختلفی از موتورها در نظر گرفته خواهد شد، نمونه هایی از انتخاب پارامترهای کنترل کننده ارائه خواهد شد. من دستگاه و الگوریتم رگولاتور، روش انتخاب کلیدهای برق و پارامترهای اصلی رگولاتور را شرح خواهم داد. نتیجه منطقی انتشارات یک نمودار تنظیم کننده خواهد بود.

موتورهای براشلس به لطف توسعه الکترونیک و به ویژه به دلیل ظهور سوئیچ های ترانزیستور قدرت ارزان قیمت گسترده شده اند. ظهور آهنرباهای نئودیمیوم قدرتمند نیز نقش مهمی ایفا کرد.

با این حال، موتور براشلس را نباید یک چیز جدید در نظر گرفت. ایده موتور بدون جاروبک به روزهای اولیه الکتریسیته برمی گردد. اما، به دلیل در دسترس نبودن فناوری، تا سال 1962، زمانی که اولین موتور تجاری بدون جاروبک DC ظاهر شد، منتظر ماند. آن ها بیش از نیم قرن است که اجرای سریال های مختلفی از این نوع درایوهای الکتریکی وجود دارد!

کمی اصطلاحات

موتورهای DC بدون جاروبک را موتورهای سوپاپ نیز می‌گویند، در ادبیات خارجی BLDCM (موتور جریان مستقیم BrushLes) یا PMSM (موتور سنکرون مغناطیسی دائم).

از نظر ساختاری، یک موتور بدون جاروبک از یک روتور آهنربای دائمی و یک استاتور با سیم پیچ تشکیل شده است. توجه شما را به این واقعیت جلب می کنم که در موتور کلکتور، برعکس، سیم پیچ ها روی روتور هستند. بنابراین، در ادامه متن، روتور آهنربا است، استاتور سیم پیچ است.

برای کنترل موتور از رگولاتور الکترونیکی استفاده می شود. در ادبیات خارجی Speed ​​​​Controller یا ESC (Electronic speed control).

موتور براشلس چیست؟

معمولاً افراد وقتی با چیز جدیدی روبرو می شوند به دنبال تشبیه می گردند. گاهی اوقات باید عبارات "خوب، شبیه همگام است" یا حتی بدتر از آن، "به نظر می رسد یک مرحله است" را بشنوید. از آنجایی که اکثر موتورهای براشلس سه فاز هستند، این موضوع بیشتر گیج کننده است و منجر به این تصور اشتباه می شود که رگولاتور موتور را با جریان AC 3 فاز تغذیه می کند. همه موارد فوق فقط تا حدی درست است. واقعیت این است که همه موتورها به جز موتورهای ناهمزمان را می توان سنکرون نامید. همه موتورهای DC موتورهای سنکرون خود سنکرون هستند، اما اصل کار آنها با موتورهای سنکرون AC که خود سنکرون نیستند، متفاوت است. به عنوان یک استپر موتور بدون جاروبک، احتمالاً قادر به کار نیز خواهد بود. اما نکته اینجاست: یک آجر، همچنین می تواند پرواز کند ... اگرچه دور نیست، زیرا برای این کار در نظر گرفته نشده است. موتور جت براشلس به عنوان موتور پله ای مناسب تر است.

بیایید سعی کنیم بفهمیم که موتور جریان مستقیم Brushles چیست. در همین عبارت، پاسخ قبلاً پوشش داده شده است - این یک موتور DC بدون کلکتور است. عملکرد کلکتور توسط الکترونیک انجام می شود.

مزایا و معایب

یک مجموعه نسبتاً پیچیده، سنگین و جرقه زنی - کلکتور - از طراحی موتور حذف می شود. طراحی موتور بسیار ساده شده است. موتور سبک تر و فشرده تر است. تلفات سوئیچینگ به طور قابل توجهی کاهش می یابد، زیرا مخاطبین جمع کننده و برس با کلیدهای الکترونیکی جایگزین می شوند. در نتیجه، موتور الکتریکی با بهترین بازده و قدرت به ازای هر کیلوگرم وزن خود، با وسیع ترین دامنه تغییرات سرعت چرخش به دست می آوریم. در عمل، موتورهای براشلس خنک‌تر از موتورهای برس‌کش شده خود کار می‌کنند. آنها بار گشتاور زیادی را حمل می کنند. استفاده از آهنرباهای نئودیمیوم قدرتمند موتورهای براشلس را فشرده تر کرده است. طراحی موتور براشلس به آن اجازه می دهد تا در آب و محیط های تهاجمی کار کند (البته فقط موتور، رگولاتور خیس شدن بسیار گران خواهد بود). موتورهای براشلس عملاً هیچ تداخل رادیویی ایجاد نمی کنند.

تنها عیب آن واحد کنترل الکترونیکی پیچیده و گران قیمت (رگولاتور یا ESC) است. با این حال، اگر می خواهید دور موتور را کنترل کنید، هیچ راهی بدون الکترونیک وجود ندارد. اگر نیازی به کنترل دور موتور براشلس ندارید، باز هم نمی توانید بدون واحد کنترل الکترونیکی کار کنید. یک موتور براشلس بدون وسایل الکترونیکی فقط یک قطعه سخت افزار است. هیچ راهی برای اعمال ولتاژ به آن و رسیدن به چرخش نرمال مانند سایر موتورها وجود ندارد.

در گاورنر موتور براشلس چه اتفاقی می افتد؟

برای اینکه بفهمیم در الکترونیک رگولاتور کنترل کننده موتور براشلس چه اتفاقی می افتد، اجازه دهید کمی به عقب برگردیم و ابتدا نحوه عملکرد موتور کموتاتور را درک کنیم. از درس فیزیک مدرسه، ما به یاد می آوریم که چگونه یک میدان مغناطیسی بر روی یک قاب با یک جریان عمل می کند. قاب با جریان در یک میدان مغناطیسی می چرخد. علاوه بر این، به طور مداوم نمی چرخد، بلکه به یک موقعیت خاص می چرخد. برای اینکه چرخش مداوم اتفاق بیفتد، بسته به موقعیت قاب باید جهت جریان در قاب را تغییر دهید. در مورد ما، قاب با جریان، سیم پیچ موتور است و کموتاتور درگیر سوئیچینگ است - دستگاهی با برس ها و مخاطبین. دستگاه ساده ترین موتور، شکل را ببینید.

این کار توسط الکترونیکی که موتور بدون جاروبک را کنترل می کند انجام می دهد - در لحظات مناسب، ولتاژ ثابتی را به سیم پیچ های استاتور مورد نیاز متصل می کند.

سنسورهای موقعیت، موتورهای بدون سنسور

با توجه به موارد فوق، درک این نکته مهم است که بسته به موقعیت روتور باید ولتاژ به سیم پیچ های موتور اعمال شود. بنابراین، الکترونیک باید بتواند موقعیت روتور موتور را تعیین کند. . برای این کار از سنسورهای موقعیت استفاده می شود. آنها می توانند انواع مختلفی داشته باشند، نوری، مغناطیسی و غیره. در حال حاضر، سنسورهای اثر هال گسسته (به عنوان مثال SS41) بسیار رایج هستند. موتور 3 فاز براشلس از 3 سنسور استفاده می کند. به لطف چنین سنسورهایی، واحد کنترل الکترونیکی همیشه می داند که روتور در چه موقعیتی قرار دارد و در هر لحظه به کدام سیم پیچ ها ولتاژ اعمال کند. بعداً الگوریتم کنترل برای موتور سه فاز براشلس در نظر گرفته خواهد شد.

موتورهای براشلس وجود دارند که سنسور ندارند. در چنین موتورهایی، موقعیت روتور با اندازه گیری ولتاژ در سیم پیچ استفاده نشده در یک زمان معین تعیین می شود. این روش ها نیز بعداً مورد بحث قرار خواهند گرفت. باید به یک نکته ضروری توجه کنید: این روش فقط زمانی که موتور در حال چرخش است مربوط می شود. زمانی که موتور در حال چرخش نیست یا بسیار کند می چرخد، این روش کار نمی کند.

در چه مواردی از موتورهای براشلس سنسوردار و در چه مواردی بدون سنسور استفاده می شود؟ چه تفاوتی بین آنها وجود دارد؟

موتورهای دارای رمزگذار از نظر فنی ارجحیت بیشتری دارند. الگوریتم کنترل برای چنین موتورهایی بسیار ساده تر است. با این حال، معایبی نیز وجود دارد: لازم است نیروی سنسورها و سیم کشی از سنسورهای موجود در موتور به الکترونیک کنترل تامین شود. در صورت خرابی یکی از سنسورها، موتور از کار می افتد و تعویض سنسورها معمولاً مستلزم جداسازی موتور است.

در مواردی که از نظر ساختاری امکان قرار دادن سنسور در محفظه موتور وجود ندارد، از موتورهای بدون سنسور استفاده می شود. از نظر ساختاری، چنین موتورهایی عملاً با موتورهای دارای سنسور تفاوتی ندارند. اما واحد الکترونیکی باید بتواند موتور را بدون سنسور کنترل کند. در این مورد، واحد کنترل باید با ویژگی های یک مدل موتور خاص مطابقت داشته باشد.

اگر موتور باید با بار قابل توجهی روی محور موتور روشن شود (وسایل نقلیه الکتریکی، مکانیسم های بالابر و غیره)، از موتورهای دارای سنسور استفاده می شود.
اگر موتور بدون بار روی شفت (تهویه، پروانه، کلاچ گریز از مرکز و غیره) روشن شود، می توان از موتورهای بدون سنسور استفاده کرد. به یاد داشته باشید: موتور بدون سنسور موقعیت باید بدون بار روی شفت روشن شود. در صورت عدم رعایت این شرط، باید از موتور دارای سنسور استفاده شود. علاوه بر این، در لحظه راه اندازی موتور بدون سنسور، نوسانات چرخشی محور موتور در جهات مختلف امکان پذیر است. اگر این برای سیستم شما حیاتی است، از موتوری با سنسور استفاده کنید.

سه فاز

موتورهای براشلس سه فاز رایج ترین هستند. اما آنها می توانند یک، دو، سه یا چند فاز باشند. هرچه تعداد فازها بیشتر باشد، چرخش میدان مغناطیسی هموارتر می شود و همچنین سیستم کنترل موتور پیچیده تر می شود. سیستم 3 فاز از نظر نسبت کارایی / پیچیدگی بهینه ترین است، به همین دلیل است که بسیار گسترده شده است. علاوه بر این، تنها یک طرح سه فازی به عنوان رایج ترین در نظر گرفته خواهد شد. در واقع فازها سیم پیچ موتور هستند. بنابراین، اگر بگویید «سه سیم پیچ»، فکر می کنم درست هم باشد. سه سیم پیچ ستاره یا مثلث متصل هستند. یک موتور سه فاز بدون جاروبک دارای سه سیم است - سیم پیچ سیم‌پیچ، شکل را ببینید.

موتورهای دارای رمزگذار دارای 5 سیم اضافی هستند (2-تامین سنسور موقعیت و 3 سیگنال از سنسورها).

در یک سیستم سه فاز، ولتاژ به دو تا از سه سیم پیچ در هر زمان اعمال می شود. بنابراین 6 گزینه برای تامین ولتاژ DC به سیم پیچ های موتور وجود دارد که در شکل زیر نشان داده شده است.