Motore corrente continua chiamato Motore elettrico, alimentato da corrente continua. Se necessario, procuratevi un motore con coppia elevata e velocità relativamente basse. Strutturalmente gli Inrunner sono più semplici perché uno statore stazionario può fungere da alloggiamento. Su di esso possono essere montati dispositivi di fissaggio. Nel caso degli Outrunner, l'intero esterno ruota. Il motore è fissato mediante un asse fisso o parti dello statore. Nel caso di un motore a ruota, il fissaggio viene effettuato sull'asse fisso dello statore; i fili vengono portati allo statore attraverso un asse cavo inferiore a 0,5 mm.

Motore corrente alternata chiamato motore elettrico alimentato da corrente alternata. Esistono i seguenti tipi di motori AC:

Esiste anche un UKM (motore a commutatore universale) con la funzione di funzionare sia in corrente alternata che continua.

Un altro tipo di motore è motore passo-passo con un numero finito di posizioni del rotore. Una certa posizione specificata del rotore viene fissata applicando potenza agli avvolgimenti corrispondenti necessari. Quando la tensione di alimentazione viene rimossa da un avvolgimento e trasferita ad altri, si verifica un processo di transizione verso un'altra posizione.

Un motore CA alimentato tramite una rete industriale di solito non raggiunge i risultati velocità di rotazione superiore a tremila giri al minuto. Per questo motivo, se necessario, procuratene di più alte frequenze viene utilizzato un motore a commutatore, benefici addizionali che risulta leggero e compatto pur mantenendo la potenza richiesta.

A volte viene utilizzato anche uno speciale meccanismo di trasmissione chiamato moltiplicatore, che modifica i parametri cinematici del dispositivo in quelli richiesti indicatori tecnici. Le unità commutatore a volte occupano fino alla metà dello spazio dell'intero motore, quindi i motori elettrici AC vengono ridotti nelle dimensioni e alleggeriti nel peso utilizzando un convertitore di frequenza, e talvolta a causa della presenza di una rete con una frequenza maggiore fino a 400 Hz.

La durata di qualsiasi motore asincrono CA è notevolmente superiore a quella di un motore a collettore. È determinato stato di isolamento degli avvolgimenti e dei cuscinetti. Un motore sincrono, quando si utilizza un inverter e un sensore di posizione del rotore, è considerato un analogo elettronico di un classico motore a spazzole che supporta il funzionamento tramite corrente continua.

Motore CC senza spazzole. Informazioni generali e progettazione del dispositivo

Un motore CC senza spazzole è anche chiamato motore CC senza spazzole trifase. È un dispositivo sincrono, il cui principio di funzionamento si basa sulla regolazione della frequenza autosincronizzata, grazie alla quale avviene il controllo vettoriale (in base alla posizione del rotore) campo magnetico statore.

I controllori motore di questo tipo sono spesso alimentati a tensione costante, da cui prendono il nome. Nella letteratura tecnica inglese, un motore per valvole è chiamato PMSM o BLDC.

Il motore elettrico brushless è stato creato principalmente per ottimizzare la potenza qualsiasi motore a corrente continua generalmente. A attuatore Un dispositivo del genere (in particolare un microdrive ad alta velocità con posizionamento preciso) aveva requisiti molto elevati.

Ciò, forse, ha portato all'utilizzo di dispositivi specifici in corrente continua, i motori trifase brushless, detti anche motori BLDC. Sono quasi identici nel design motori sincroni corrente alternata, dove la rotazione del rotore magnetico avviene in uno statore laminato convenzionale in presenza di avvolgimenti trifase e il numero di giri dipende dalla tensione e dal carico dello statore. In base a determinate coordinate del rotore vengono commutati diversi avvolgimenti dello statore.

I motori CC senza spazzole possono esistere senza sensori separati, tuttavia a volte sono presenti sul rotore, come un sensore Hall. Se il dispositivo funziona senza un sensore aggiuntivo, allora gli avvolgimenti dello statore fungono da elemento di fissaggio. Quindi la corrente si forma a causa della rotazione del magnete quando il rotore induce una forza elettromotrice nell'avvolgimento dello statore.

Se uno degli avvolgimenti viene spento, il segnale indotto verrà misurato e ulteriormente elaborato, tuttavia questo principio di funzionamento è impossibile senza un professore di elaborazione del segnale. Ma per invertire o frenare un tale motore elettrico, non è necessario un circuito a ponte: sarà sufficiente fornire impulsi di controllo in sequenza inversa agli avvolgimenti dello statore.

In un motore a magnete permanente, sul rotore si trova un induttore sotto forma di magnete permanente e sullo statore si trova l'avvolgimento dell'indotto. In base alla posizione del rotore, viene generata la tensione di alimentazione di tutti gli avvolgimenti motore elettrico. Quando in tali progetti viene utilizzato un collettore, la sua funzione verrà eseguita da un interruttore a semiconduttore in un motore dell'interruttore.

La differenza principale tra i motori sincroni e quelli a valvole è l'autosincronizzazione di questi ultimi tramite il DPR, che determina la velocità di rotazione proporzionale del rotore e del campo.

Più spesso motore elettrico senza spazzole DC viene utilizzato nelle seguenti aree:

Statore

Questo dispositivo ha un design classico e ricorda lo stesso dispositivo macchina asincrona. Include nucleo dell'avvolgimento in rame(disposto lungo il perimetro in scanalature), che determina il numero di fasi, e l'alloggiamento. Di solito le fasi seno e coseno sono sufficienti per la rotazione e l'autoavviamento, tuttavia il motore della valvola viene spesso realizzato come trifase o anche quadrifase.

Motori elettrici con retromarcia forza elettromotiva In base al tipo di disposizione delle spire sull'avvolgimento dello statore, si dividono in due tipologie:

• forma sinusoidale;
• forma trapezoidale.

Nei corrispondenti tipi di motore, la corrente di fase elettrica cambia anche a seconda del metodo di alimentazione, sinusoidale o trapezoidale.

Rotore

Tipicamente il rotore è costituito da magneti permanenti con un numero di coppie di poli da due a otto, che a loro volta si alternano da nord a sud o viceversa.

I magneti in ferrite sono considerati i più comuni ed economici per realizzare un rotore, ma il loro svantaggio è basso livello induzione magnetica Pertanto, tali materiali vengono ora sostituiti da dispositivi realizzati con leghe di vari elementi delle terre rare, poiché possono fornire alto livello induzione magnetica, che, a sua volta, consente di ridurre le dimensioni del rotore.

DPR

Il sensore di posizione del rotore fornisce feedback. In base al principio di funzionamento, il dispositivo è suddiviso nei seguenti sottotipi:

• induttivo;
• fotoelettrico;
• Sensore ad effetto Hall.

L'ultimo tipo ha guadagnato più popolarità grazie alla sua proprietà quasi assolute prive di inerzia e la capacità di eliminare i ritardi nei canali di feedback in base alla posizione del rotore.

Sistema di controllo

Il sistema di controllo è costituito da interruttori di potenza, talvolta anche da tiristori o transistor di potenza, compreso un gate isolato, che portano ad un gruppo di inverter di corrente o di tensione. Il processo di gestione di queste chiavi viene spesso implementato utilizzando un microcontrollore, che richiede un numero enorme di operazioni computazionali per controllare il motore.

Principio di funzionamento

Il funzionamento del motore consiste nel fatto che il controller commuta un certo numero di avvolgimenti dello statore in modo tale che il vettore dei campi magnetici del rotore e dello statore siano ortogonali. Utilizzando PWM (modulazione di larghezza di impulso) Il controller controlla la corrente che scorre attraverso il motore e regola la coppia esercitata sul rotore. La direzione di questo momento agente è determinata dal segno dell'angolo tra i vettori. I gradi elettrici vengono utilizzati nei calcoli.

La commutazione deve essere effettuata in modo tale che F0 (flusso di eccitazione del rotore) sia mantenuto costante rispetto al flusso dell'armatura. Con l'interazione di tale eccitazione e del flusso di armatura si forma una coppia M che tende a far ruotare il rotore e, parallelamente, garantisce la coincidenza dell'eccitazione e del flusso di armatura. Tuttavia, quando il rotore gira, diversi avvolgimenti vengono commutati sotto l'influenza del sensore di posizione del rotore, facendo sì che il flusso dell'armatura giri verso la fase successiva.

In tale situazione, il vettore risultante si sposta e diventa stazionario rispetto al flusso del rotore, che, a sua volta, crea la coppia necessaria sull'albero del motore elettrico.

Controllo del motore

Il controller di un motore CC senza spazzole regola la coppia che agisce sul rotore modificando la quantità di modulazione dell'ampiezza dell'impulso. La commutazione è controllata e effettuato elettronicamente, a differenza di un motore DC con spazzole convenzionale. Sono comuni anche i sistemi di controllo che implementano la modulazione dell'ampiezza dell'impulso e algoritmi di controllo dell'ampiezza dell'impulso per il flusso di lavoro.

Motori accesi controllo vettoriale fornire la gamma più ampia conosciuta per regolare la propria velocità. La regolazione di questa velocità e il mantenimento del collegamento del flusso a livello richiesto, avviene grazie al convertitore di frequenza.

Una caratteristica della regolazione di un azionamento elettrico basata sul controllo vettoriale è la presenza di coordinate controllate. Loro sono dentro sistema fisso E trasformarsi in rotante, evidenziando un valore costante proporzionale ai parametri controllati del vettore, grazie al quale si forma un'azione di controllo, e quindi una transizione inversa.

Nonostante tutti i vantaggi di un tale sistema, c'è anche uno svantaggio sotto forma di difficoltà nel controllare il dispositivo per regolare la velocità su un ampio intervallo.

Vantaggi e svantaggi

Al giorno d'oggi, in molti settori, questo tipo di motore è molto richiesto, perché il motore elettrico DC senza spazzole combina quasi tutto migliori qualità senza contatto e altri tipi di motori.

I vantaggi innegabili di un motore a valvola sono:

Nonostante significativo punti positivi, V motore CC senza spazzole Ci sono anche diversi svantaggi:

Sulla base di quanto sopra e della mancanza di sviluppo elettronica moderna nella regione, molti ci credono ancora uso appropriato un motore asincrono convenzionale con convertitore di frequenza.

Motore DC brushless trifase

Questo tipo di motore ha caratteristiche eccellenti, soprattutto quando si esegue il controllo utilizzando sensori di posizione. Se il momento di resistenza varia o è del tutto sconosciuto, e anche se è necessario raggiungerlo coppia di avviamento più elevata viene utilizzato il controllo del sensore. Se il sensore non viene utilizzato (solitamente nei ventilatori), il controllo consente di fare a meno della comunicazione cablata.

Caratteristiche del controllo di un motore brushless trifase senza sensore di posizione:

Funzionalità di controllo motore brushless trifase con un sensore di posizione sull'esempio di un sensore Hall:

Conclusione

Il motore DC senza spazzole presenta molti vantaggi e lo diventerà una scelta degna utilizzabile sia dagli specialisti che dalla gente comune.

I motori brushless offrono una migliore potenza per chilogrammo (peso netto) e vasta gamma velocità di rotazione; Anche l’efficienza di questa centrale è impressionante. È importante che l'installazione praticamente non emetta interferenze radio. Ciò consente di posizionare accanto ad esso apparecchiature sensibili alle interferenze senza timore per il corretto funzionamento dell'intero sistema.

Il motore brushless può essere posizionato e utilizzato anche in acqua, ciò non influirà negativamente. Inoltre, il suo design consente l'ubicazione in ambienti aggressivi. Tuttavia, in questo caso, dovresti pensare in anticipo alla posizione dell'unità di controllo. Ricorda che solo con un funzionamento attento e attento della centrale elettrica funzionerà nella tua produzione in modo efficiente e senza intoppi per molti anni.

Le modalità operative a lungo e breve termine sono fondamentali per i database. Per una scala mobile o un nastro trasportatore, ad esempio, è adatta una modalità operativa a lungo termine, in cui il motore elettrico funziona staticamente per un lungo numero di ore. Per il funzionamento a lungo termine, viene fornito un maggiore trasferimento di calore esterno: il rilascio di calore nell'ambiente deve superare il rilascio di calore interno della centrale elettrica.

Nella modalità operativa a breve termine, il motore non dovrebbe avere il tempo di riscaldarsi fino al valore di temperatura massimo durante il funzionamento, ad es. deve essere spento prima di questo punto. Durante le pause tra l'accensione e il funzionamento, il motore deve avere il tempo di raffreddarsi. Questo è esattamente il modo in cui funzionano i motori brushless nei meccanismi di sollevamento, nei rasoi elettrici, negli asciugacapelli e in altre apparecchiature elettriche moderne.

La resistenza dell'avvolgimento del motore è correlata al coefficiente azione utile centrale elettrica. La massima efficienza può essere ottenuta con la più bassa resistenza dell'avvolgimento.

La massima tensione operativa è il valore massimo di tensione che può essere applicato all'avvolgimento dello statore di una centrale elettrica. La tensione operativa massima è direttamente correlata a velocità massima motore e il valore massimo della corrente di avvolgimento. Valore massimo la corrente dell'avvolgimento è limitata dalla possibilità di surriscaldamento dell'avvolgimento. È per questo motivo che una condizione operativa facoltativa ma consigliata per i motori elettrici è la temperatura negativa ambiente. Consente di compensare in modo significativo il surriscaldamento della centrale elettrica e aumentare la durata del suo funzionamento.

La potenza massima del motore è la potenza massima che il sistema può raggiungere in pochi secondi. Vale la pena considerarlo lungo lavoro motore elettrico acceso massima potenza porterà inevitabilmente al surriscaldamento del sistema e al fallimento del suo funzionamento.

La potenza nominale è la potenza che la centrale elettrica può sviluppare durante il periodo di funzionamento periodico consentito dichiarato dal produttore (un avviamento).

L'angolo di anticipo di fase è previsto nel motore elettrico per la necessità di compensare il ritardo di commutazione di fase.

Attrezzature domestiche e mediche, modellismo aeronautico, azionamenti di intercettazione di tubi per gasdotti e oleodotti: questo è tutt'altro lista completa campi di applicazione dei motori DC brushless (BD). Diamo un'occhiata al design e al principio di funzionamento di questi attuatori elettromeccanici per comprenderne meglio vantaggi e svantaggi.

Informazioni generali, dispositivo, ambito di applicazione

Uno dei motivi dell'interesse per BD è la crescente necessità di micromotori ad alta velocità con posizionamento preciso. La struttura interna di tali unità è mostrata nella Figura 2.

Riso. 2. Design del motore senza spazzole

Come puoi vedere, la struttura è composta da un rotore (armatura) e uno statore, il primo ha un magnete permanente (o più magneti disposti in un certo ordine) e il secondo è dotato di bobine (B) per creare un campo magnetico .

È interessante notare che questi meccanismi elettromagnetici possono essere con un'armatura interna (questo tipo di design può essere visto nella Figura 2) o esterna (vedere Figura 3).

Riso. 3. Design del fuoristrada

Di conseguenza, ciascuno dei progetti ha un ambito di applicazione specifico. I dispositivi con un'armatura interna hanno ad alta velocità rotazione, quindi vengono utilizzati nei sistemi di raffreddamento come centrali elettriche droni, ecc. Gli attuatori a rotore esterno vengono utilizzati laddove sono richiesti posizionamento preciso e resistenza alla coppia (robotica, apparecchiature mediche, macchine CNC, ecc.).

Principio di funzionamento

A differenza di altri azionamenti, ad esempio una macchina asincrona CA, il BD necessita di un controller speciale per funzionare, che accende gli avvolgimenti in modo tale che i vettori dei campi magnetici dell'armatura e dello statore siano ortogonali tra loro. Cioè, in sostanza, il dispositivo di azionamento regola la coppia che agisce sull'armatura DB. Questo processo è chiaramente dimostrato nella Figura 4.

Come potete vedere, per ogni movimento dell'ancora è necessario effettuare una certa commutazione nell'avvolgimento dello statore di un motore di tipo brushless. Questo principio di funzionamento non consente un controllo regolare della rotazione, ma consente di guadagnare rapidamente slancio.

Differenze tra motori brushless e brushless

L'azionamento del tipo di collettore differisce dal BD come caratteristiche del progetto(vedere Fig. 5.) e il principio di funzionamento.

Riso. 5. A – motore con spazzole, B – senza spazzole

Consideriamo differenze di progettazione. Dalla Figura 5 si vede che il rotore (1 in Fig. 5) di un motore a collettore, a differenza di quello brushless, ha delle bobine con circuito semplice avvolgimento e magneti permanenti (solitamente due) sono installati sullo statore (2 in Fig. 5). Inoltre, sull'albero è installato un commutatore a cui sono collegate le spazzole, fornendo tensione agli avvolgimenti dell'indotto.

Parliamo brevemente del principio di funzionamento macchine da collezione. Quando viene applicata tensione a una delle bobine, questa viene eccitata e si forma un campo magnetico. Interagisce con magneti permanenti, ciò provoca la rotazione dell'ancora e del collettore posto su di essa. Di conseguenza, l'alimentazione viene fornita all'altro avvolgimento e il ciclo si ripete.

La frequenza di rotazione di un'armatura di questo tipo dipende direttamente dall'intensità del campo magnetico, che a sua volta è direttamente proporzionale alla tensione. Cioè, per aumentare o diminuire la velocità, è sufficiente aumentare o diminuire il livello di potenza. E per invertire è necessario invertire la polarità. Questo metodo di controllo non richiede un controller speciale, poiché il controller della corsa può essere realizzato sulla base resistore variabile e un normale interruttore funzionerà come un inverter.

Abbiamo discusso le caratteristiche di progettazione dei motori brushless nella sezione precedente. Come ricordi, per collegarli è necessario un controller speciale, senza il quale semplicemente non funzioneranno. Per lo stesso motivo questi motori non possono essere utilizzati come generatori.

Vale anche la pena notare che in alcune unità di questo tipo per più gestione efficace La posizione del rotore viene monitorata mediante sensori Hall. Ciò migliora significativamente le caratteristiche dei motori brushless, ma aumenta il costo di una struttura già costosa.

Come avviare un motore brushless?

Per far funzionare azionamenti di questo tipo, sarà necessario un controller speciale (vedere Fig. 6). Senza di esso, il lancio è impossibile.

Riso. 6. Controller per motori brushless per modellismo

Non ha senso assemblare da soli un dispositivo del genere; sarà più economico e più affidabile acquistarne uno già pronto. Puoi selezionarlo tramite le seguenti caratteristiche, caratteristica dei driver del canale PWM:

• L'intensità di corrente massima consentita, questa caratteristica è data per il normale funzionamento del dispositivo. Molto spesso, i produttori indicano questo parametro nel nome del modello (ad esempio Phoenix-18). In alcuni casi, viene fornito un valore per una modalità di picco che il controller può mantenere per diversi secondi.
• Tensione nominale massima per funzionamento continuo.
• Resistenza dei circuiti interni del controller.
• La velocità consentita è indicata in giri al minuto. Oltre questo valore il controller non consentirà l'incremento della rotazione (la limitazione è implementata su livello di programma). Si tenga presente che per gli azionamenti bipolari la velocità è sempre indicata. Se sono presenti più coppie polari, dividere il valore per il loro numero. Ad esempio il numero indicato è 60000 giri quindi per 6 motore magnetico la velocità di rotazione sarà 60000/3=20000 prm.
• La frequenza degli impulsi generati, per la maggior parte dei controller questo parametro varia da 7 a 8 kHz e oltre modelli costosi permettono di riprogrammare il parametro, incrementandolo a 16 o 32 kHz.

Tieni presente che le prime tre caratteristiche determinano la potenza del database.

Controllo motore senza spazzole

Come accennato in precedenza, la commutazione degli avvolgimenti di comando è controllata elettronicamente. Per determinare quando cambiare, il conducente monitora la posizione dell'armatura utilizzando sensori Hall. Se il convertitore non è dotato di tali rilevatori, viene presa in considerazione la forza controelettromotrice che si verifica nelle bobine dello statore non collegate. Il controller, che è essenzialmente un complesso hardware-software, monitora questi cambiamenti e imposta l'ordine di commutazione.

Motore DC brushless trifase

La maggior parte dei database sono implementati con una progettazione in tre fasi. Per controllare tale unità, il controller dispone di un convertitore Tensione CC in impulso trifase (vedi Fig. 7).

Figura 7. Diagrammi di tensione OBD

Per spiegare come funziona un tale motore della valvola, insieme alla Figura 7, dovresti considerare la Figura 4, che mostra a sua volta tutte le fasi del funzionamento dell'azionamento. Scriviamoli:

1. Un impulso positivo viene applicato alle bobine “A”, mentre un impulso negativo viene applicato a “B”, di conseguenza l'armatura si muove. I sensori registreranno il suo movimento e invieranno un segnale per la commutazione successiva.
2. La bobina “A” viene disattivata e un impulso positivo va a “C” (“B” rimane invariato), quindi un segnale viene inviato alla serie di impulsi successiva.
3. “C” è positivo, “A” è negativo.
4. Una coppia di opere “B” e “A”, che ricevono impulsi positivi e negativi.
5. Un impulso positivo viene riapplicato a “B” e un impulso negativo a “C”.
6. Le bobine “A” vengono accese (+ viene alimentato) e l'impulso negativo su “C” viene ripetuto. Quindi il ciclo si ripete.

Nell'apparente semplicità del controllo ci sono molte difficoltà. È necessario non solo monitorare la posizione dell'armatura per produrre la successiva serie di impulsi, ma anche controllare la velocità di rotazione regolando la corrente nelle bobine. Inoltre, dovresti selezionare i parametri ottimali per l'accelerazione e la frenata. Vale inoltre la pena ricordare che il controller deve essere dotato di un'unità che consenta di controllarne il funzionamento. Aspetto un tale dispositivo multifunzionale può essere visto nella Figura 8.

Riso. 8. Controller di controllo motore brushless multifunzione

Vantaggi e svantaggi

Il motore elettrico brushless presenta numerosi vantaggi, ovvero:

• La durata è significativamente più lunga di quella degli analoghi dei collettori convenzionali.
• Alta efficienza.
• Composizione rapida velocità massima rotazione.
• È più potente del CD.
• L'assenza di scintille durante il funzionamento consente l'utilizzo dell'azionamento in condizioni di pericolo di incendio.
• Non è necessario alcun raffreddamento aggiuntivo.
• Facile da usare.

Ora diamo un'occhiata ai contro. Svantaggio significativo, che limita l'uso del database: sono relativamente alto prezzo(compreso il prezzo del conducente). Tra gli inconvenienti c'è l'impossibilità di utilizzare il database senza driver, anche per l'attivazione a breve termine, ad esempio per verificarne la funzionalità. Riparazioni problematiche, soprattutto se è necessario il riavvolgimento.

Il principio di funzionamento di un motore DC brushless (BCDC) è noto da molto tempo e i motori brushless hanno sempre rappresentato un'interessante alternativa alle soluzioni tradizionali. Nonostante questo, simile auto elettrica trovato solo nel 21° secolo ampia applicazione nella tecnologia. Il fattore decisivo per un'implementazione su vasta scala è stata la notevole riduzione dei costi dell'elettronica di controllo dell'azionamento BDKP.

Problemi con i motori a spazzole

A livello fondamentale, il compito di qualsiasi motore elettrico è quello di convertire energia elettrica a meccanico. Due sono i principali fenomeni fisici alla base della progettazione delle macchine elettriche:

Il motore è progettato in modo tale che i campi magnetici creati su ciascuno dei magneti interagiscano sempre tra loro, dando rotazione al rotore. Motore elettrico tradizionale DC è composto da quattro parti principali:

• statore (un elemento stazionario con un anello di magneti);
• armatura (elemento rotante con avvolgimenti);
• spazzole di carbone;
• collettore.

Questo design prevede la rotazione dell'armatura e del commutatore sullo stesso albero rispetto alle spazzole fisse. La corrente passa dalla sorgente attraverso la molla buon contatto spazzole al commutatore, che distribuisce l'elettricità tra gli avvolgimenti dell'indotto. Il campo magnetico indotto in quest'ultimo interagisce con i magneti dello statore, provocando la rotazione dello statore.

Principale svantaggio motore tradizionaleè che il contatto meccanico sulle spazzole non può essere assicurato senza attrito. All’aumentare della velocità, il problema diventa più pronunciato. L'unità di raccolta si usura con il tempo e, inoltre, tende a generare scintille ed è in grado di ionizzarsi aria ambiente. Pertanto, nonostante la semplicità e il basso costo di produzione, Tali motori elettrici presentano alcuni svantaggi insormontabili:

• usura delle spazzole;
• rumore elettrico dovuto ad archi elettrici;
• limitazioni di velocità massima;
• difficoltà con il raffreddamento di un elettromagnete rotante.

L'avvento della tecnologia dei processori e dei transistor di potenza ha consentito ai progettisti di abbandonare l'unità di commutazione meccanica e di modificare il ruolo del rotore e dello statore in un motore elettrico CC.

Principio di funzionamento del BDKP

In un motore elettrico senza spazzole, a differenza del suo predecessore, il ruolo interruttore meccanico esegue un convertitore elettronico. Ciò consente l'implementazione di un circuito BDKP “inside out”: i suoi avvolgimenti sono posizionati sullo statore, eliminando la necessità di un collettore.

In altre parole, la principale differenza fondamentale tra motore classico e BDKP è che invece di magneti stazionari e bobine rotanti, queste ultime sono costituite da avvolgimenti stazionari e magneti rotanti. Nonostante la commutazione stessa avvenga in modo simile, la sua implementazione fisica negli azionamenti brushless è molto più complessa.

Il problema principale è il controllo preciso del motore brushless, che comporta sequenza corretta e frequenza di commutazione delle singole sezioni di avvolgimento. Questo problema è costruttivamente risolvibile solo se è possibile determinare in continuo la posizione attuale del rotore.

I dati necessari per l'elaborazione elettronica vengono ottenuti in due modi:

• rilevare la posizione assoluta dell'albero;
• misurando la tensione indotta negli avvolgimenti dello statore.

Per implementare il controllo nel primo modo, vengono spesso utilizzate coppie ottiche o sensori Hall montati fissamente sullo statore, che rispondono al flusso magnetico del rotore. Il vantaggio principale sistemi simili raccogliere informazioni sulla posizione dell'albero è la loro prestazione anche con molto basse velocità e a riposo.

Il controllo senza sensore richiede almeno una rotazione minima del rotore per valutare la tensione nelle bobine. Pertanto, in tali progetti, viene fornita una modalità per avviare il motore a velocità alle quali è possibile stimare la tensione sugli avvolgimenti e lo stato di riposo viene testato analizzando l'influenza del campo magnetico sugli impulsi di corrente di prova che passano attraverso le bobine.

Nonostante tutte le difficoltà progettuali elencate, i motori brushless stanno guadagnando sempre più popolarità grazie alle loro prestazioni e ad una serie di caratteristiche inaccessibili ai motori con spazzole. Un breve elenco dei principali vantaggi del BDKP rispetto a quelli classici si presenta così:

• nessuna perdita di energia meccanica dovuta all'attrito delle spazzole;
• funzionamento relativamente silenzioso;
• facilità di accelerazione e decelerazione della rotazione grazie alla bassa inerzia del rotore;
• controllo di rotazione di precisione;
• la possibilità di organizzare il raffreddamento grazie alla conduttività termica;
• capacità di lavorare ad alta velocità;
• durata e affidabilità.

Applicazioni attuali e prospettive

Esistono molti dispositivi per i quali l'aumento del tempo di attività è vantaggioso. vitale importanza. In tali apparecchiature l'uso del BDKP è sempre giustificato, nonostante il costo relativamente elevato. Questi possono essere acqua e pompe del carburante, turbine di raffreddamento per condizionatori e motori, ecc. I motori brushless sono utilizzati in molti modelli elettrici Veicolo. Attualmente, l'industria automobilistica ha iniziato seriamente a prestare attenzione ai motori brushless.

I BDKP sono ideali per piccoli azionamenti che operano in condizioni difficili o con alta precisione: alimentatori e nastri trasportatori, robot industriali, sistemi di posizionamento. Ci sono ambiti in cui i motori brushless dominano senza alternative: hard disk, pompe, ventole silenziose, piccoli Elettrodomestici, unità CD/DVD. Il peso ridotto e l'elevata potenza hanno reso il BDKP anche la base per la produzione di moderni utensili manuali a batteria.

Si può dire che ora si stanno facendo progressi significativi nel campo degli azionamenti elettrici. Il continuo calo dei prezzi dell'elettronica digitale ha dato origine a una tendenza verso l'uso diffuso di motori brushless al posto di quelli tradizionali.

Apparecchiature domestiche e mediche, modellismo aeronautico, azionamenti di intercettazione di tubi per gasdotti e oleodotti: questo non è un elenco completo delle aree di applicazione dei motori DC senza spazzole (BD). Diamo un'occhiata al design e al principio di funzionamento di questi attuatori elettromeccanici per comprenderne meglio vantaggi e svantaggi.

Informazioni generali, dispositivo, ambito di applicazione

Uno dei motivi dell'interesse per BD è la crescente necessità di micromotori ad alta velocità con posizionamento preciso. La struttura interna di tali unità è mostrata nella Figura 2.

Riso. 2. Design del motore senza spazzole

Come puoi vedere, la struttura è composta da un rotore (armatura) e uno statore, il primo ha un magnete permanente (o più magneti disposti in un certo ordine) e il secondo è dotato di bobine (B) per creare un campo magnetico .

È interessante notare che questi meccanismi elettromagnetici possono essere con un'armatura interna (questo tipo di design può essere visto nella Figura 2) o esterna (vedere Figura 3).

Riso. 3. Design del fuoristrada

Di conseguenza, ciascuno dei progetti ha un ambito di applicazione specifico. I dispositivi con armatura interna hanno un'elevata velocità di rotazione, quindi vengono utilizzati nei sistemi di raffreddamento, come centrali elettriche per droni, ecc. Gli attuatori a rotore esterno vengono utilizzati laddove sono richiesti posizionamento preciso e resistenza alla coppia (robotica, apparecchiature mediche, macchine CNC, ecc.).

Principio di funzionamento

A differenza di altri azionamenti, ad esempio una macchina asincrona CA, il BD necessita di un controller speciale per funzionare, che accende gli avvolgimenti in modo tale che i vettori dei campi magnetici dell'armatura e dello statore siano ortogonali tra loro. Cioè, in sostanza, il dispositivo di azionamento regola la coppia che agisce sull'armatura DB. Questo processo è chiaramente dimostrato nella Figura 4.

Come potete vedere, per ogni movimento dell'ancora è necessario effettuare una certa commutazione nell'avvolgimento dello statore di un motore di tipo brushless. Questo principio di funzionamento non consente un controllo regolare della rotazione, ma consente di guadagnare rapidamente slancio.

Differenze tra motori brushless e brushless

L'azionamento a collettore differisce dal BD sia nelle caratteristiche costruttive (vedi Fig. 5.) che nel principio di funzionamento.

Riso. 5. A – motore con spazzole, B – senza spazzole

Diamo un'occhiata alle differenze di progettazione. Dalla Figura 5 si vede che il rotore (1 in Fig. 5) di un motore a collettore, a differenza di quello brushless, ha bobine con un circuito di avvolgimento semplice, e sullo statore (2) sono installati magneti permanenti (solitamente due) nella Figura 5). Inoltre, sull'albero è installato un commutatore a cui sono collegate le spazzole, fornendo tensione agli avvolgimenti dell'indotto.

Parliamo brevemente del principio di funzionamento delle macchine da collezione. Quando viene applicata tensione a una delle bobine, questa viene eccitata e si forma un campo magnetico. Interagisce con i magneti permanenti, questo fa ruotare l'armatura e il collettore posto su di essa. Di conseguenza, l'alimentazione viene fornita all'altro avvolgimento e il ciclo si ripete.

La frequenza di rotazione di un'armatura di questo tipo dipende direttamente dall'intensità del campo magnetico, che a sua volta è direttamente proporzionale alla tensione. Cioè, per aumentare o diminuire la velocità, è sufficiente aumentare o diminuire il livello di potenza. E per invertire è necessario invertire la polarità. Questo metodo di controllo non richiede un controller speciale, poiché il controller della velocità può essere realizzato sulla base di un resistore variabile e un normale interruttore funzionerà come un inverter.

Abbiamo discusso le caratteristiche di progettazione dei motori brushless nella sezione precedente. Come ricordi, per collegarli è necessario un controller speciale, senza il quale semplicemente non funzioneranno. Per lo stesso motivo questi motori non possono essere utilizzati come generatori.

Vale anche la pena notare che in alcuni azionamenti di questo tipo, per un controllo più efficiente, le posizioni del rotore vengono monitorate tramite sensori Hall. Ciò migliora significativamente le caratteristiche dei motori brushless, ma aumenta il costo di una struttura già costosa.

Come avviare un motore brushless?

Per far funzionare azionamenti di questo tipo, sarà necessario un controller speciale (vedere Fig. 6). Senza di esso, il lancio è impossibile.

Riso. 6. Controller per motori brushless per modellismo

Non ha senso assemblare da soli un dispositivo del genere; sarà più economico e più affidabile acquistarne uno già pronto. È possibile selezionarlo in base alle seguenti caratteristiche caratteristiche dei driver del canale PWM:

• L'intensità di corrente massima consentita, questa caratteristica è data per il normale funzionamento del dispositivo. Molto spesso, i produttori indicano questo parametro nel nome del modello (ad esempio Phoenix-18). In alcuni casi, viene fornito un valore per una modalità di picco che il controller può mantenere per diversi secondi.
• Tensione nominale massima per funzionamento continuo.
• Resistenza dei circuiti interni del controller.
• La velocità consentita è indicata in giri al minuto. Oltre questo valore il controller non consentirà l'incremento della rotazione (la limitazione è implementata a livello software). Si tenga presente che per gli azionamenti bipolari la velocità è sempre indicata. Se sono presenti più coppie polari, dividere il valore per il loro numero. Ad esempio è indicato il numero 60000 giri/min quindi per un motore a 6 magneti la velocità di rotazione sarà 60000/3=20000 prm.
• La frequenza degli impulsi generati, per la maggior parte dei controller questo parametro varia da 7 a 8 kHz, i modelli più costosi consentono di riprogrammare il parametro, aumentandolo a 16 o 32 kHz;

Tieni presente che le prime tre caratteristiche determinano la potenza del database.

Controllo motore senza spazzole

Come accennato in precedenza, la commutazione degli avvolgimenti di comando è controllata elettronicamente. Per determinare quando cambiare, il conducente monitora la posizione dell'armatura utilizzando sensori Hall. Se il convertitore non è dotato di tali rilevatori, viene presa in considerazione la forza controelettromotrice che si verifica nelle bobine dello statore non collegate. Il controller, che è essenzialmente un complesso hardware-software, monitora questi cambiamenti e imposta l'ordine di commutazione.

Motore DC brushless trifase

La maggior parte dei database sono implementati con una progettazione in tre fasi. Per controllare tale azionamento, il controller dispone di un convertitore di impulsi da CC a trifase (vedere Fig. 7).

Figura 7. Diagrammi di tensione OBD

Per spiegare come funziona un tale motore della valvola, insieme alla Figura 7, dovresti considerare la Figura 4, che mostra a sua volta tutte le fasi del funzionamento dell'azionamento. Scriviamoli:

1. Un impulso positivo viene applicato alle bobine “A”, mentre un impulso negativo viene applicato a “B”, di conseguenza l'armatura si muove. I sensori registreranno il suo movimento e invieranno un segnale per la commutazione successiva.
2. La bobina “A” viene disattivata e un impulso positivo va a “C” (“B” rimane invariato), quindi un segnale viene inviato alla serie di impulsi successiva.
3. “C” è positivo, “A” è negativo.
4. Una coppia di opere “B” e “A”, che ricevono impulsi positivi e negativi.
5. Un impulso positivo viene riapplicato a “B” e un impulso negativo a “C”.
6. Le bobine “A” vengono accese (+ viene alimentato) e l'impulso negativo su “C” viene ripetuto. Quindi il ciclo si ripete.

Nell'apparente semplicità del controllo ci sono molte difficoltà. È necessario non solo monitorare la posizione dell'armatura per produrre la successiva serie di impulsi, ma anche controllare la velocità di rotazione regolando la corrente nelle bobine. Inoltre, dovresti selezionare i parametri ottimali per l'accelerazione e la frenata. Vale inoltre la pena ricordare che il controller deve essere dotato di un'unità che consenta di controllarne il funzionamento. L'aspetto di un tale dispositivo multifunzionale può essere visto nella Figura 8.

Riso. 8. Controller di controllo motore brushless multifunzione

Vantaggi e svantaggi

Il motore elettrico brushless presenta numerosi vantaggi, ovvero:

• La durata è significativamente più lunga di quella degli analoghi dei collettori convenzionali.
• Alta efficienza.
• Imposta rapidamente la velocità di rotazione massima.
• È più potente del CD.
• L'assenza di scintille durante il funzionamento consente l'utilizzo dell'azionamento in condizioni di pericolo di incendio.
• Non è necessario alcun raffreddamento aggiuntivo.
• Facile da usare.

Ora diamo un'occhiata ai contro. Uno svantaggio significativo che limita l'uso dei database è il loro costo relativamente elevato (compreso il prezzo del conducente). Tra gli inconvenienti c'è l'impossibilità di utilizzare il database senza driver, anche per l'attivazione a breve termine, ad esempio per verificarne la funzionalità. Riparazioni problematiche, soprattutto se è necessario il riavvolgimento.