Домаќинска и медицинска опрема, моделирање на авиони, погони за исклучување на цевки за гасоводи и нафтоводи - ова е далеку од целосна листаобласти на примена на DC мотори без четкички (BD). Ајде да го погледнеме дизајнот и принципот на работа на овие електромеханички актуатори за подобро да ги разбереме нивните предности и недостатоци.

Општи информации, уред, опсег на примена

Една од причините за интересот за BD е зголемената потреба од микромотори со голема брзина со прецизно позиционирање. Внатрешната структура на таквите погони е прикажана на слика 2.

Како што можете да видите, дизајнот се состои од ротор (арматура) и статор, првиот има постојан магнет (или неколку магнети распоредени по одреден редослед), а вториот е опремен со калеми (Б) за да создаде магнетно поле .

Вреди да се одбележи дека овие електромагнетни механизми можат да бидат или со внатрешна арматура (овој тип на дизајн може да се види на слика 2) или надворешни (види слика 3).

Според тоа, секој од дизајните има специфичен опсег на примена. Уредите со внатрешна арматура имаат голема брзинаротација, затоа се користат во системите за ладење како електранидронови итн. Надворешните активатори на роторот се користат таму каде што е потребно прецизно позиционирање и отпорност на вртежен момент (роботика, медицинска опрема, CNC машини итн.).

Принцип на работа

За разлика од другите погони, на пр. асинхрона машинанаизменична струја, за работа на BD, потребен е посебен контролер, кој ги вклучува намотките на таков начин што векторите на магнетните полиња на арматурата и статорот се ортогонални еден на друг. Тоа е, во суштина, уредот за возење го регулира вртежниот момент што дејствува на арматурата на DB. Овој процес е јасно прикажан на Слика 4.

Како што можете да видите, за секое движење на арматурата потребно е да се изврши одредена комутација во намотувањето на статорот на мотор од типот без четка. Овој принцип на работа не дозволува непречена контрола на ротацијата, но овозможува брзо стекнување на импулс.

Разлики помеѓу четкани и четкички мотори

Погонот од типот на колекторот се разликува од BD како карактеристики на дизајнот(види Сл. 5.), и принципот на работа.

Ајде да размислиме разлики во дизајнот. Од слика 5 може да се види дека роторот (1 на слика 5) на мотор од типот комутатор, за разлика од оној без четкички, има намотки со едноставно кололиквидација, и постојани магнети (обично два) се инсталирани на статорот (2 на слика 5). Дополнително, на вратилото е инсталиран комутатор, на кој се поврзани четки, снабдувајќи со напон на намотките на арматурата.

Ајде накратко да зборуваме за принципот на работа на колекторските машини. Кога напонот се применува на една од намотките, тој се возбудува и се формира магнетно поле. Тоа е во интеракција со постојани магнети, ова предизвикува ротирање на арматурата и колекторот поставен на неа. Како резултат на тоа, напојувањето се испорачува на другата ликвидација и циклусот се повторува.

Фреквенцијата на ротација на арматурата од овој дизајн директно зависи од интензитетот на магнетното поле, кое, пак, е директно пропорционално на напонот. Тоа е, за да се зголеми или намали брзината, доволно е да се зголеми или намали нивото на моќност. И за да се смени, неопходно е да се смени поларитетот. Овој метод на контрола не бара посебен контролер, бидејќи контролорот за удар може да се направи врз основа променлив отпорник, а обичен прекинувач ќе работи како инвертер.

Разговаравме за дизајнерските карактеристики на моторите без четкички во претходниот дел. Како што се сеќавате, нивното поврзување бара посебен контролер, без кој тие едноставно нема да работат. Од истата причина, овие мотори не можат да се користат како генератор.

Исто така, вреди да се напомене дека во некои дискови од овој типза повеќе ефективно управувањеПоложбата на роторот се следи со помош на сензори Хол. Ова значително ги подобрува карактеристиките на моторите без четкички, но ја зголемува цената на веќе скапиот дизајн.

Како да стартувате мотор без четки?

За да функционираат погоните од овој тип, ќе ви треба посебен контролер (види слика 6). Без него, лансирањето е невозможно.

Нема смисла сами да составувате таков уред, ќе биде поевтино и посигурно да купите готов. Можете да го изберете со следните карактеристики, карактеристични за драјверите на PWM каналите:

• Максималната дозволена јачина на струјата, оваа карактеристика е дадена за нормално функционирање на уредот. Доста често, производителите го означуваат овој параметар во името на моделот (на пример, Феникс-18). Во некои случаи, се дава вредност за режим на врв што контролорот може да го одржува неколку секунди.
• Максимален номинален напон за континуирано работење.
• Отпорност на внатрешните кола на контролорот.
• Дозволената брзина е означена во вртежи во минута. Надвор од оваа вредност, контролорот нема да дозволи зголемување на ротацијата (ограничувањето е имплементирано на програмско ниво). Ве молиме имајте предвид дека брзината секогаш е дадена за двополни погони. Ако има повеќе парови на полови, поделете ја вредноста со нивниот број. На пример, означениот број е 60000 вртежи во минута, затоа, за 6 магнетен моторбрзината на ротација ќе биде 60000/3=20000 prm.
• Фреквенцијата на генерираните импулси, за повеќето контролери овој параметар се движи од 7 до 8 kHz, повеќе скапи моделиви овозможува да го репрограмирате параметарот, зголемувајќи го на 16 или 32 kHz.

Ве молиме имајте предвид дека првите три карактеристики ја одредуваат моќта на базата на податоци.

Контрола на мотор без четки

Како што споменавме погоре, префрлувањето на погонските намотки се контролира електронски. За да одреди кога да прави прекинувачи, возачот ја следи положбата на арматурата користејќи сензори на Хол. Ако погонот не е опремен со такви детектори, тогаш се зема предвид задниот EMF што се појавува во неповрзаните намотки на статорот. Контролорот, кој во суштина е хардверско-софтверски комплекс, ги следи овие промени и го поставува редоследот на префрлување.

Трифазен DC мотор без четкички

Повеќето бази на податоци се имплементирани во трифазен дизајн. За контрола на таков погон, контролорот има конвертор DC напонво трифазен импулс (види Сл. 7).

За да објасните како функционира таков мотор со вентил, заедно со Слика 7, треба да ја земете во предвид сликата 4, која за возврат ги прикажува сите фази на работа на погонот. Ајде да ги запишеме:

1. Позитивен импулс се применува на намотките „А“, додека негативен импулс се применува на „Б“, како резултат на тоа арматурата се движи. Сензорите ќе го снимаат неговото движење и ќе испратат сигнал за следното префрлување.
2. Калемот „А“ е исклучен, а позитивниот пулс оди на „C“ („Б“ останува непроменет), потоа се испраќа сигнал до следниот сет на импулси.
3. „Ц“ е позитивно, „А“ е негативно.
4. Пар „Б“ и „А“ работи, кои добиваат позитивни и негативни импулси.
5. Позитивен пулс повторно се применува на „B“, а негативен пулс на „C“.
6. Намотките „A“ се вклучени (+ се испорачува) и негативниот пулс на „C“ се повторува. Потоа циклусот се повторува.

Во очигледната едноставност на контролата има многу тешкотии. Неопходно е не само да се следи положбата на арматурата за да се произведе следната серија пулсирања, туку и да се контролира брзината на ротација со прилагодување на струјата во намотките. Покрај тоа, треба да ги изберете најоптималните параметри за забрзување и сопирање. Исто така, вреди да се запамети дека контролорот мора да биде опремен со единица што ви овозможува да ја контролирате неговата работа. Изгледтаков мултифункционален уред може да се види на слика 8.

Предности и недостатоци

Електричниот мотор без четки има многу предности, имено:

• Животниот век е значително подолг од оној на конвенционалните колекторски аналози.
• Висока ефикасност.
• Брзо бирање максимална брзинаротација.
• Помоќен е од ЦД-то.
• Отсуството на искри за време на работата овозможува погонот да се користи во опасни услови за пожар.
• Не е потребно дополнително ладење.
• Лесен за употреба.

Сега да ги погледнеме лошите страни. Значителен недостаток, што ја ограничува употребата на базата на податоци - тие се релативно висока цена(вклучувајќи ја и цената на возачот). Меѓу непријатностите е неможноста да се користи базата на податоци без драјвер, дури и за краткорочно активирање, на пример, за проверка на нејзината функционалност. Проблематични поправки, особено ако е потребно премотување назад.

Чиј принцип на работа се заснова на регулација на фреквенцијата и самосинхронизација се нарекува мотор без четка. Во овој дизајн, векторот на магнетното поле на статорот се контролира во однос на положбата на роторот. Моторот без четка е создаден за да ги подобри својствата на стандардните DC мотори со четкање.

Органски искомбинирал најмногу најдобри квалитетиМотори со еднонасочна струја и електромотори без контакт.

Главните разлики од конвенционалните мотори

Моторите без четки често се користат во радио контролирани моделиавиони. Нивните извонредни карактеристики и издржливост добија широка популарност поради отсуството на делови за триење во форма на четки кои пренесуваат струја.

За поцелосно да ја замислите разликата, треба да го запомните тоа во стандардот комутаторски моторРоторот и намотките се ротираат во внатрешноста на статорот, кој се базира на постојани магнети. Намотките се префрлуваат со помош на комутатор, во зависност од положбата на роторот. Во мотор со наизменична струја, напротив, роторот со магнет се ротира во статорот со намотки. Моторот има приближно ист дизајн.

За разлика од стандардни мотори, во тип без четкички, подвижен дел е статорот, во кој се поставени постојани магнети, а улогата на неподвижниот дел ја игра ротор со трифазни намотки.

Принцип на работа на електричен мотор без четки

Вртењето на моторот се врши со промена на насоката на магнетното поле во намотките на роторот во одредена низа. Во овој случај, постојаните магнети комуницираат со магнетните полиња на роторот и го придвижуваат подвижниот статор. Ова движење се заснова на основното својство на магнетите, кога како столбови се одбиваат еден со друг, и спротивни имиња привлекуваат.

Магнетните полиња во намотките на роторот и нивната промена се контролираат со помош на контролер. Тој претставува доволно комплексен уред, способен за префрлување на високи струи со голема брзина. Контролорот нужно има електричен мотор без четки во своето коло, што значително ги зголемува трошоците за неговата употреба.

Моторите без четки немаат никакви ротирачки контакти или контакти способни за префрлување. Ова е нивната главна предност во однос на конвенционалните електрични мотори, бидејќи сите загуби од триење се минимизирани.

Сигурно секој почетник кој прв го поврзал својот живот со радио-контролирани електрични модели, откако внимателно го проучувал полнењето, има прашање. Што е колектор (брусен) и? Кој е подобро да го ставите на вашиот радио-контролиран електричен модел?

Брусните мотори, кои толку често се користат за возење на радио-контролирани електрични модели, имаат само две жици за излезна струја. Еден од нив е „+“, а другиот е „-“. За возврат, тие се поврзани со контролорот за брзина на ротација. Откако ќе го расклопите моторот на комутаторот, секогаш ќе најдете 2 заоблени магнети, вратило заедно со арматура на која е намотана бакарна нишка (жица), каде што од едната страна на вратилото има запчаник, а од другата страна има колектор составен од плочи, кои содржат чист бакар.

Принцип на работа на мотор со комутатор

Електричната струја (DC или директна струја), влегувајќи во намотките на арматурата (во зависност од нивниот број за секој по ред), создава електромагнетно поле во нив, кое има јужен пол од едната и северен пол од другата страна.

Многу луѓе знаат дека ако земете кои било два магнета и ги поставите како столбовиеден до друг, тогаш нема да се согласат за ништо, а ако се стават со спротивни имиња, тогаш ќе се држат за да не може секогаш да се разделат.

Значи, ова електромагнетно поле, кое се појавува во која било од намотките на арматурата, во интеракција со секој од половите на магнетите на статорот, ја придвижува (ротира) самата арматура. Следно, струјата минува низ комутаторот и четка до следното намотување и така последователно, движејќи се од една намотка на арматурата во друга, вратилото на електричниот мотор се ротира заедно со арматурата, но само додека на него се применува напон.

Во стандарден мотор со комутатор, арматурата има три пола (три намотки) - ова е направено така што моторот не се „лепи“ во една положба.

Недостатоци на моторите со комутатори

Сами по себе, моторите со комутатори добро ја вршат својата работа, но тоа е само до моментот кога ќе се појави потреба да се добие најголема можна брзина од нив на излезот. Се работи за истите четки споменати погоре. Бидејќи тие се секогаш во близок контакт со колекторот, како резултат голема брзинаНа местото на нивниот контакт, се јавува триење, што во иднина ќе предизвика брзо абење на двете и последователно ќе доведе до губење на ефективната електрична енергија. моторот. Ова е најзначајниот недостаток на таквите мотори, што ги негира сите негови позитивни квалитети.

Принцип на работа на мотор без четки

Овде сè е обратно на моторите од овој тип им недостасуваат и четки и комутатор. Магнетите во нив се наоѓаат строго околу вратилото и делуваат како ротор. Околу него се поставени намотки кои веќе имаат неколку магнетни столбови. На роторот на моторите без четки е инсталиран таканаречен сензор (сензор), кој ќе ја следи неговата положба и ќе ги пренесе овие информации до процесорот, кој работи заедно со контролорот за брзина на ротација (размена на податоци за положбата на роторот се случува повеќе од 100 пати во секунда). Како резултат добиваме повеќе непречено функционирањесамиот мотор со максимална моќност.

Моторите без четки можат да бидат со или без сензор. Отсуството на сензор малку ја намалува ефикасноста на моторот, така што нивното отсуство веројатно нема да вознемири почетник, но цената пријатно ќе ве изненади. Лесно е да се разликуваат едни од други. Моторите со сензор, покрај 3 дебели жици за напојување, имаат и дополнителен кабел од тенки кои одат до контролорот за брзина. И почетниците и аматерите не треба да ги бркаат моторите со сензор, бидејќи само професионалците ќе го ценат нивниот потенцијал, додека другите едноставно ќе преплатат и значително.

Добрите страни на моторите без четкички

Речиси и да нема делови за носење. Зошто „скоро“, затоа што вратилото на роторот е поставено на лежишта, кои пак имаат тенденција да се истрошат, но нивниот работен век е исклучително долг, а нивната заменливост е многу едноставна. Таквите мотори се многу сигурни и ефикасни. Инсталиран е сензор за контрола на положбата на роторот. На моторите со комутатор, работата на четките е секогаш придружена со искри, што последователно предизвикува пречки во работата на радио опремата. Значи, за оние без колектор, како што веќе разбравте, овие проблеми се исклучени. Без триење, без прегревање, што е исто така значајна предност. Во споредба со комутаторски моторине бараат дополнително одржување за време на работата.

Недостатоци на моторите без четки

Таквите мотори имаат само еден минус, ова е цената. Но, ако го погледнете од другата страна и го земете предвид фактот дека работата веднаш го ослободува сопственикот од такви проблеми како што се замена на пружини, арматури, четки, комутатори, тогаш лесно ќе му дадете предност на второто.

Опрема за домаќинството и медицинската опрема, моделирање на авиони, погони за исклучување на цевки за гасоводи и нафтоводи - ова не е целосен список на области на примена на мотори со еднонасочна струја без четкички (BD). Ајде да го погледнеме дизајнот и принципот на работа на овие електромеханички актуатори за подобро да ги разбереме нивните предности и недостатоци.

Општи информации, уред, опсег на примена

Една од причините за интересот за BD е зголемената потреба од микромотори со голема брзина со прецизно позиционирање. Внатрешната структура на таквите погони е прикажана на слика 2.

Како што можете да видите, дизајнот се состои од ротор (арматура) и статор, првиот има постојан магнет (или неколку магнети распоредени по одреден редослед), а вториот е опремен со калеми (Б) за да создаде магнетно поле .

Вреди да се одбележи дека овие електромагнетни механизми можат да бидат или со внатрешна арматура (овој тип на дизајн може да се види на слика 2) или надворешни (види слика 3).

Според тоа, секој од дизајните има специфичен опсег на примена. Уредите со внатрешна арматура имаат голема брзина на ротација, па затоа се користат во системи за ладење, како електрани за дронови итн. Надворешните активатори на роторот се користат таму каде што е потребно прецизно позиционирање и отпорност на вртежен момент (роботика, медицинска опрема, CNC машини итн.).

Принцип на работа

За разлика од другите погони, на пример, асинхрона машина со наизменична струја, BD бара посебен контролер за работа, кој ги вклучува намотките на таков начин што векторите на магнетните полиња на арматурата и статорот се ортогонални еден на друг. Тоа е, во суштина, уредот за возење го регулира вртежниот момент што дејствува на арматурата на DB. Овој процес е јасно прикажан на Слика 4.

Како што можете да видите, за секое движење на арматурата потребно е да се изврши одредена комутација во намотувањето на статорот на мотор од типот без четка. Овој принцип на работа не дозволува непречена контрола на ротацијата, но овозможува брзо стекнување на импулс.

Разлики помеѓу четкани и четкички мотори

Погонот од колекторски тип се разликува од BD и по дизајнерските карактеристики (види слика 5.) и по принципот на работа.

Ајде да ги погледнеме разликите во дизајнот. Од Слика 5 може да се види дека роторот (1 на слика 5) на мотор од типот комутатор, за разлика од оној без четкички, има намотки со едноставно коло за намотување, а на статорот се инсталирани постојани магнети (обично два) (2 на Сл. 5). Дополнително, на вратилото е инсталиран комутатор, на кој се поврзани четки, снабдувајќи со напон на намотките на арматурата.

Ајде накратко да зборуваме за принципот на работа на колекторските машини. Кога напонот се применува на една од намотките, тој се возбудува и се формира магнетно поле. Тој е во интеракција со постојани магнети, што предизвикува арматурата и колекторот поставен на него да се ротираат. Како резултат на тоа, напојувањето се испорачува на другата ликвидација и циклусот се повторува.

Фреквенцијата на ротација на арматурата од овој дизајн директно зависи од интензитетот на магнетното поле, кое, пак, е директно пропорционално на напонот. Тоа е, за да се зголеми или намали брзината, доволно е да се зголеми или намали нивото на моќност. И за да се смени, неопходно е да се смени поларитетот. Овој метод на контрола не бара посебен контролер, бидејќи контролорот за брзина може да се направи врз основа на променлив отпорник, а обичен прекинувач ќе работи како инвертер.

Разговаравме за дизајнерските карактеристики на моторите без четкички во претходниот дел. Како што се сеќавате, нивното поврзување бара посебен контролер, без кој тие едноставно нема да работат. Од истата причина, овие мотори не можат да се користат како генератор.

Исто така, вреди да се напомене дека кај некои погони од овој тип, позициите на роторот се следат со помош на сензори Hall за поефикасна контрола. Ова значително ги подобрува карактеристиките на моторите без четкички, но ја зголемува цената на веќе скапиот дизајн.

Како да стартувате мотор без четки?

За да функционираат погоните од овој тип, ќе ви треба посебен контролер (види слика 6). Без него, лансирањето е невозможно.

Нема смисла сами да составувате таков уред, ќе биде поевтино и посигурно да купите готов. Можете да го изберете врз основа на следните карактеристики карактеристични за драјверите на каналите PWM:

• Максималната дозволена јачина на струјата, оваа карактеристика е дадена за нормално функционирање на уредот. Доста често, производителите го означуваат овој параметар во името на моделот (на пример, Феникс-18). Во некои случаи, се дава вредност за режим на врв што контролорот може да го одржува неколку секунди.
• Максимален номинален напон за континуирано работење.
• Отпорност на внатрешните кола на контролорот.
• Дозволената брзина е означена во вртежи во минута. Надвор од оваа вредност, контролорот нема да дозволи зголемување на ротацијата (ограничувањето се спроведува на ниво на софтвер). Ве молиме имајте предвид дека брзината секогаш е дадена за двополни погони. Ако има повеќе парови на полови, поделете ја вредноста со нивниот број. На пример, означен е бројот 60000 вртежи во минута, затоа, за 6-магнетен мотор брзината на ротација ќе биде 60000/3=20000 prm.
• Фреквенцијата на генерираните импулси, за повеќето контролери, овој параметар се движи од 7 до 8 kHz, поскапите модели ви дозволуваат да го репрограмирате параметарот, зголемувајќи го на 16 или 32 kHz.

Ве молиме имајте предвид дека првите три карактеристики ја одредуваат моќта на базата на податоци.

Контрола на мотор без четки

Како што споменавме погоре, префрлувањето на погонските намотки се контролира електронски. За да одреди кога да прави прекинувачи, возачот ја следи положбата на арматурата користејќи сензори на Хол. Ако погонот не е опремен со такви детектори, тогаш се зема предвид задниот EMF што се појавува во неповрзаните намотки на статорот. Контролорот, кој во суштина е хардверско-софтверски комплекс, ги следи овие промени и го поставува редоследот на префрлување.

Трифазен DC мотор без четкички

Повеќето бази на податоци се имплементирани во трифазен дизајн. За да се контролира таков погон, контролорот има пулсен конвертор од DC во трифазен (види слика 7).

За да објасните како функционира таков мотор со вентил, заедно со Слика 7, треба да ја земете во предвид сликата 4, која за возврат ги прикажува сите фази на работа на погонот. Ајде да ги запишеме:

1. Позитивен импулс се применува на намотките „А“, додека негативен импулс се применува на „Б“, како резултат на тоа арматурата се движи. Сензорите ќе го снимаат неговото движење и ќе испратат сигнал за следното префрлување.
2. Калемот „А“ е исклучен, а позитивниот пулс оди на „C“ („Б“ останува непроменет), потоа се испраќа сигнал до следниот сет на импулси.
3. „Ц“ е позитивно, „А“ е негативно.
4. Пар „Б“ и „А“ работи, кои добиваат позитивни и негативни импулси.
5. Позитивен пулс повторно се применува на „B“, а негативен пулс на „C“.
6. Намотките „A“ се вклучени (+ се испорачува) и негативниот пулс на „C“ се повторува. Потоа циклусот се повторува.

Во очигледната едноставност на контролата има многу тешкотии. Неопходно е не само да се следи положбата на арматурата за да се произведе следната серија пулсирања, туку и да се контролира брзината на ротација со прилагодување на струјата во намотките. Покрај тоа, треба да ги изберете најоптималните параметри за забрзување и сопирање. Исто така, вреди да се запамети дека контролорот мора да биде опремен со единица што ви овозможува да ја контролирате неговата работа. Појавата на таков мултифункционален уред може да се види на Слика 8.

Предности и недостатоци

Електричниот мотор без четки има многу предности, имено:

• Животниот век е значително подолг од оној на конвенционалните колекторски аналози.
• Висока ефикасност.
• Брзо поставете максимална брзина на ротација.
• Помоќен е од ЦД-то.
• Отсуството на искри за време на работата овозможува погонот да се користи во опасни услови за пожар.
• Не е потребно дополнително ладење.
• Лесен за употреба.

Сега да ги погледнеме лошите страни. Значаен недостаток што ја ограничува употребата на бази на податоци е нивната релативно висока цена (вклучувајќи ја и цената на возачот). Меѓу непријатностите е неможноста да се користи базата на податоци без драјвер, дури и за краткорочно активирање, на пример, за проверка на нејзината функционалност. Проблематични поправки, особено ако е потребно премотување назад.