जेव्हा मी ब्रशलेस मोटर (व्हील मोटर) कंट्रोल युनिट डिझाइन करण्यास सुरुवात केली, तेव्हा अमूर्त तीन-विंडिंग आणि मॅग्नेट सर्किटसह वास्तविक मोटरची तुलना कशी करावी याबद्दल बरेच प्रश्न होते, जे नियम म्हणून, ब्रशलेस मोटर नियंत्रणाचे तत्त्व स्पष्ट करते.

जेव्हा मी हॉल सेन्सर्सद्वारे नियंत्रण लागू केले, तेव्हा मला अजूनही समजले नाही की इंजिनमध्ये अमूर्त तीन विंडिंग आणि दोन ध्रुवांच्या पलीकडे काय चालले आहे: 120 अंश का आणि नियंत्रण अल्गोरिदम नेमके असे का होते.

जेव्हा मला ब्रशलेस मोटरच्या सेन्सरलेस कंट्रोलची कल्पना समजू लागली तेव्हा सर्वकाही व्यवस्थित झाले - लोखंडाच्या वास्तविक तुकड्यात होणारी प्रक्रिया समजून घेतल्याने मला हार्डवेअर विकसित करण्यात आणि नियंत्रण अल्गोरिदम समजण्यास मदत झाली.

खाली मी ब्रशलेस डीसी मोटर नियंत्रित करण्याचे तत्व समजून घेण्याचा माझा मार्ग रंगवण्याचा प्रयत्न करेन.

ब्रशलेस मोटरच्या ऑपरेशनसाठी, हे आवश्यक आहे की रोटरचे स्थिर चुंबकीय क्षेत्र स्टेटरच्या फिरत्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्डसह चालते, जसे की पारंपारिक डीसी मोटरमध्ये.

स्टेटर चुंबकीय क्षेत्राचे रोटेशन इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल युनिट वापरून विंडिंग्स स्विच करून चालते.
ब्रशलेस मोटरची रचना सिंक्रोनस मोटरसारखीच असते, जर तुम्ही ब्रशलेस मोटरला मोटरच्या इलेक्ट्रिकल पॅरामीटर्सची पूर्तता करणाऱ्या थ्री-फेज एसी नेटवर्कशी कनेक्ट केले तर ते काम करेल.

ब्रशलेस मोटरच्या विंडिंग्सचे विशिष्ट स्विचिंग आपल्याला डीसी स्त्रोतावरून नियंत्रित करण्यास अनुमती देते. ब्रशलेस मोटरचे कम्युटेशन टेबल कसे बनवायचे हे समजून घेण्यासाठी, एसी सिंक्रोनस मशीनच्या नियंत्रणाचा विचार करणे आवश्यक आहे.

सिंक्रोनस मशीन
सिंक्रोनस मशीन तीन-फेज एसी नेटवर्कवरून नियंत्रित केली जाते. मोटरमध्ये 120 इलेक्ट्रिकल अंशांनी ऑफसेट 3 इलेक्ट्रिकल विंडिंग आहेत.

जनरेटर मोडमध्ये थ्री-फेज मोटर सुरू करून, प्रत्येक मोटर विंडिंगवर स्थिर चुंबकीय क्षेत्राद्वारे EMF प्रेरित केले जाईल, मोटर विंडिंग समान रीतीने वितरीत केले जातील, प्रत्येक टप्प्यावर साइनसॉइडल व्होल्टेज प्रेरित केले जाईल आणि हे सिग्नल कालावधीच्या 1/3 ने स्थलांतरित केले जाईल (आकृती 1). सायनसॉइडल कायद्यानुसार ईएमएफचे स्वरूप बदलते, सायनसॉइडचा कालावधी 2P (360) आहे, कारण आपण विद्युत प्रमाण (EMF, व्होल्टेज, करंट) हाताळत आहोत, याला इलेक्ट्रिकल अंश म्हणू या आणि आपण कालावधी मोजू. त्यांना

जेव्हा मोटरवर थ्री-फेज व्होल्टेज लागू केले जाते, तेव्हा प्रत्येक क्षणी प्रत्येक वळणावर वर्तमान शक्तीचे विशिष्ट मूल्य असेल.

आकृती 1. तीन-फेज एसी स्त्रोताच्या सिग्नलचे दृश्य.

प्रत्येक वळण वळणातील विद्युत् प्रवाहाच्या प्रमाणात चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर निर्माण करते. 3 वेक्टर जोडून, ​​आपण परिणामी चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर मिळवू शकता. कालांतराने मोटर विंडिंग्सवरील विद्युत् प्रवाह सायनसॉइडल कायद्यानुसार बदलतो, प्रत्येक वळणाच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या वेक्टरची परिमाण बदलते आणि परिणामी एकूण वेक्टर रोटेशनचा कोन बदलतो, तर या वेक्टरची विशालता स्थिर राहते.

आकृती 2. तीन-फेज मोटरचा एक विद्युत कालावधी.

आकृती 2 तीन-फेज मोटरचा एक विद्युत कालावधी दर्शविते, या कालावधीवर 3 अनियंत्रित क्षण दर्शविलेले आहेत, या प्रत्येक क्षणात चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर तयार करण्यासाठी, आम्ही हा कालावधी, 360 विद्युत अंश, एका वर्तुळावर ठेवतो. चला एकमेकांच्या सापेक्ष 120 इलेक्ट्रिकल अंशांनी शिफ्ट केलेले 3 मोटर विंडिंग ठेवू (आकृती 3).

आकृती 3. क्षण 1. प्रत्येक वळणाचे चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर (डावीकडे) आणि परिणामी चुंबकीय क्षेत्र सदिश (उजवीकडे).

मोटर वाइंडिंगद्वारे तयार केलेले चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर प्रत्येक टप्प्यावर प्लॉट केलेले आहे. व्हेक्टरची दिशा विंडिंगमधील डायरेक्ट करंटच्या दिशेने निश्चित केली जाते, जर वळणावर लागू केलेला व्होल्टेज सकारात्मक असेल तर व्हेक्टर वळणाच्या विरुद्ध दिशेने, जर नकारात्मक असेल तर वळणाच्या बाजूने निर्देशित केला जातो. वेक्टरची विशालता एका दिलेल्या क्षणी टप्प्यावरील व्होल्टेजच्या विशालतेच्या प्रमाणात असते.
परिणामी चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर प्राप्त करण्यासाठी, वेक्टर जोडण्याच्या नियमानुसार वेक्टर डेटा जोडणे आवश्यक आहे.
वेळेच्या दुसऱ्या आणि तिसऱ्या क्षणांसाठी बांधकाम समान आहे.

आकृती 4. क्षण 2. प्रत्येक वळणाचे चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर (डावीकडे) आणि परिणामी चुंबकीय क्षेत्र सदिश (उजवीकडे).

म्हणून, कालांतराने, परिणामी वेक्टर सहजतेने त्याची दिशा बदलतो, आकृती 5 परिणामी वेक्टर दर्शविते आणि एका विद्युतीय कालावधीत स्टेटर चुंबकीय क्षेत्राचे संपूर्ण रोटेशन दर्शविते.

आकृती 5. मोटर स्टेटरवरील विंडिंग्सद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या फिरत्या चुंबकीय क्षेत्राचे दृश्य.

विद्युत चुंबकीय क्षेत्राच्या या वेक्टरच्या मागे, रोटरच्या स्थायी चुंबकांचे चुंबकीय क्षेत्र वेळेच्या प्रत्येक क्षणी वाहून जाते (आकृती 6).

आकृती 6. स्थायी चुंबक (रोटर) स्टेटरद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या चुंबकीय क्षेत्राच्या दिशेने जाते.

अशा प्रकारे सिंक्रोनस एसी मशीन काम करते.

थेट करंट स्त्रोत असल्याने, तीन मोटर विंडिंग्सवर चालू दिशानिर्देशांमध्ये बदल करून स्वतंत्रपणे एक विद्युत कालावधी तयार करणे आवश्यक आहे. ब्रशलेस मोटर सिंक्रोनस मोटरच्या डिझाइनमध्ये सारखीच असल्याने आणि जनरेटर मोडमध्ये समान पॅरामीटर्स असल्याने, आकृती 5 पासून प्रारंभ करणे आवश्यक आहे, जे व्युत्पन्न फिरणारे चुंबकीय क्षेत्र दर्शविते.

सतत दबाव
डीसी स्त्रोतामध्ये फक्त 2 तारा “प्लस पॉवर” आणि “मायनस पॉवर” आहेत, याचा अर्थ असा की तीन पैकी फक्त दोन विंडिंगला व्होल्टेज पुरवणे शक्य आहे. अंदाजे आकृती 5 आणि सर्व क्षण निवडणे आवश्यक आहे ज्यात 3 पैकी 2 फेज स्विच करणे शक्य आहे.

संच 3 मधील क्रमपरिवर्तनांची संख्या 6 आहे, म्हणून, विंडिंग्ज जोडण्यासाठी 6 पर्याय आहेत.
चला संभाव्य स्विचिंग पर्यायांचे चित्रण करूया आणि एक क्रम निवडा ज्यामध्ये वेक्टर कालावधीच्या शेवटी पोहोचेपर्यंत आणि पुन्हा सुरू होईपर्यंत टप्प्याटप्प्याने वळेल.

विद्युत कालावधी पहिल्या वेक्टरपासून मोजला जाईल.

आकृती 7. सहा चुंबकीय क्षेत्र वेक्टरचे दृश्य जे तीन पैकी दोन विंडिंग्स स्विच करून डीसी स्त्रोतापासून तयार केले जाऊ शकतात.

आकृती 5 दर्शविते की तीन-फेज सायनसॉइडल व्होल्टेज नियंत्रित करताना, अनेक वेक्टर असतात जे वेळेनुसार सहजतेने वळतात आणि डीसी सह स्विच करताना, फक्त 6 वेक्टरचे फिरणारे फील्ड प्राप्त करणे शक्य होते, म्हणजेच पुढील चरणावर स्विच करणे. प्रत्येक 60 विद्युत अंशांनी घडले पाहिजे.
आकृती 7 मधील परिणाम सारणी 1 मध्ये सारांशित केले आहेत.

तक्ता 1. मोटर विंडिंग्सचा परिणामी स्विचिंग क्रम.

टेबल 1 नुसार परिणामी नियंत्रण सिग्नलचा प्रकार आकृती 8 मध्ये दर्शविला आहे. जेथे -V पॉवर सोर्सच्या वजा (GND) वर स्विच करत आहे आणि +V पॉवर सोर्सच्या प्लसवर स्विच करत आहे.

आकृती 8. ब्रशलेस मोटरसाठी डीसी स्त्रोताकडून नियंत्रण सिग्नलचे दृश्य. पिवळा - फेज डब्ल्यू, निळा - यू, लाल - व्ही.

तथापि, मोटरच्या टप्प्यांचे वास्तविक चित्र आकृती 1 मधील साइनसॉइडल सिग्नलसारखेच असेल. सिग्नलला ट्रॅपेझॉइडल आकार असतो, कारण ज्या क्षणी मोटर वळण जोडलेले नसते, त्या क्षणी, रोटरचे कायमचे चुंबक EMF ला प्रवृत्त करतात. ते (आकृती 9).

आकृती 9. ऑपरेटिंग मोडमध्ये ब्रशलेस मोटरच्या विंडिंगमधून सिग्नलचे दृश्य.

ऑसिलोस्कोपवर हे असे दिसते:

आकृती 10. मोटरच्या एका टप्प्याचे मोजमाप करताना ऑसिलोस्कोप विंडोचे दृश्य.

डिझाइन वैशिष्ट्ये
आधी सांगितल्याप्रमाणे, विंडिंग्सच्या 6 स्विचिंगसाठी, 360 इलेक्ट्रिकल अंशांचा एक विद्युतीय कालावधी तयार होतो.
हा कालावधी रोटरच्या रोटेशनच्या वास्तविक कोनासह संबद्ध करणे आवश्यक आहे. ध्रुवांची एक जोडी आणि तीन-दात स्टेटर असलेल्या मोटर्स अत्यंत क्वचितच वापरल्या जातात, मोटर्समध्ये खांबाच्या N जोड्या असतात.
आकृती 11 ध्रुवांच्या एक जोडी आणि खांबाच्या दोन जोड्यांसह मोटर मॉडेल दर्शविते.

a b
आकृती 11. एक (अ) आणि दोन (ब) ध्रुवांच्या जोडीसह मोटर मॉडेल.

ध्रुवांच्या दोन जोड्या असलेल्या मोटरमध्ये 6 विंडिंग असतात, प्रत्येक विंडिंग एक जोडी असते, 3 विंडिंगचा प्रत्येक गट एकमेकांपासून 120 इलेक्ट्रिकल अंशांनी ऑफसेट केला जातो. आकृती 12b. 6 विंडिंगसाठी एक कालावधी विलंब झाला. विंडिंग्स U1-U2, V1-V2, W1-W2 एकमेकांशी जोडलेले आहेत आणि डिझाइनमध्ये ते 3 फेज आउटपुट वायर्सचे प्रतिनिधित्व करतात. साधेपणासाठी कनेक्शन दर्शविले जात नाहीत, परंतु लक्षात ठेवा की U1-U2, V1-V2, W1-W2 समान आहेत.

आकृती 12, तक्ता 1 मधील डेटावर आधारित, ध्रुवांच्या एक आणि दोन जोड्यांसाठी वेक्टर दर्शविते.

a b
आकृती 12. एक (a) आणि दोन (b) ध्रुवांच्या जोड्या असलेल्या मोटरसाठी चुंबकीय क्षेत्र वेक्टरची योजना.

आकृती 13 ध्रुवांच्या एका जोडीसह 6 स्विचिंग मोटर विंडिंगद्वारे तयार केलेले वेक्टर दर्शविते. रोटरमध्ये कायम चुंबक असतात, 6 चरणांमध्ये रोटर 360 यांत्रिक अंश वळेल.
आकृती रोटरची अंतिम पोझिशन्स दर्शवते; दोन समीप पोझिशन्समधील मध्यांतरांमध्ये, रोटर मागील स्थितीपासून पुढील स्विच केलेल्या स्थितीत फिरतो. जेव्हा रोटर या शेवटच्या स्थितीत पोहोचतो, तेव्हा पुढील स्विचओव्हर होणे आवश्यक आहे आणि रोटर नवीन सेटपॉईंटकडे झुकतो जेणेकरून त्याचे चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर स्टेटर इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक फील्ड वेक्टरसह सह-दिशात्मक होईल.

आकृती 13. पोलच्या एका जोडीसह सहा-स्टेज कम्युटेशन ब्रशलेस मोटरसाठी रोटर एंड पोझिशन्स.

N ध्रुव जोड्यांसह मोटर्समध्ये, यांत्रिक क्रांती पूर्ण करण्यासाठी N विद्युत चक्रे लागतात.
ध्रुवांच्या दोन जोड्या असलेल्या मोटरमध्ये S आणि N ध्रुवांसह दोन चुंबक आणि 6 विंडिंग असतील (आकृती 14). 3 विंडिंगचा प्रत्येक गट एकमेकांच्या सापेक्ष 120 इलेक्ट्रिकल अंशांनी ऑफसेट केला जातो.

आकृती 14. ध्रुवांच्या दोन जोड्यांसह सहा-स्टेज कम्युटेशन ब्रशलेस मोटरसाठी रोटर शेवटच्या पोझिशन्स.

ब्रशलेस मोटरच्या रोटरची स्थिती निश्चित करणे
आधी सांगितल्याप्रमाणे, इंजिनच्या ऑपरेशनसाठी, व्होल्टेजला आवश्यक स्टेटर विंडिंगशी जोडणे योग्य वेळी आवश्यक आहे. रोटरच्या स्थितीनुसार मोटर विंडिंगवर व्होल्टेज लागू करणे आवश्यक आहे, जेणेकरून स्टेटर चुंबकीय क्षेत्र नेहमी रोटरच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या पुढे असेल. मोटर रोटरची स्थिती आणि विंडिंग्सचे स्विचिंग निर्धारित करण्यासाठी इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल युनिटचा वापर केला जातो.
रोटरच्या स्थितीचा मागोवा घेणे अनेक मार्गांनी शक्य आहे:
1. हॉल सेन्सर्स
2. मागे EMF द्वारे
नियमानुसार, उत्पादक रिलीझच्या वेळी इंजिनला हॉल सेन्सर्ससह सुसज्ज करतात, म्हणून ही सर्वात सामान्य नियंत्रण पद्धत आहे.
मागील ईएमएफ सिग्नलनुसार विंडिंग्स स्विच केल्याने आपल्याला मोटरमध्ये तयार केलेले सेन्सर सोडण्याची परवानगी मिळते आणि मोटरच्या मुक्त टप्प्याचे विश्लेषण सेन्सर म्हणून वापरता येते, जे मागील ईएमएफच्या चुंबकीय क्षेत्राद्वारे प्रेरित केले जाईल.

हॉल सेन्सर्ससह ब्रशलेस मोटर नियंत्रण
योग्य वेळी विंडिंग्स स्विच करण्यासाठी, विद्युत अंशांमध्ये रोटरच्या स्थितीचा मागोवा घेणे आवश्यक आहे. यासाठी हॉल सेन्सर्सचा वापर केला जातो.
चुंबकीय क्षेत्र वेक्टरच्या 6 अवस्था असल्यामुळे, 3 हॉल सेन्सर आवश्यक आहेत, जे तीन-बिट आउटपुटसह एक परिपूर्ण एन्कोडर दर्शवेल. हॉल सेन्सर विंडिंग्स प्रमाणेच स्थापित केले जातात, 120 इलेक्ट्रिकल अंशांनी ऑफसेट केले जातात. हे रोटर मॅग्नेटला सेन्सरचा अभिनय घटक म्हणून वापरण्यास अनुमती देते.

आकृती 15. इंजिनच्या एका विद्युत क्रांतीसाठी हॉल सेन्सर्सचे सिग्नल.

मोटर फिरवण्यासाठी, स्टेटर चुंबकीय क्षेत्र हे रोटरच्या चुंबकीय क्षेत्राच्या पुढे असणे आवश्यक आहे, जेव्हा रोटर चुंबकीय क्षेत्र वेक्टर स्टेटर चुंबकीय क्षेत्र वेक्टरसह सह-निर्देशित केले जाते तेव्हा स्थिती या स्विचिंगसाठी अंतिम असते, या क्षणी रोटरला स्थिर स्थितीत लटकण्यापासून रोखण्यासाठी पुढील संयोजनावर स्विच करणे आवश्यक आहे.
हॉल सेन्सर्सच्या सिग्नलची तुलना फेजच्या संयोजनासह करूया ज्यात स्विच करणे आवश्यक आहे (तक्ता 2)

टेबल 2. मोटर फेज स्विचिंगसह हॉल सेन्सर सिग्नलची तुलना.

इंजिन स्थिती	HU(1)	HV(2)	HW(3)	यू	व्ही	प
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	+

इंजिनच्या एकसमान रोटेशनसह, सेन्सर्सना कालावधीच्या 1/6 ने, 60 इलेक्ट्रिकल अंशांनी (आकृती 16) बदललेले सिग्नल प्राप्त होतात.

आकृती 16. हॉल सेन्सर्सवरून सिग्नलचे दृश्य.

परत EMF नियंत्रण
पोझिशन सेन्सर्सशिवाय ब्रशलेस मोटर्स आहेत. मोटरच्या मुक्त टप्प्यावर ईएमएफ सिग्नलचे विश्लेषण करून रोटरच्या स्थितीचे निर्धारण केले जाते. वेळेच्या प्रत्येक क्षणी, “+” एका टप्प्याशी कनेक्ट केलेले असते आणि “-” पॉवर दुसऱ्याशी जोडलेले असते, एक टप्पा विनामूल्य राहतो. फिरत असताना, रोटरचे चुंबकीय क्षेत्र फ्री विंडिंगमध्ये EMF ला प्रेरित करते. रोटेशन जसजसे पुढे जाईल, फ्री फेजवरील व्होल्टेज बदलते (आकृती 17).

आकृती 17. मोटर टप्प्यावर व्होल्टेज बदल.

मोटर विंडिंगचे सिग्नल 4 बिंदूंमध्ये विभागले गेले आहे:
1. 0 शी जोडलेले विंडिंग
2. वळण जोडलेले नाही (फ्री फेज)
3. वळण पुरवठा व्होल्टेजशी जोडलेले आहे
4. वळण जोडलेले नाही (फ्री फेज)
नियंत्रण सिग्नलसह टप्प्याटप्प्यांवरील सिग्नलची तुलना केल्यास, हे पाहिले जाऊ शकते की पुढील स्थितीत संक्रमणाचा क्षण सध्या कनेक्ट नसलेल्या टप्प्यासह मध्यबिंदू (पुरवठा व्होल्टेजचा अर्धा) ओलांडून शोधला जाऊ शकतो (आकृती 18) .

आकृती 18. मोटर टप्प्यांवरील सिग्नलसह नियंत्रण सिग्नलची तुलना.

छेदनबिंदू शोधल्यानंतर, पुढील स्थितीला विराम देणे आणि चालू करणे आवश्यक आहे. या आकृतीनुसार, विंडिंग्जची स्थिती बदलण्यासाठी अल्गोरिदम संकलित केला गेला आहे (टेबल 3).

टेबल 3. मोटर विंडिंग्स स्विच करण्यासाठी अल्गोरिदम

सद्यस्थिती	यू	व्ही	प	पुढील राज्य
1	-		+	2
2		-	+	3
3	+	-	+ ते - मिडपॉइंट क्रॉसिंगची वाट पाहत आहे	4
4	+	- पासून + पर्यंत मध्यबिंदू ओलांडण्याची प्रतीक्षा करत आहे	-	5
5	+ ते - मिडपॉइंट क्रॉसिंगची वाट पाहत आहे	+	-	6
6	-	+	- पासून + पर्यंत मध्यबिंदू ओलांडण्याची प्रतीक्षा करत आहे	1

मध्यबिंदूचा छेदनबिंदू तुलनाकर्त्याद्वारे शोधणे सर्वात सोपा आहे, मध्यबिंदूचा व्होल्टेज तुलनिकाच्या एका इनपुटवर लागू केला जातो आणि सध्याचा फेज व्होल्टेज दुसऱ्याला लागू केला जातो.

आकृती 19. तुलनाकर्त्याद्वारे मध्यबिंदू ओळख.

व्होल्टेज मिडपॉइंटमधून जातो आणि मायक्रोकंट्रोलरसाठी सिग्नल व्युत्पन्न करतो त्या क्षणी तुलनाकर्ता ट्रिगर केला जातो.

मोटर टप्प्यांतून सिग्नल प्रक्रिया
तथापि, PWM स्पीड कंट्रोल दरम्यान टप्प्याटप्प्याने येणारा सिग्नल दिसायला वेगळा असतो आणि त्यात स्पंदित वर्ण असतो (आकृती 21), अशा सिग्नलमध्ये मध्यबिंदूसह छेदनबिंदू शोधणे अशक्य आहे.

आकृती 20. PWM गती समायोजित करताना फेज सिग्नलचे दृश्य.

म्हणून, लिफाफा मिळविण्यासाठी हा सिग्नल आरसी फिल्टरने फिल्टर केला पाहिजे आणि तुलनाकर्त्याच्या आवश्यकतेनुसार विभागला गेला पाहिजे. कर्तव्य चक्र जसजसे वाढते तसतसे PWM सिग्नल मोठेपणामध्ये वाढेल (आकृती 22).

आकृती 21. मोटर टप्प्यापासून सिग्नलचे विभाजक आणि फिल्टरची योजना.

आकृती 22. PWM चे कर्तव्य चक्र बदलताना सिग्नलचा लिफाफा.

मध्यबिंदूसह आकृती

आकृती 23. आभासी मध्यबिंदूचे दृश्य. avislab.com/ वरून घेतलेले छायाचित्र

सिग्नल टप्प्याटप्प्याने वर्तमान-मर्यादित प्रतिरोधकांद्वारे घेतले जातात आणि एकत्रित केले जातात, खालील चित्र प्राप्त होते:

आकृती 24. आभासी मध्यबिंदूच्या व्होल्टेज वेव्हफॉर्मचे दृश्य.

PWM मुळे, मध्य-बिंदू व्होल्टेज स्थिर नाही, सिग्नल देखील फिल्टर करणे आवश्यक आहे. स्मूथिंगनंतर मिड-पॉइंट व्होल्टेज पुरेसे मोठे असेल (मोटर सप्लाय व्होल्टेजच्या प्रदेशात), ते व्होल्टेज डिव्हायडरने पुरवठा व्होल्टेजच्या अर्ध्या मूल्यापर्यंत विभागले जाणे आवश्यक आहे.

फिल्टरमधून सिग्नल गेल्यानंतर, दोलन गुळगुळीत केले जातात आणि एक समान व्होल्टेज प्राप्त होतो ज्याच्या सापेक्ष बॅक EMF क्रॉसओव्हर शोधला जाऊ शकतो.

आकृती 26. विभाजक आणि लो-पास फिल्टर नंतर व्होल्टेज.

व्होल्टेज (कर्तव्य चक्र), तसेच सिग्नल लिफाफा यावर अवलंबून मध्यम बिंदू त्याचे मूल्य बदलेल.

तुलनाकर्त्यांकडून प्राप्त झालेले सिग्नल मायक्रोकंट्रोलरला पाठवले जातात, जे वरील अल्गोरिदमनुसार प्रक्रिया करतात.
आतासाठी, एवढेच.

मल्टी-रोटर उपकरणांमध्ये दोन प्रकारचे मोटर्स आहेत: कलेक्टर आणि ब्रशलेस. त्यांचा मुख्य फरक असा आहे की कलेक्टर मोटरसाठी, विंडिंग रोटरवर (फिरणारा भाग) आणि ब्रशलेस मोटरसाठी स्टेटरवर असतात. तपशिलात न जाता, आम्ही असे म्हणू की कलेक्टर मोटरपेक्षा ब्रशलेस मोटर अधिक श्रेयस्कर आहे, कारण ती आधी सेट केलेल्या आवश्यकता पूर्ण करते. म्हणून, या लेखात आम्ही या प्रकारच्या मोटर्सवर लक्ष केंद्रित करू. मध्ये ब्रशलेस आणि ब्रश केलेल्या मोटर्समधील फरकाबद्दल अधिक वाचू शकता.

बीसी मोटर्सचा वापर तुलनेने अलीकडेच सुरू झाला असूनही, त्यांच्या डिव्हाइसची कल्पना फार पूर्वीपासून दिसून आली. तथापि, ट्रान्झिस्टर स्विचेस आणि शक्तिशाली निओडीमियम मॅग्नेटच्या आगमनामुळे त्यांचा व्यावसायिक वापर शक्य झाला.

डिव्हाइस बीसी - मोटर्स

ब्रशलेस मोटरच्या डिझाइनमध्ये एक रोटर असतो ज्यावर चुंबक स्थिर असतात आणि एक स्टेटर असतो ज्यावर विंडिंग असतात. या घटकांच्या सापेक्ष स्थितीनुसार, बीसी इंजिन्स इनरनर आणि आउटरनरमध्ये विभागली जातात.

मल्टी-रोटर सिस्टममध्ये, आउटरनर योजना अधिक वेळा वापरली जाते, कारण ती आपल्याला सर्वाधिक टॉर्क मिळविण्यास अनुमती देते.

बीसी इंजिनचे फायदे आणि तोटे

साधक:

• कलेक्टरला त्यातून वगळल्यामुळे मोटरचे सरलीकृत डिझाइन.
• उच्च कार्यक्षमता.
• चांगले थंड
• बीसी इंजिन पाण्यात काम करू शकतात! तथापि, हे विसरू नका की पाण्यामुळे, इंजिनच्या यांत्रिक भागांवर गंज तयार होऊ शकतो आणि काही काळानंतर तो तुटतो. अशा परिस्थिती टाळण्यासाठी, इंजिनांना वॉटर-रेपेलेंट वंगणाने उपचार करण्याची शिफारस केली जाते.
• कमीत कमी रेडिओ हस्तक्षेप

उणे:

उणेंपैकी, ईएससी (रोटेशन स्पीड कंट्रोलर्स) शिवाय ही इंजिने वापरण्याची केवळ अशक्यता लक्षात घेतली जाऊ शकते. हे काहीसे डिझाईन क्लिष्ट करते आणि बीके मोटर्स कलेक्टरपेक्षा अधिक महाग बनवते. तथापि, जर डिझाइनची जटिलता प्राधान्य पॅरामीटर असेल, तर अंगभूत स्पीड कंट्रोलर्ससह बीसी मोटर्स आहेत.

कॉप्टरसाठी मोटर्स कशी निवडावी?

ब्रशलेस मोटर्स निवडताना, सर्वप्रथम, आपण खालील वैशिष्ट्यांकडे लक्ष दिले पाहिजे:

• कमाल विद्युत् प्रवाह - हे वैशिष्ट्य दर्शवते की मोटर विंडिंग कमी कालावधीत किती कमाल विद्युत् प्रवाह सहन करू शकते. जर ही वेळ ओलांडली असेल तर इंजिन अपयश अपरिहार्य आहे. हे पॅरामीटर ESC च्या निवडीवर देखील परिणाम करते.
• कमाल व्होल्टेज - तसेच कमाल विद्युत् प्रवाह, थोड्या कालावधीसाठी वळणावर किती व्होल्टेज लागू केले जाऊ शकते हे दर्शविते.
• KV ही प्रति व्होल्ट इंजिन क्रांतीची संख्या आहे. हे सूचक थेट मोटर शाफ्टवरील लोडवर अवलंबून असल्याने, लोड नसताना ते केससाठी सूचित केले जाते.
• प्रतिकार - इंजिनची कार्यक्षमता प्रतिकारावर अवलंबून असते. म्हणून, प्रतिकार जितका कमी असेल तितका चांगला.

ब्रशलेस मोटर्स

ब्रशलेस इलेक्ट्रिक मोटर्स तुलनेने अलीकडे, गेल्या 5-7 वर्षांत मॉडेलिंगमध्ये आल्या. कलेक्टर मोटर्सच्या विपरीत, ते थ्री-फेज अल्टरनेटिंग करंटद्वारे समर्थित असतात. ब्रशलेस मोटर्स विस्तृत RPM श्रेणीवर कार्यक्षमतेने कार्य करतात आणि अधिक कार्यक्षम असतात. मोटरची रचना सोपी आहे, त्यात ब्रश असेंब्ली नाही आणि देखभालीची गरज नाही. आम्ही असे म्हणू शकतो की ब्रशलेस मोटर्स व्यावहारिकरित्या थकत नाहीत. ब्रशलेस मोटर्सची किंमत ब्रश केलेल्या मोटर्सपेक्षा किंचित जास्त आहे. याचे कारण असे की सर्व ब्रशलेस मोटर्समध्ये बेअरिंग असतात आणि ते सामान्यतः उच्च दर्जाचे असतात. जरी, चांगली ब्रश केलेली मोटर आणि समान वर्गाची ब्रशलेस मोटर यांच्यातील किंमतीतील अंतर इतके मोठे नाही.

डिझाइननुसार, ब्रशलेस मोटर्स दोन गटांमध्ये विभागल्या जातात: इनरनर (उच्चार "इनरनर") आणि आउटरनर (उच्चार "आउटरनर"). पहिल्या गटाच्या मोटर्समध्ये घराच्या आतील पृष्ठभागावर विंडिंग असतात आणि एक चुंबकीय रोटर आत फिरत असतो. दुसऱ्या गटातील मोटर्स - "आउटरनर्स", मोटरच्या आत निश्चित विंडिंग असतात, ज्याभोवती घर त्याच्या आतील भिंतीवर कायम चुंबकाने फिरते. ब्रशलेस मोटर्समध्ये वापरल्या जाणार्‍या चुंबकाच्या खांबांची संख्या बदलू शकते. ध्रुवांच्या संख्येनुसार, आपण इंजिनच्या टॉर्क आणि गतीचा न्याय करू शकता. दोन-ध्रुव रोटर्स असलेल्या मोटर्समध्ये सर्वात कमी टॉर्कवर सर्वाधिक घूर्णन गती असते. या मोटर्स केवळ डिझाइननुसार "इनरनर" असू शकतात. अशा मोटर्स वर आधीच बसवलेल्या प्लॅनेटरी गीअर्ससह विकल्या जातात, कारण प्रोपेलरच्या थेट रोटेशनसाठी त्यांची आवर्तने खूप जास्त असतात. कधीकधी अशा मोटर्सचा वापर गियरबॉक्सशिवाय केला जातो - उदाहरणार्थ, ते रेसिंग मॉडेलच्या विमानांवर ठेवले जातात. मोठ्या संख्येने ध्रुव असलेल्या मोटर्समध्ये कमी घूर्णन गती असते, परंतु अधिक टॉर्क. अशा मोटर्स गिअरबॉक्सेसची आवश्यकता न ठेवता मोठ्या व्यासाचे प्रोपेलर वापरण्याची परवानगी देतात. सर्वसाधारणपणे, तुलनेने कमी RPM वर लहान पिच असलेले मोठ्या व्यासाचे प्रोपेलर अधिक जोर देतात परंतु मॉडेलला कमी गती देतात, तर लहान व्यासाचे प्रोपेलर जास्त RPM वर मोठ्या पिचसह तुलनेने कमी थ्रस्टवर उच्च गती देतात. अशा प्रकारे, मल्टी-पोल मोटर्स अशा मॉडेल्ससाठी आदर्श आहेत ज्यांना उच्च थ्रस्ट-टू-वेट गुणोत्तर आवश्यक आहे आणि गिअरबॉक्सशिवाय दोन-पोल मोटर्स उच्च-स्पीड मॉडेलसाठी आदर्श आहेत. विशिष्ट मॉडेलसाठी इंजिन आणि प्रोपेलरच्या अधिक अचूक निवडीसाठी, आपण विशेष MotoCalc प्रोग्राम वापरू शकता.

ब्रशलेस मोटर्स वैकल्पिक विद्युत् प्रवाहाने चालविल्या जात असल्याने, त्यांना कार्य करण्यासाठी एका विशेष नियंत्रकाची (रेग्युलेटर) आवश्यकता असते, जे बॅटरीमधून थेट विद्युत् प्रवाहाला पर्यायी प्रवाहात रूपांतरित करते. ब्रशलेस मोटर्ससाठी ESC हे एक प्रोग्राम करण्यायोग्य उपकरण आहे जे तुम्हाला मोटरच्या सर्व महत्वाच्या पॅरामीटर्सवर नियंत्रण ठेवण्याची परवानगी देते. ते केवळ मोटरचा वेग आणि दिशा बदलण्याची परवानगी देत ​​​​नाही तर गरजेनुसार, एक गुळगुळीत किंवा तीक्ष्ण प्रारंभ, कमाल वर्तमान मर्यादा, "ब्रेक" फंक्शन आणि इतर अनेक उत्कृष्ट इंजिन सेटिंग्ज प्रदान करण्यास देखील परवानगी देतात. मॉडेलरच्या गरजा. रेग्युलेटर प्रोग्राम करण्यासाठी, डिव्हाइसेसचा वापर संगणकाशी कनेक्ट करण्यासाठी केला जातो किंवा फील्डमध्ये हे ट्रान्समीटर आणि विशेष जम्पर वापरून केले जाऊ शकते.

त्यांच्यासाठी ब्रशलेस मोटर्स आणि रेग्युलेटरचे बरेच उत्पादक आहेत. संरचनात्मक आणि आकारात, ब्रशलेस मोटर्स देखील मोठ्या प्रमाणात बदलतात. शिवाय, अलीकडच्या काळात सीडी ड्राइव्ह आणि इतर औद्योगिक ब्रशलेस मोटर्सच्या भागांवर आधारित ब्रशलेस मोटर्सचे स्वयं-उत्पादन सामान्य झाले आहे. कदाचित याच कारणास्तव आज ब्रशलेस मोटर्समध्ये त्यांच्या कलेक्टर समकक्षांसारखे अंदाजे सामान्य वर्गीकरण देखील नाही. चला थोडक्यात सांगू. आज, ब्रश केलेल्या मोटर्स प्रामुख्याने कमी किमतीच्या हॉबी मॉडेल्सवर किंवा एंट्री-लेव्हल स्पोर्ट्स मॉडेल्सवर वापरल्या जातात. या मोटर्स स्वस्त आहेत, ऑपरेट करणे सोपे आहे आणि तरीही मॉडेल इलेक्ट्रिक मोटर्सचे सर्वात लोकप्रिय प्रकार आहेत. ते ब्रशलेस मोटर्सने बदलले जात आहेत. आतापर्यंतचा एकमेव मर्यादित घटक म्हणजे त्यांची किंमत. रेग्युलेटरसह, ब्रशलेस मोटरची किंमत 30-70% जास्त आहे. तथापि, इलेक्ट्रॉनिक्स आणि मोटर्सच्या किमती घसरत आहेत आणि मॉडेलिंगमधून कलेक्टर इलेक्ट्रिक मोटर्सचे हळूहळू विस्थापन ही केवळ काळाची बाब आहे.

AVR492: AT90PWM3 ब्रशलेस डीसी मोटर नियंत्रण

वैशिष्ट्यपूर्ण प्रारूप:

• BKEPT बद्दल सामान्य माहिती
• पॉवर स्टेज कंट्रोलर वापरते
• हार्डवेअर अंमलबजावणी
• प्रोग्राम कोडचे उदाहरण

परिचय

ही अॅप्लिकेशन नोट AT90PWM3 AVR मायक्रोकंट्रोलरवर आधारित एन्कोडर वापरून ब्रशलेस डीसी मोटर कंट्रोल (बीसीईएम) कशी लागू करायची याचे वर्णन करते.

मायक्रोकंट्रोलरचा उच्च-कार्यक्षमता AVR कोर, ज्यामध्ये पॉवर स्टेज कंट्रोलर आहे, तुम्हाला हाय-स्पीड ब्रशलेस डीसी मोटर कंट्रोल डिव्हाइस लागू करण्याची परवानगी देतो.

हा दस्तऐवज ब्रशलेस डीसी मोटरच्या ऑपरेशनच्या तत्त्वाचे थोडक्यात वर्णन करतो, टच मोडमध्ये UCSF च्या नियंत्रणाची तपशीलवार चर्चा करतो आणि ATAVRMC100 संदर्भ डिझाइनच्या सर्किट आकृतीचे वर्णन करतो ज्यावर ही अनुप्रयोग शिफारस आधारित आहे.

पीआयडी कंट्रोलरवर आधारित सॉफ्टवेअर-अंमलबजावणी केलेल्या नियंत्रण लूपसह सॉफ्टवेअर अंमलबजावणीची देखील चर्चा केली जाते. स्विचिंग प्रक्रिया नियंत्रित करण्यासाठी, हॉल इफेक्टवर आधारित फक्त पोझिशन सेन्सर वापरणे निहित आहे.

ऑपरेटिंग तत्त्व

BKEPT च्या अर्जाची क्षेत्रे सतत वाढत आहेत, जे त्यांच्या अनेक फायद्यांमुळे आहे:

1. मॅनिफोल्ड असेंब्लीची अनुपस्थिती, जी देखभाल सुलभ करते किंवा अगदी काढून टाकते.
2. युनिव्हर्सल डीसी कम्युटेटर मोटर्सच्या तुलनेत कमी ध्वनिक आणि इलेक्ट्रिकल आवाज पातळीची निर्मिती.
3. धोकादायक वातावरणात (ज्वलनशील उत्पादनांसह) काम करण्याची क्षमता.
4. वजन आणि शक्ती यांच्यात चांगला समतोल...

या प्रकारच्या मोटर्स रोटरच्या लहान जडत्वाने दर्शविले जातात, tk. विंडिंग स्टेटरवर स्थित आहेत. स्विचिंग इलेक्ट्रॉनिक पद्धतीने नियंत्रित आहे. स्विचिंग क्षण एकतर पोझिशन सेन्सर्सच्या माहितीद्वारे किंवा विंडिंगद्वारे व्युत्पन्न केलेल्या बॅक ईएमएफचे मोजमाप करून निर्धारित केले जातात.

सेन्सर वापरून नियंत्रित केल्यावर, BKEPT मध्ये, नियमानुसार, तीन मुख्य भाग असतात: स्टेटर, रोटर आणि हॉल सेन्सर्स.

क्लासिक थ्री-फेज बीकेईपीटीच्या स्टेटरमध्ये तीन विंडिंग असतात. बर्‍याच मोटर्समध्ये, टॉर्क रिपल कमी करण्यासाठी विंडिंग्ज अनेक विभागात विभागल्या जातात.

आकृती 1 स्टेटर समतुल्य इलेक्ट्रिकल सर्किट दाखवते. यात तीन विंडिंग असतात, त्यातील प्रत्येक मालिकेत जोडलेले तीन घटक असतात: इंडक्टन्स, रेझिस्टन्स आणि बॅक ईएमएफ.

आकृती 1. इलेक्ट्रिकल स्टेटर समतुल्य सर्किट (तीन टप्पे, तीन विंडिंग)

BKEPT रोटरमध्ये कायम चुंबकांच्या सम संख्येचा समावेश असतो. रोटरमधील चुंबकीय ध्रुवांच्या संख्येचा देखील खेळपट्टीच्या आकारावर आणि टॉर्कच्या लहरीवर परिणाम होतो. ध्रुवांची संख्या जितकी जास्त असेल तितका रोटेशन स्टेपचा आकार आणि कमी टॉर्क रिपल. 1..5 पोल जोड्या असलेले कायमचे चुंबक वापरले जाऊ शकतात. काही प्रकरणांमध्ये, ध्रुव जोड्यांची संख्या 8 (आकृती 2) पर्यंत वाढते.

आकृती 2. तीन-फेज, तीन-वाइंडिंग बीकेईपीटीचे स्टेटर आणि रोटर

विंडिंग कायमस्वरूपी स्थापित केले जातात आणि चुंबक फिरतो. बीकेईपीटी रोटर हे पारंपारिक युनिव्हर्सल डीसी मोटरच्या रोटरच्या तुलनेत कमी वजनाने वैशिष्ट्यीकृत आहे, ज्यामध्ये विंडिंग रोटरवर स्थित आहेत.

हॉल सेन्सर

रोटरच्या स्थितीचे मूल्यांकन करण्यासाठी, तीन हॉल सेन्सर मोटर हाउसिंगमध्ये तयार केले जातात. सेन्सर एकमेकांना 120° च्या कोनात स्थापित केले आहेत. या सेन्सर्सच्या मदतीने 6 वेगवेगळे स्विचिंग करणे शक्य आहे.

फेज स्विचिंग हॉल सेन्सर्सच्या स्थितीवर अवलंबून असते.

हॉल सेन्सर्सची आउटपुट स्थिती बदलल्यानंतर विंडिंगला पुरवठा व्होल्टेज बदलतो. जेव्हा सिंक्रोनाइझ केलेले स्विचिंग योग्यरित्या केले जाते, तेव्हा टॉर्क अंदाजे स्थिर आणि उच्च राहतो.

आकृती 3. रोटेशन दरम्यान हॉल सेन्सर सिग्नल

फेज स्विचिंग

थ्री-फेज बीकेईपीटीच्या ऑपरेशनच्या सरलीकृत वर्णनाच्या उद्देशाने, आम्ही फक्त तीन विंडिंग्ससह त्याच्या आवृत्तीचा विचार करू. आधी दाखवल्याप्रमाणे, फेज स्विचिंग हॉल सेन्सर्सच्या आउटपुट मूल्यांवर अवलंबून असते. मोटर विंडिंगवर योग्य व्होल्टेज लागू केल्याने, एक चुंबकीय क्षेत्र तयार केले जाते आणि रोटेशन सुरू केले जाते. BKEPT नियंत्रित करण्यासाठी वापरण्यात येणारी सर्वात सामान्य आणि सोपी स्विचिंग नियंत्रण पद्धत म्हणजे ऑन-ऑफ सर्किट, जेव्हा विंडिंग एकतर विद्युत प्रवाह चालवते किंवा करत नाही. एका वेळी, फक्त दोन विंडिंग चालवता येतात आणि तिसरा बंद राहतो. विंडिंग्स पॉवर रेलला जोडल्याने विद्युत प्रवाहाचा प्रवाह होतो. या पद्धतीला कीस्टोन स्विचिंग किंवा ब्लॉक स्विचिंग म्हणतात.

BKEPT नियंत्रित करण्यासाठी, पॉवर स्टेजचा वापर केला जातो, ज्यामध्ये 3 अर्ध-पुल असतात. पॉवर स्टेज आकृती आकृती 4 मध्ये दर्शविली आहे.

आकृती 4. पॉवर स्टेज

हॉल सेन्सर्सच्या वाचलेल्या मूल्यांनुसार, कोणत्या की बंद केल्या पाहिजेत हे निर्धारित केले जाते.

या लेखात, आम्ही सुरवातीपासून इलेक्ट्रिक मोटर कशी तयार केली याबद्दल बोलू इच्छितो: कल्पनेपासून आणि पहिल्या प्रोटोटाइपपासून ते सर्व चाचण्या उत्तीर्ण झालेल्या पूर्ण मोटरपर्यंत. हा लेख तुम्हाला स्वारस्यपूर्ण वाटत असल्यास, आम्ही स्वतंत्रपणे, अधिक तपशीलवार, आमच्या कामाच्या टप्प्यांबद्दल सांगू जे तुमच्यासाठी सर्वात मनोरंजक आहेत.

चित्रात डावीकडून उजवीकडे: रोटर, स्टेटर, आंशिक मोटर असेंब्ली, मोटर असेंब्ली

परिचय

इलेक्ट्रिक मोटर्स 150 पेक्षा जास्त वर्षांपूर्वी दिसू लागल्या, परंतु या काळात त्यांची रचना फारशी बदलली नाही: एक फिरणारा रोटर, कॉपर स्टेटर विंडिंग्ज, बीयरिंग्ज. वर्षानुवर्षे, इलेक्ट्रिक मोटर्सचे वजन कमी होते, कार्यक्षमतेत वाढ होते, तसेच वेग नियंत्रणाच्या अचूकतेमध्ये.

आज, आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्सच्या विकासामुळे आणि दुर्मिळ पृथ्वीवरील धातूंवर आधारित शक्तिशाली चुंबकांच्या उदयामुळे, अधिक शक्तिशाली आणि त्याच वेळी कॉम्पॅक्ट आणि हलके "ब्रशलेस" इलेक्ट्रिक मोटर्स तयार करणे शक्य आहे. त्याच वेळी, त्यांच्या डिझाइनच्या साधेपणामुळे, ते आतापर्यंत तयार केलेले सर्वात विश्वासार्ह इलेक्ट्रिक मोटर आहेत. अशा मोटरच्या निर्मितीबद्दल आणि या लेखात चर्चा केली जाईल.

मोटर वर्णन

"ब्रशलेस मोटर्स" मध्ये, पॉवर टूल डिस्सेम्बल करण्यापासून प्रत्येकाला परिचित असलेले कोणतेही "ब्रश" घटक नाहीत, ज्याची भूमिका रोटेटिंग रोटरच्या वळणावर करंट हस्तांतरित करणे आहे. ब्रशलेस मोटर्समध्ये, नॉन-मूव्हिंग स्टेटरच्या विंडिंगला विद्युत प्रवाह पुरवला जातो, जो त्याच्या वैयक्तिक ध्रुवांवर वैकल्पिकरित्या चुंबकीय क्षेत्र तयार करतो, ज्या रोटरवर चुंबक निश्चित केले जातात त्या रोटरला फिरवते.

अशा प्रकारची पहिली मोटार थ्रीडी प्रिंटरवर आम्ही प्रयोग म्हणून छापली. इलेक्ट्रिकल स्टीलच्या बनवलेल्या विशेष प्लेट्सऐवजी, रोटर हाऊसिंग आणि स्टेटर कोरसाठी, ज्यावर तांबे कॉइल जखमेच्या होते, आम्ही सामान्य प्लास्टिक वापरतो. रोटरवर आयताकृती विभागाचे निओडीमियम चुंबक निश्चित केले होते. स्वाभाविकच, अशी मोटर जास्तीत जास्त शक्ती वितरीत करण्यास सक्षम नव्हती. तथापि, मोटरला 20k rpm पर्यंत फिरण्यासाठी हे पुरेसे होते, त्यानंतर प्लास्टिक ते उभे राहू शकले नाही आणि मोटरचे रोटर फाटले गेले आणि चुंबक आजूबाजूला विखुरले गेले. या प्रयोगामुळे आम्हाला पूर्ण क्षमतेची मोटर तयार करण्याची प्रेरणा मिळाली.

अनेक सुरुवातीचे प्रोटोटाइप

रेडिओ-नियंत्रित मॉडेल्सच्या चाहत्यांचे मत जाणून घेतल्यानंतर, एक कार्य म्हणून, आम्ही सर्वात जास्त मागणी म्हणून “540” आकाराच्या रेसिंग कारसाठी मोटर निवडली. या मोटरची लांबी 54 मिमी आणि व्यास 36 मिमी आहे.

आम्ही एका सिलिंडरच्या आकाराच्या निओडीमियम चुंबकापासून नवीन मोटरचे रोटर बनवले. एका पायलट प्लांटमध्ये टूल स्टीलपासून मशीन केलेल्या शाफ्टला चुंबकाला इपॉक्सीने चिकटवले होते.

आम्ही 0.5 मिमी जाड ट्रान्सफॉर्मर स्टील प्लेट्सच्या सेटमधून लेसरसह स्टेटर कापतो. प्रत्येक प्लेट नंतर काळजीपूर्वक वार्निश केली गेली आणि नंतर तयार स्टेटरला सुमारे 50 प्लेट्समधून एकत्र चिकटवले गेले. प्लेट्समध्ये शॉर्ट सर्किट टाळण्यासाठी आणि स्टेटरमध्ये होऊ शकणार्‍या फूकॉल्ट प्रवाहांमुळे होणारी ऊर्जा हानी वगळण्यासाठी वार्निश केले गेले.

मोटार गृहनिर्माण कंटेनरच्या स्वरूपात दोन अॅल्युमिनियम भागांपासून बनविलेले होते. स्टेटर अॅल्युमिनिअमच्या गृहनिर्माणमध्ये व्यवस्थित बसतो आणि भिंतींना चांगले चिकटतो. हे डिझाइन मोटरला चांगले कूलिंग प्रदान करते.

कामगिरी मोजमाप

तुमच्या डिझाईन्सची कमाल कामगिरी साध्य करण्यासाठी, कार्यक्षमतेचे पुरेसे मूल्यांकन आणि अचूक मापन करणे आवश्यक आहे. हे करण्यासाठी, आम्ही एक विशेष डायनो डिझाइन आणि एकत्र केले.

स्टँडचा मुख्य घटक म्हणजे वॉशरच्या स्वरूपात मोठा भार. मोजमाप करताना, मोटर दिलेला भार फिरवते आणि मोटरची आउटपुट पॉवर आणि टॉर्क कोनीय वेग आणि प्रवेग वरून मोजले जातात.

लोडच्या रोटेशनची गती मोजण्यासाठी, शाफ्टवरील चुंबकांची जोडी आणि हॉल इफेक्टवर आधारित A3144 चुंबकीय डिजिटल सेन्सर वापरला जातो. अर्थात, ही मोटर सिंक्रोनस असल्याने थेट मोटर विंडिंगमधून डाळींद्वारे क्रांती मोजणे शक्य होईल. तथापि, सेन्सरसह पर्याय अधिक विश्वासार्ह आहे आणि अगदी कमी वेगाने देखील कार्य करेल, ज्यावर डाळी वाचता येणार नाहीत.

क्रांती व्यतिरिक्त, आमचे स्टँड आणखी अनेक महत्त्वाचे पॅरामीटर्स मोजण्यास सक्षम आहे:

• हॉल इफेक्ट ACS712 वर आधारित करंट सेन्सर वापरून विद्युत प्रवाह (30A पर्यंत) पुरवठा करा;
• पुरवठा व्होल्टेज. मायक्रोकंट्रोलरच्या एडीसीद्वारे थेट व्होल्टेज डिव्हायडरद्वारे मोजले जाते;
• मोटरच्या आत/बाहेरचे तापमान. सेमीकंडक्टर थर्मल रेझिस्टन्सच्या सहाय्याने तापमान मोजले जाते;

सेन्सर्समधून सर्व पॅरामीटर्स गोळा करण्यासाठी आणि त्यांना संगणकावर स्थानांतरित करण्यासाठी, Arduino नॅनो बोर्डवरील AVR मेगा सिरीज मायक्रोकंट्रोलर वापरला जातो. मायक्रोकंट्रोलर आणि संगणक यांच्यातील संप्रेषण COM पोर्टद्वारे केले जाते. वाचनांवर प्रक्रिया करण्यासाठी, एक विशेष प्रोग्राम लिहिला गेला जो मोजमाप परिणाम रेकॉर्ड, सरासरी आणि प्रदर्शित करतो.

परिणामी, आमचे स्टँड कोणत्याही वेळी खालील मोटर वैशिष्ट्ये मोजण्यास सक्षम आहे:

• वापरलेले वर्तमान;
• खपत व्होल्टेज;
• वीज वापर;
• आउटपुट शक्ती;
• शाफ्ट क्रांती;
• शाफ्टवरील क्षण;
• उष्णतेमध्ये वीज सोडणे;
• मोटरच्या आत तापमान.

स्टँडचे काम दर्शविणारा व्हिडिओ:

चाचणी निकाल

स्टँडची कार्यक्षमता तपासण्यासाठी, आम्ही प्रथम पारंपारिक कम्युटेटर मोटर R540-6022 वर चाचणी केली. या मोटरच्या पॅरामीटर्सबद्दल फारसे माहिती नाही, परंतु मापन परिणामांचे मूल्यांकन करण्यासाठी हे पुरेसे होते, जे कारखान्याच्या अगदी जवळ असल्याचे दिसून आले.

मग आमच्या मोटरची आधीच चाचणी झाली होती. साहजिकच, तो पारंपारिक मोटरपेक्षा चांगली कार्यक्षमता (65% विरुद्ध 45%) आणि त्याच वेळी अधिक टॉर्क (1200 विरुद्ध 250 ग्रॅम प्रति सेमी) दर्शवू शकला. तापमान मोजमापाने देखील चांगले परिणाम दिले, चाचणी दरम्यान मोटर 80 अंशांपेक्षा जास्त गरम होत नाही.

परंतु याक्षणी मोजमाप अद्याप अंतिम नाही. वीज पुरवठ्याच्या मर्यादांमुळे आम्ही संपूर्ण RPM श्रेणीवरील मोटर मोजू शकलो नाही. आम्हाला आमच्या मोटरची तुलना स्पर्धकांच्या समान मोटर्सशी देखील करावी लागेल आणि "युद्धात" चाचणी करावी लागेल, ती रेसिंग रेडिओ-नियंत्रित कारवर ठेवावी लागेल आणि स्पर्धांमध्ये भाग घ्यावा लागेल.

19.03.2013 रोजी प्रकाशित

या लेखासह, मी ब्रशलेस डीसी मोटर्सबद्दल प्रकाशनांची मालिका सुरू करतो. प्रवेशयोग्य भाषेत मी सामान्य माहिती, उपकरण, ब्रशलेस मोटरसाठी नियंत्रण अल्गोरिदमचे वर्णन करेन. वेगवेगळ्या प्रकारच्या इंजिनांचा विचार केला जाईल, रेग्युलेटर पॅरामीटर्सच्या निवडीची उदाहरणे दिली जातील. मी डिव्हाइस आणि रेग्युलेटरचे अल्गोरिदम, पॉवर स्विचेस निवडण्याची पद्धत आणि रेग्युलेटरच्या मुख्य पॅरामीटर्सचे वर्णन करेन. प्रकाशनांचा तार्किक निष्कर्ष नियामक योजना असेल.

इलेक्ट्रॉनिक्सच्या विकासामुळे आणि विशेषतः स्वस्त पॉवर ट्रान्झिस्टर स्विचेसमुळे ब्रशलेस मोटर्स व्यापक बनल्या आहेत. शक्तिशाली निओडीमियम मॅग्नेटच्या देखाव्याने देखील महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावली.

तथापि, ब्रशलेस मोटर ही नवीनता मानली जाऊ नये. ब्रशलेस मोटरची कल्पना विजेच्या पहाटे दिसू लागली. परंतु, तंत्रज्ञानाच्या अनुपलब्धतेमुळे, ते 1962 पर्यंत त्याच्या वेळेची वाट पाहत होते, जेव्हा पहिली व्यावसायिक ब्रशलेस डीसी मोटर दिसली. त्या. अर्ध्या शतकाहून अधिक काळ, या प्रकारच्या इलेक्ट्रिक ड्राईव्हची विविध क्रमिक अंमलबजावणी झाली आहे!

काही शब्दावली

ब्रशलेस डीसी मोटर्सना विदेशी साहित्यात बीएलडीसीएम (ब्रशलेस डायरेक्ट करंट मोटर) किंवा पीएमएसएम (परमनंट मॅग्नेट सिंक्रोनस मोटर) देखील वाल्व मोटर म्हणतात.

संरचनात्मकदृष्ट्या, ब्रशलेस मोटरमध्ये कायम चुंबक असलेला रोटर आणि विंडिंगसह स्टेटर असतो. मी या वस्तुस्थितीकडे आपले लक्ष वेधतो की कलेक्टर मोटरमध्ये, त्याउलट, विंडिंग रोटरवर असतात. म्हणून, मजकूरात पुढे, रोटर चुंबक आहे, स्टेटर विंडिंग आहे.

इंजिन नियंत्रित करण्यासाठी इलेक्ट्रॉनिक नियामक वापरला जातो. परदेशी साहित्यात स्पीड कंट्रोलर किंवा ईएससी (इलेक्ट्रॉनिक स्पीड कंट्रोल).

ब्रशलेस मोटर म्हणजे काय?

सहसा लोक, काहीतरी नवीन अनुभवतात, समानता शोधतात. काहीवेळा तुम्हाला “चांगले, हे सिंक्रोनायझरसारखे आहे” किंवा त्याहूनही वाईट म्हणजे “हे स्टेपरसारखे दिसते” असे वाक्य ऐकावे लागते. बहुतेक ब्रशलेस मोटर्स 3-फेज असल्यामुळे, हे आणखी गोंधळात टाकणारे आहे, ज्यामुळे रेग्युलेटर 3-फेज एसी करंटसह मोटरला "फीड" देत असल्याचा गैरसमज निर्माण होतो. वरील सर्व काही अंशतः सत्य आहे. वस्तुस्थिती अशी आहे की एसिंक्रोनस वगळता सर्व मोटर्सला समकालिक म्हटले जाऊ शकते. सर्व डीसी मोटर्स स्व-सिंक्रोनाइझेशनसह समकालिक असतात, परंतु त्यांचे ऑपरेशनचे तत्त्व सिंक्रोनस एसी मोटर्सपेक्षा वेगळे असते, ज्यात स्व-समक्रमण नसते. स्टेपर ब्रशलेस मोटर म्हणून, ते कदाचित कार्य करू शकते. परंतु येथे गोष्ट आहे: एक वीट देखील उडू शकते ... तथापि, फार दूर नाही, कारण याचा हेतू नाही. स्टेपर मोटर म्हणून, स्विच केलेली अनिच्छा मोटर अधिक योग्य आहे.

ब्रशलेस डीसी मोटर (ब्रशल्स डायरेक्ट करंट मोटर) म्हणजे काय हे शोधण्याचा प्रयत्न करूया. या वाक्यांशातच, उत्तर आधीच लपलेले आहे - ही कलेक्टरशिवाय डीसी मोटर आहे. कलेक्टरची कार्ये इलेक्ट्रॉनिक्सद्वारे केली जातात.

फायदे आणि तोटे

एक जटिल, जड आणि स्पार्किंग असेंब्ली, कलेक्टर, इंजिन डिझाइनमधून काढून टाकले जाते. इंजिनची रचना मोठ्या प्रमाणात सरलीकृत आहे. इंजिन हलके आणि अधिक कॉम्पॅक्ट आहे. स्विचिंगचे नुकसान लक्षणीयरीत्या कमी झाले आहे, कारण कम्युटेटर आणि ब्रशचे संपर्क इलेक्ट्रॉनिक स्विचने बदलले आहेत. परिणामी, आम्हाला रोटेशन गती बदलांच्या विस्तृत श्रेणीसह, त्याच्या स्वतःच्या वजनाच्या प्रति किलोग्राम सर्वोत्तम कार्यक्षमता आणि शक्तीसह इलेक्ट्रिक मोटर मिळते. व्यवहारात, ब्रशलेस मोटर्स त्यांच्या कलेक्टर बंधूंपेक्षा कमी गरम करतात. ते मोठे टॉर्क भार वाहतात. शक्तिशाली निओडीमियम मॅग्नेटच्या वापरामुळे ब्रशलेस मोटर्स आणखी कॉम्पॅक्ट बनल्या आहेत. ब्रशलेस मोटरच्या डिझाइनमुळे ते पाणी आणि आक्रमक वातावरणात चालवता येते (अर्थातच, फक्त मोटर, रेग्युलेटर ओले करणे खूप महाग असेल). ब्रशलेस मोटर्स अक्षरशः रेडिओ हस्तक्षेप करत नाहीत.

एकमात्र कमतरता एक जटिल महाग इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण युनिट (नियामक किंवा ईएससी) मानली जाते. तथापि, जर तुम्हाला इंजिनचा वेग नियंत्रित करायचा असेल तर इलेक्ट्रॉनिक्स अपरिहार्य आहेत. जर तुम्हाला ब्रशलेस मोटरचा वेग नियंत्रित करण्याची आवश्यकता नसेल, तरीही तुम्ही इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल युनिटशिवाय करू शकत नाही. इलेक्ट्रॉनिक्सशिवाय ब्रशलेस मोटर म्हणजे लोखंडाचा तुकडा. त्यावर व्होल्टेज लागू करण्याचा आणि इतर इंजिनांप्रमाणे सामान्य रोटेशन साध्य करण्याचा कोणताही मार्ग नाही.

ब्रशलेस मोटर कंट्रोलरमध्ये काय होते?

ब्रशलेस मोटर नियंत्रित करणार्‍या रेग्युलेटरच्या इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये काय चालले आहे हे समजून घेण्यासाठी, थोडे मागे जाऊ आणि प्रथम ब्रशलेस मोटर कशी कार्य करते हे समजून घेऊ. शालेय भौतिकशास्त्राच्या अभ्यासक्रमातून, विद्युत प्रवाह वाहून नेणाऱ्या फ्रेमवर चुंबकीय क्षेत्र कसे कार्य करते हे आपल्याला आठवते. विद्युत प्रवाह असलेली फ्रेम चुंबकीय क्षेत्रात फिरते. तथापि, ते सतत फिरत नाही, परंतु एका विशिष्ट स्थितीत फिरते. सतत रोटेशन होण्यासाठी, लूपच्या स्थितीनुसार लूपमधील विद्युत् प्रवाहाची दिशा बदलणे आवश्यक आहे. आमच्या बाबतीत, विद्युत प्रवाह असलेली फ्रेम मोटर विंडिंग आहे, आणि कम्युटेटर स्विचिंगमध्ये गुंतलेला आहे - ब्रशेस आणि संपर्कांसह एक डिव्हाइस. सर्वात सोप्या इंजिनचे उपकरण, आकृती पहा.

ब्रशलेस मोटर नियंत्रित करणारे इलेक्ट्रॉनिक्स तेच करतात - योग्य क्षणी ते आवश्यक स्टेटर विंडिंगशी थेट व्होल्टेज जोडते.

एन्कोडर्स, एन्कोडर्सशिवाय मोटर्स

अगोदर निर्देश केलेल्या बाबीसंबंधी बोलताना हे समजून घेणे आवश्यक आहे की रोटरच्या स्थितीनुसार मोटर विंडिंगवर व्होल्टेज लागू करणे आवश्यक आहे. म्हणून, इलेक्ट्रॉनिक्स मोटर रोटरची स्थिती निर्धारित करण्यास सक्षम असणे आवश्यक आहे . यासाठी, पोझिशन सेन्सर वापरले जातात. ते विविध प्रकारचे असू शकतात, ऑप्टिकल, चुंबकीय इ. सध्या, हॉल इफेक्टवर आधारित स्वतंत्र सेन्सर (उदाहरणार्थ, SS41) खूप सामान्य आहेत. 3-फेज ब्रशलेस मोटर 3 सेन्सर्स वापरते. अशा सेन्सर्सबद्दल धन्यवाद, इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल युनिटला नेहमी माहित असते की रोटर कोणत्या स्थितीत आहे आणि कोणत्याही वेळी व्होल्टेज लागू करण्यासाठी कोणते विंडिंग आहेत. नंतर, तीन-फेज ब्रशलेस मोटरसाठी नियंत्रण अल्गोरिदम विचारात घेतले जाईल.

ब्रशलेस मोटर्स आहेत ज्यात सेन्सर्स नाहीत. अशा मोटर्समध्ये, दिलेल्या वेळी न वापरलेल्या वळणावरील व्होल्टेज मोजून रोटरची स्थिती निश्चित केली जाते. या पद्धतींबद्दल देखील नंतर चर्चा केली जाईल. आपण एका अत्यावश्यक मुद्द्याकडे लक्ष दिले पाहिजे: ही पद्धत केवळ तेव्हाच संबंधित असते जेव्हा इंजिन फिरत असते. जेव्हा मोटर वळत नाही किंवा खूप हळू वळते तेव्हा ही पद्धत कार्य करत नाही.

कोणत्या प्रकरणांमध्ये सेन्सर्ससह ब्रशलेस मोटर्स वापरल्या जातात आणि कोणत्या बाबतीत सेन्सर्सशिवाय वापरल्या जातात? त्यांच्यात काय फरक आहे?

तांत्रिक दृष्टिकोनातून एन्कोडरसह मोटर्सला प्राधान्य दिले जाते. अशा इंजिनांसाठी नियंत्रण अल्गोरिदम बरेच सोपे आहे. तथापि, त्याचे तोटे देखील आहेत: सेन्सर्सना उर्जा प्रदान करणे आणि इंजिनमधील सेन्सरपासून कंट्रोल इलेक्ट्रॉनिक्समध्ये वायर घालणे आवश्यक आहे; सेन्सरपैकी एक अयशस्वी झाल्यास, इंजिन कार्य करणे थांबवते आणि सेन्सर बदलण्यासाठी, नियमानुसार, इंजिनचे पृथक्करण करणे आवश्यक आहे.

मोटार हाऊसिंगमध्ये सेन्सर ठेवणे संरचनात्मकदृष्ट्या अशक्य असलेल्या प्रकरणांमध्ये, सेन्सरशिवाय मोटर्स वापरल्या जातात. संरचनात्मकदृष्ट्या, अशा मोटर्स व्यावहारिकरित्या सेन्सर असलेल्या मोटर्सपेक्षा भिन्न नाहीत. परंतु इलेक्ट्रॉनिक युनिट सेन्सर्सशिवाय इंजिन नियंत्रित करण्यास सक्षम असणे आवश्यक आहे. या प्रकरणात, नियंत्रण युनिट विशिष्ट इंजिन मॉडेलच्या वैशिष्ट्यांशी संबंधित असणे आवश्यक आहे.

जर इंजिन मोटर शाफ्टवर (इलेक्ट्रिक ट्रान्सपोर्ट, लिफ्टिंग यंत्रणा इ.) लक्षणीय भाराने सुरू झाले पाहिजे, तर सेन्सर्ससह मोटर्स वापरल्या जातात.
जर इंजिन शाफ्टवर लोड न करता सुरू होत असेल (व्हेंटिलेशन, प्रोपेलर, सेंट्रीफ्यूगल क्लच वापरला जातो, इ.), सेन्सरशिवाय इंजिन वापरले जाऊ शकतात. लक्षात ठेवा: एन्कोडर्सशिवाय मोटर शाफ्टवर लोड न करता सुरू होणे आवश्यक आहे. ही अट पूर्ण न झाल्यास, एन्कोडर्ससह मोटर वापरली जावी. याव्यतिरिक्त, सेन्सरशिवाय इंजिन सुरू करण्याच्या क्षणी, इंजिनच्या अक्षाचे वेगवेगळ्या दिशानिर्देशांमध्ये फिरणारे दोलन शक्य आहे. तुमच्या सिस्टमसाठी हे गंभीर असल्यास, सेन्सर असलेली मोटर वापरा.

तीन फेज

थ्री-फेज ब्रशलेस मोटर्सचा सर्वाधिक वापर केला जातो. परंतु ते एक, दोन, तीन किंवा अधिक फेज असू शकतात. जितके अधिक टप्पे तितके चुंबकीय क्षेत्राचे फिरणे नितळ, परंतु मोटर नियंत्रण प्रणाली अधिक जटिल. 3-फेज सिस्टीम ही कार्यक्षमता/जटिलता गुणोत्तराच्या दृष्टीने सर्वात इष्टतम आहे, म्हणूनच ती इतकी व्यापक झाली आहे. पुढे, फक्त तीन-टप्प्याचे सर्किट सर्वात सामान्य मानले जाईल. खरं तर, टप्पे मोटर windings आहेत. म्हणून, जर तुम्ही “थ्री-वाइंडिंग” म्हणत असाल तर मला वाटते की हे देखील बरोबर असेल. "तारा" किंवा "त्रिकोण" योजनेनुसार तीन विंडिंग जोडलेले आहेत. थ्री-फेज ब्रशलेस मोटरमध्ये तीन वायर असतात - वाइंडिंग लीड्स, आकृती पहा.

एन्कोडर असलेल्या मोटर्समध्ये अतिरिक्त 5 वायर असतात (पोझिशन एन्कोडर पॉवरसाठी 2 आणि 3 एन्कोडर सिग्नल).

तीन-चरण प्रणालीमध्ये, कोणत्याही वेळी तीन पैकी दोन विंडिंगवर व्होल्टेज लागू केले जाते. अशा प्रकारे, खालील आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, मोटर विंडिंगवर डीसी व्होल्टेज लागू करण्यासाठी 6 पर्याय आहेत.