De opkomst van borstelloze motoren is te wijten aan de noodzaak om een ​​elektrische machine te maken met veel voordelen. Een borstelloze motor is een apparaat zonder collector waarvan de functie wordt overgenomen door de elektronica.

BKEPT - borstelloze gelijkstroommotoren, kunnen bijvoorbeeld 12, 30 volt zijn.

• De juiste motor kiezen
• Werkingsprincipe
• BLDC-apparaat
• Sensoren en hun afwezigheid
• Gebrek aan sensor
• PWM-frequentieconcept
• Arduino-systeem
• Motorsteun

De juiste motor kiezen

Om een ​​eenheid te selecteren, is het noodzakelijk om het werkingsprincipe en de kenmerken van geborstelde en borstelloze motoren te vergelijken.

Van links naar rechts: borstelmotor en FC 28-12 borstelloze motor

Collector-exemplaren kosten minder, maar ze ontwikkelen een lage rotatiesnelheid van het koppel. Ze werken op gelijkstroom, hebben een laag gewicht en een laag formaat, beschikbaar voor reparatie om onderdelen te vervangen. De manifestatie van negatieve kwaliteit wordt onthuld wanneer een groot aantal revoluties wordt ontvangen. De borstels komen in contact met de collector en veroorzaken wrijving die het mechanisme kan beschadigen. De prestaties van het apparaat worden verminderd.

Borstels moeten niet alleen worden gerepareerd vanwege snelle slijtage, maar kunnen ook leiden tot oververhitting van het mechanisme.

Het grote voordeel van een borstelloze gelijkstroommotor is het ontbreken van koppel en schakelcontacten. Dit betekent dat er geen bronnen van verliezen zijn, zoals bij permanentmagneetmotoren. Hun functies worden uitgevoerd door MOS-transistoren. Voorheen waren hun kosten hoog, dus ze waren niet beschikbaar. Tegenwoordig is de prijs acceptabel geworden en zijn de prestaties aanzienlijk verbeterd. Bij afwezigheid van een radiator in het systeem is het vermogen beperkt van 2,5 tot 4 watt en is de bedrijfsstroom van 10 tot 30 ampère. Het rendement van borstelloze motoren is zeer hoog.

Het tweede voordeel zijn de mechanische instellingen. De as is gemonteerd op brede lagers. Er zijn geen brekende en uitwisbare elementen in de structuur.

Het enige nadeel is de dure elektronische regeleenheid.

Beschouw een voorbeeld van de mechanica van een CNC-bewerkingsmachine met een spindel.

Het vervangen van de commutatormotor door een borstelloze motor beschermt de CNC-spil tegen beschadiging. Er is een viduval onder de spil, die rechts en links draaimoment heeft. De CNC-spil heeft een groot vermogen. De snelheid van het koppel wordt geregeld door de regelaar door de servotest en de bochten worden geregeld door de automatische controller. De kosten van een CNC met een spil bedragen ongeveer 4000 roebel.

Werkingsprincipe

Het belangrijkste kenmerk van het mechanisme is de afwezigheid van een collector. En de permanente magneten zijn geïnstalleerd op de spil, zij zijn de rotor. Daaromheen zijn draadwikkelingen die verschillende magnetische velden hebben. Het verschil tussen 12 volt borstelloze motoren is de rotorbesturingssensor die erop zit. De signalen worden naar de snelheidsregelaar gestuurd.

BLDC-apparaat

De opstelling van magneten in de stator wordt meestal gebruikt voor tweefasenmotoren met een klein aantal polen. Het principe van koppel rond de stator wordt gebruikt wanneer het nodig is om een ​​tweefasenmotor met een laag toerental te verkrijgen.

Er zijn vier polen op de rotor. Rechthoekige magneten worden geïnstalleerd met wisselpolen. Het aantal polen is echter niet altijd gelijk aan het aantal magneten, dat kan 12, 14 zijn. Maar het aantal polen moet even zijn. Meerdere magneten kunnen één pool vormen.

De afbeelding toont 8 magneten die 4 polen vormen. Het krachtmoment is afhankelijk van de kracht van de magneten.

Sensoren en hun afwezigheid

Stroke controllers zijn onderverdeeld in twee groepen: met en zonder rotorpositiesensor.

De stroomkrachten worden op de motorwikkelingen uitgeoefend op een specifieke rotorpositie, die door het elektronische systeem wordt gedetecteerd met behulp van een positiesensor. Ze zijn er in verschillende soorten. Een populaire reiscontroller is een discrete Hall-effectsensor. Een 3-fase 30 volt motor zal 3 sensoren gebruiken. De elektronica heeft constant gegevens over de positie van de rotor en stuurt de spanning op tijd naar de benodigde wikkelingen.

Een veelgebruikt apparaat dat zijn conclusies verandert bij het wisselen van wikkelingen.

Een open-lusapparaat meet stroom, snelheid. PWM-kanalen zijn aangesloten op de onderkant van het besturingssysteem.

Op de Hall-sensor zijn drie ingangen aangesloten. Als de Hall-sensor wordt gewijzigd, begint het onderbrekingsrecyclingproces. Om een ​​snelle respons van interruptafhandeling te garanderen, is een Hall-sensor aangesloten op de onderste pinnen van de poort.

Een positiesensor gebruiken met een microcontroller

Om te besparen op elektriciteitsrekeningen raden onze lezers de "Elektriciteitsbesparingsbox" aan. Maandelijkse betalingen zullen 30-50% minder zijn dan voordat ze de economie gebruikten. Het haalt de reactieve component uit het netwerk, waardoor de belasting en daarmee het stroomverbruik wordt verminderd. Elektrische apparaten verbruiken minder elektriciteit en de kosten om ervoor te betalen zijn lager.

De vermogensregelaar vormt het hart van de AVR-kern, die zorgt voor een intelligente besturing van de borstelloze gelijkstroommotor. AVR is een chip voor het uitvoeren van specifieke taken.

Het werkingsprincipe van de regelaar kan met of zonder sensor zijn. Het AVR-bestuursprogramma implementeert:

• de motor zo snel mogelijk starten zonder gebruik te maken van externe extra apparaten;
• toerentalregeling met één externe potentiometer.

Een apart type automatische besturing van SMA, gebruikt in wasmachines.

Gebrek aan sensor

Om de positie van de rotor te bepalen, is het noodzakelijk om de spanning over de ongebruikte wikkeling te meten. Deze methode is van toepassing wanneer de motor draait, anders werkt het niet.

Sensorloze ESC's zijn gemakkelijker te produceren, wat hun wijdverbreide gebruik verklaart.

Regelaars hebben de volgende eigenschappen:

• maximale constante stroomwaarde;
• waarde van de maximale bedrijfsspanning;
• het aantal maximale omwentelingen;
• weerstand van stroomschakelaars;
• puls frequentie.

Bij het aansluiten van een controller is het belangrijk om de draden zo kort mogelijk te houden. Vanwege het optreden van inschakelstromen bij de start. Als de draad lang is, kunnen er fouten optreden bij het bepalen van de positie van de rotor. Daarom worden de controllers verkocht met 12 - 16 cm draad.

De controllers hebben veel software-instellingen:

• motor uitschakeling controle;
• soepele of harde afsluiting;
• remmen en soepel afsluiten;
• kracht en efficiëntie overtreffen;
• zachte, harde, snelle start;
• huidige beperking;
• gasmodus;
• verandering van richting.

De LB11880-controller die in de afbeelding wordt weergegeven, bevat een krachtige borstelloze motordriver, dat wil zeggen dat u de motor rechtstreeks naar de microschakeling kunt laten lopen zonder extra drivers.

PWM-frequentieconcept

Wanneer de sleutels zijn ingeschakeld, wordt de motor volledig belast. Het apparaat bereikt de maximale snelheid. Om de motor te kunnen besturen, moet u een vermogensregelaar leveren. Dit is precies wat pulsbreedtemodulatie (PWM) doet.

De vereiste frequentie voor het openen en sluiten van sleutels wordt vastgesteld. De spanning verandert van nul naar werkend. Om het toerental te regelen, is het noodzakelijk om een ​​PWM-signaal op de sleutelsignalen te leggen.

Het PWM-signaal kan door het apparaat op meerdere pinnen worden gegenereerd. Of maak met een programma een PWM voor een aparte sleutel. De schakeling wordt eenvoudiger. Het PWM-signaal heeft 4-80 kHz.

Het verhogen van de frequentie leidt tot meer overgangsprocessen, waardoor warmte ontstaat. De hoogte van de PWM-frequentie verhoogt het aantal transiënten, dit leidt tot verliezen op de toetsen. Een lage frequentie geeft niet de gewenste soepelheid van de besturing.

Om verliezen op de schakelaars tijdens transiënte processen te verminderen, worden de PWM-signalen afzonderlijk naar de bovenste of onderste schakelaars gevoerd. Directe verliezen worden berekend met de formule P = R * I2, waarbij P het vermogensverlies is, R de belangrijkste weerstand en I de stroom.

Minder weerstand minimaliseert verliezen en verhoogt de efficiëntie.

Arduino-systeem

Vaak wordt het arduino hardwarecomputerplatform gebruikt om borstelloze motoren te besturen. Het is gebaseerd op het bord en de ontwikkelomgeving in de bedradingstaal.

Het Arduino-bord bevat een Atmel AVR-microcontroller en een elementaire binding voor programmering en interactie met circuits. Het bord heeft een spanningsregelaar. Het seriële Arduino-bord is een eenvoudig inverterend circuit voor het converteren van signalen van het ene niveau naar het andere. Programma's worden geïnstalleerd via USB. Sommige modellen, zoals de Arduino Mini, hebben een extra programmeerbord nodig.

De programmeertaal Arduino maakt gebruik van de standaard Processing. Met sommige arduino-modellen kunt u meerdere servers tegelijkertijd bedienen. De programma's worden door de processor verwerkt en door de AVR samengesteld.

Controllerproblemen kunnen optreden als gevolg van spanningsdips en overbelasting.

Motorsteun

Motorsteun - motorbevestigingsmechanisme. Het wordt gebruikt in motorinstallaties. Het motorframe is een onderling verbonden stang en frame-elementen. Motorframes zijn plat, ruimtelijk qua elementen. Motorsteun voor een enkele motor 30 volt of meerdere apparaten. Het stroomcircuit van de motorsteun bestaat uit een set staven. De motorsteun wordt gemonteerd in een combinatie van truss- en frame-elementen.

De borstelloze gelijkstroommotor is een onvervangbare eenheid die zowel in het dagelijks leven als in de industrie wordt gebruikt. Bijvoorbeeld CNC-bewerkingsmachines, medische apparatuur, automobielmechanismen.

BLDC-motoren onderscheiden zich door hun betrouwbaarheid, uiterst nauwkeurig werkingsprincipe, automatische intelligente besturing en regeling.

Zodra ik begon met het modelleren van vliegtuigen, vroeg ik me meteen af ​​waarom de motor drie draden heeft, waarom hij zo klein en tegelijkertijd zo krachtig is, en waarom hij een snelheidsregelaar nodig heeft ... De tijd verstreek en ik kwam erachter alles. En toen stelde hij zichzelf de taak om met zijn eigen handen een borstelloze motor te maken.

Werkingsprincipe elektromotor:
De werking van elke elektrische machine is gebaseerd op het fenomeen van elektromagnetische inductie. Daarom, als u een frame met een stroom in een magnetisch veld plaatst, wordt dit beïnvloed door: ampère kracht, die een koppel zal creëren. Het frame zal beginnen te draaien en stoppen op de positie van de afwezigheid van het moment gecreëerd door de Ampere-kracht.

Elektromotorapparaat:
Elke elektromotor bestaat uit een vast onderdeel - stator en het bewegende deel - Rotor... Om de rotatie te laten beginnen, moet u de richting van de stroom om de beurt veranderen. Deze functie wordt uitgevoerd door: Verzamelaar(borstels).

Een borstelloze motor is een motor GELIJKSTROOM zonder collector, waarbij de collectorfuncties worden vervuld door de elektronica. (Als de motor drie draden heeft, betekent dit niet dat hij op driefasige wisselstroom werkt! En hij werkt op "delen" van korte DC-pulsen, en ik wil u niet schokken, maar dezelfde motoren die zijn die in koelers worden gebruikt, zijn ook borstelloos, hoewel ze dat wel zijn en slechts twee gelijkstroomdraden hebben)

Borstelloos motorapparaat:
inloper(uitgesproken als "inrunner"). De motor heeft wikkelingen aan de binnenkant van de behuizing en een magnetische rotor die binnenin draait.


outrunner(uitgesproken als "buitenloper"). De motor heeft stationaire wikkelingen (binnen) waaromheen het lichaam draait met permanente magneten die op de binnenwand zijn geplaatst.

Werkingsprincipe:
Om ervoor te zorgen dat de borstelloze motor begint te draaien, moet de spanning synchroon op de motorwikkelingen worden aangelegd. Synchronisatie kan worden georganiseerd met behulp van externe sensoren (optische of hall-sensoren), en op basis van back-EMF (sensorloos), die optreedt in de motor wanneer deze draait.

Sensorloze besturing:
Er zijn borstelloze motoren zonder positiesensoren. Bij dergelijke motoren wordt de rotorpositie bepaald door de EMF in de vrije fase te meten. We herinneren ons dat op elk moment "+" is verbonden met een van de fasen (A) naar de andere (B) "-" van de voeding, een van de fasen blijft vrij. Roterend induceert de motor een EMF (d.w.z. als gevolg van de wet van elektromagnetische inductie wordt een inductiestroom gevormd in de spoel) in de vrije wikkeling. Naarmate de rotatie vordert, verandert de spanning op de vrije fase (C). Door de spanning op de vrije fase te meten, kan het moment van omschakelen naar de volgende rotorpositie worden bepaald.
Om deze spanning te meten met behulp van de "virtuele punt"-methode. Waar het op neerkomt, is dat u, als u de weerstand van alle wikkelingen en de beginspanning kent, de draad virtueel kunt "verschuiven" naar de kruising van alle wikkelingen:
Borstelloze motorsnelheidsregelaar:
Een borstelloze motor zonder elektronica is slechts een stukje hardware. bij afwezigheid van een regelaar kunnen we de spanning er niet zomaar op aansluiten zodat deze gewoon begint te draaien. De cruisecontrol is een vrij complex systeem van radiocomponenten, omdat: ze moet:
1) Bepaal de beginpositie van de rotor om de elektromotor te starten
2) Rijd de elektromotor met lage snelheden aan
3) Versnel de elektromotor tot de nominale (ingestelde) rotatiesnelheid
4) Behoud maximaal koppel

Schematisch diagram van de snelheidsregelaar (klep):


Borstelloze motoren werden uitgevonden aan het begin van de opkomst van elektriciteit, maar niemand kon er een besturingssysteem voor maken. En alleen met de ontwikkeling van elektronica: met de komst van krachtige halfgeleidertransistors en microcontrollers begonnen borstelloze motoren in het dagelijks leven te worden gebruikt (eerste industrieel gebruik in de jaren 60).

Voor- en nadelen van borstelloze motoren:

Voordelen:
-De rotatiefrequentie varieert over een breed bereik
- Mogelijkheid om te gebruiken in een explosieve en agressieve omgeving
-Groot overbelastingskoppel
-Hoge energieprestaties (rendement meer dan 90%)
-Lange levensduur, hoge betrouwbaarheid en langere levensduur door afwezigheid van elektrische schuifcontacten

nadelen:
-Relatief geavanceerd motormanagementsysteem
-Hoge kosten van de motor door het gebruik van dure materialen in het rotorontwerp (magneten, lagers, assen)
Nadat we de theorie hebben behandeld, gaan we verder met de praktijk: we zullen een motor ontwerpen en maken voor het MX-2 aerobatic-model.

Lijst van materialen en uitrusting:
1) Draad (van oude transformatoren)
2) Magneten (online gekocht)
3) Stator (vleugel)
4) Schacht
5) Lagers:
6) Duraluminium
7) Krimpkous:
8) Toegang tot onbeperkte technische rommel
9) Toegang tot tools
10) Rechte armen :)

Voortgang:
1) Vanaf het allereerste begin beslissen we:

Waarom maken we de motor?
Waar moet het voor ontworpen zijn?
Waar zijn we beperkt?

In mijn geval: ik maak een motor voor een vliegtuig, dus laat het extern draaien; het moet zo zijn ontworpen dat het 1400 gram stuwkracht moet leveren met een batterij met drie blikjes; Ik ben beperkt in gewicht en grootte. Waar begin je echter? Het antwoord op deze vraag is eenvoudig: vanaf het moeilijkste deel, d.w.z. met een onderdeel dat gemakkelijker te vinden is, en al het andere kan worden aangepast om erin te passen. Ik deed precies dat. Na vele mislukte pogingen om de stator van zacht staalplaat te maken, werd het me duidelijk dat het beter was om er een te vinden. Ik vond het in de oude videokop van de videorecorder.

2) De wikkeling van een driefasige borstelloze motor is gemaakt met een geïsoleerde koperdraad, waarvan de doorsnede de waarde van de stroom bepaalt, en dus het vermogen van de motor. Onvergetelijk, hoe dikker de draad, hoe meer omwentelingen, maar hoe zwakker het koppel. Sectie selectie:

1A - 0,05 mm; 15A - 0,33 mm; 40A - 0,7 mm

3A - 0,11 mm; 20A - 0,4 mm; 50A - 0,8 mm

10A - 0,25 mm; 30A - 0,55 mm; 60A - 0,95 mm


3) We beginnen de draad op de palen te winden. Hoe meer windingen (13) om de tand worden gewikkeld, hoe groter het magnetische veld. Hoe sterker het veld, hoe meer koppel en minder omwentelingen. Om een ​​hoog toerental te krijgen, is het nodig om minder bochten te winden. Maar daarmee daalt ook het koppel. Om het koppel te compenseren, wordt meestal een hogere spanning op de motor gezet.
4) Vervolgens kiezen we de methode om de wikkeling te verbinden: een ster of een driehoek. De sterverbinding geeft meer koppel maar minder omwentelingen dan de 1,73 keer deltaverbinding. (later werd gekozen voor deltaverbinding)

5) Magneten kiezen. Het aantal polen op de rotor moet even zijn (14). De vorm van de gebruikte magneten is meestal rechthoekig. De grootte van de magneten hangt af van de geometrie van de motor en de kenmerken van de motor. Hoe sterker de gebruikte magneten, hoe hoger het koppel dat door de motor op de as wordt gegenereerd. Ook, hoe meer polen, hoe meer koppel, maar minder omwentelingen. De magneten op de rotor zijn vastgezet met speciale hotmelt lijm.

Ik heb deze motor getest op een vitro-motorinstallatie die ik heb gemaakt, waarmee ik stuwkracht, vermogen en motortoerental kan meten.

Om de verschillen tussen de "ster"- en "delta"-verbindingen te zien, heb ik de wikkelingen op verschillende manieren aangesloten:

Als resultaat kregen we een motor die overeenkomt met de kenmerken van het vliegtuig, waarvan de massa 1400 gram is.

Kenmerken van de resulterende motor:
Energieverbruik: 34.1A
Nullaststroom: 2.1A
Weerstand van wikkelingen: 0,02 Ohm
Aantal Polen: 14
Omzet: 8400 tpm

Videoverslag van een motortest in een vliegtuig ... Zachte landing: D

Berekening van het motorrendement:


Een zeer goede indicator ... Hoewel het mogelijk was om nog hoger te bereiken ...

conclusies:
1) Borstelloze motoren hebben een hoge efficiëntie en efficiëntie;
2) Borstelloze motoren zijn compact
3) Borstelloze motoren kunnen worden gebruikt in explosieve omgevingen;
4) Een sterverbinding geeft meer koppel, maar 1,73 keer minder omwentelingen dan een deltaverbinding.

Dus, om onze eigen borstelloze motor te maken voor het aerobatic model van het vliegtuig - haalbare taak

Als je vragen hebt of iets niet begrijpt, stel me dan vragen in de opmerkingen van dit artikel. Veel succes iedereen)

Een gelijkstroommotor is een elektromotor die wordt aangedreven door een constante stroom. Zorg indien nodig voor een motor met een hoog koppel en een relatief laag toerental. Structureel zijn Inrunners eenvoudiger omdat de stationaire stator als behuizing kan dienen. Er kunnen bevestigingsmiddelen aan worden bevestigd. Bij Outrunners draait het gehele buitenste deel mee. De motor is bevestigd aan een vaste as of statordelen. In het geval van een motorwiel wordt de bevestiging uitgevoerd voor de vaste as van de stator, de draden worden naar de stator geleid via een holle as waarvan minder dan 0,5 mm.

AC-motor wordt genoemd elektrische motor aangedreven door wisselstroom... Er zijn de volgende soorten AC-motoren:

Er is ook een UKD (universele collectormotor) met de functie van bedrijfsmodus op zowel wissel- als gelijkstroom.

Een ander type motor is: stappenmotor met een eindig aantal rotorposities... Een bepaalde aangegeven positie van de rotor wordt vastgelegd door stroom te leveren aan de benodigde corresponderende wikkelingen. Wanneer de voedingsspanning van de ene wikkeling wordt verwijderd en naar andere wordt overgebracht, vindt het overgangsproces naar een andere positie plaats.

Een wisselstroommotor, indien gevoed via een commercieel netwerk, maakt het meestal niet mogelijk om: rotatiefrequentie meer dan drieduizend omwentelingen per minuut... Om deze reden wordt, als het nodig is om hogere frequenties te verkrijgen, een collectormotor gebruikt, met als extra voordelen lichtheid en compactheid met behoud van het vereiste vermogen.

Soms wordt ook een speciaal versnellingsmechanisme gebruikt, een multiplier genaamd, dat de kinematische parameters van het apparaat verandert in de vereiste technische indicatoren. Verdeelstukassemblages nemen soms tot de helft van de ruimte van de hele motor in beslag, daarom worden AC-motoren verkleind en lichter gemaakt door een frequentieomvormer te gebruiken, en soms vanwege de aanwezigheid van een netwerk met een verhoogde frequentie tot 400 Hz .

De hulpbron van elke asynchrone AC-motor is merkbaar hoger dan die van de collector. Het is vastbesloten staat van isolatie van wikkelingen en lagers... Een synchrone motor wordt bij gebruik van een omvormer en een rotorpositiesensor beschouwd als een elektronische analoog van een klassieke collectormotor die de werking door middel van gelijkstroom ondersteunt.

Borstelloze gelijkstroommotor. Algemene informatie en apparaatontwerp

De borstelloze gelijkstroommotor wordt ook wel een driefasige borstelloze motor genoemd. Het is een synchroon apparaat waarvan het werkingsprincipe is gebaseerd op zelfgesynchroniseerde frequentieregeling, waardoor de vector (vanuit de positie van de rotor) van het magnetische veld van de stator wordt geregeld.

Motorcontrollers van dit type worden vaak aangedreven door een constante spanning, vandaar hun naam. In de Engelstalige technische literatuur wordt de borstelloze motor PMSM of BLDC genoemd.

De borstelloze motor is in de eerste plaats gemaakt om l elke gelijkstroommotor over het algemeen. Er werden zeer hoge eisen gesteld aan de actuator van een dergelijk apparaat (vooral aan de high-speed micro-drive met nauwkeurige positionering).

Dit leidde misschien tot het gebruik van dergelijke specifieke DC-apparaten, borstelloze driefasenmotoren, ook wel BDPT genoemd. Door hun ontwerp zijn ze bijna identiek aan synchrone AC-motoren, waarbij de rotatie van de magnetische rotor plaatsvindt in een conventionele gelamineerde stator in aanwezigheid van driefasige wikkelingen, en het aantal omwentelingen afhangt van de spanning en statorbelastingen. Op basis van bepaalde rotorcoördinaten worden verschillende statorwikkelingen geschakeld.

Borstelloze gelijkstroommotoren kunnen bestaan ​​zonder afzonderlijke sensoren, maar soms zijn ze aanwezig op de rotor, zoals een Hall-sensor. Als het apparaat werkt zonder een extra sensor, dan statorwikkelingen fungeren als bevestigingselement... Dan ontstaat de stroom door de rotatie van de magneet, wanneer de rotor een EMF in de statorwikkeling induceert.

Als een van de wikkelingen is uitgeschakeld, wordt het geïnduceerde signaal gemeten en verder verwerkt, maar dit werkingsprincipe is onmogelijk zonder een professor in signaalverwerking. Maar voor het omkeren of remmen van een dergelijke elektromotor is een brugcircuit niet nodig - het is voldoende om stuurpulsen in omgekeerde volgorde aan de statorwikkelingen te leveren.

In een VD (klepmotor) bevindt zich een inductor in de vorm van een permanente magneet op de rotor en bevindt de ankerwikkeling zich op de stator. Op basis van de positie van de rotor, de voedingsspanning van alle wikkelingen wordt gevormd elektrische motor. Wanneer in dergelijke ontwerpen een collector wordt gebruikt, zal een halfgeleiderschakelaar zijn functie vervullen in een klepmotor.

Het belangrijkste verschil tussen synchrone en klepmotoren ligt in de zelfsynchronisatie van de laatste met behulp van DPR, die de proportionele rotatiefrequentie van de rotor en het veld bepaalt.

Meestal wordt een borstelloze gelijkstroommotor gebruikt in de volgende gebieden:

stator

Dit apparaat heeft een klassiek ontwerp en lijkt op hetzelfde apparaat van een asynchrone machine. De compositie omvat: koperen kern(geplaatst langs de omtrek in de groeven), die het aantal fasen en het lichaam bepaalt. Meestal zijn de sinus- en cosinusfasen voldoende voor rotatie en zelfstart, maar vaak wordt een borstelloze motor gemaakt met driefasen en zelfs vierfasen.

Elektromotoren met omgekeerde elektromotorische kracht, afhankelijk van het type legwindingen op de statorwikkeling, zijn verdeeld in twee typen:

• sinusvormige vorm;
• trapeziumvorm.

In de overeenkomstige motortypes verandert de elektrische fasestroom ook volgens de methode van levering sinusvormig of trapeziumvormig.

Rotor

Meestal is de rotor gemaakt van permanente magneten met twee tot acht poolparen, die op hun beurt afwisselend van noord naar zuid of vice versa.

Ferrietmagneten worden beschouwd als de meest voorkomende en goedkoopste voor het maken van een rotor, maar hun nadeel is: laag niveau van magnetische inductie Daarom vervangen apparaten die zijn gemaakt van legeringen van verschillende zeldzame aardelementen nu een dergelijk materiaal, omdat ze een hoog niveau van magnetische inductie kunnen bieden, wat het op zijn beurt mogelijk maakt om de grootte van de rotor te verkleinen.

DPR

De rotorpositiesensor geeft feedback. Volgens het werkingsprincipe is het apparaat verdeeld in de volgende ondersoorten:

• inductief;
• foto-elektrisch;
• Hall-effectsensor.

Het laatste type heeft de grootste populariteit gekregen vanwege zijn bijna absolute traagheidseigenschappen en de mogelijkheid om de vertraging in de feedbackkanalen op basis van de rotorpositie op te heffen.

Controle systeem

Het besturingssysteem bestaat uit vermogensschakelaars, soms ook uit thyristors of vermogenstransistoren, inclusief een geïsoleerde poort, wat leidt tot het verzamelen van een stroomomvormer of spanningsomvormer. Het meest gebruikelijke proces voor het beheren van deze sleutels is: met behulp van een microcontroller, wat een enorme hoeveelheid computerbewerkingen vereist om de motor te besturen.

Werkingsprincipe

De werking van de motor ligt in het feit dat de regelaar een bepaald aantal statorwikkelingen zodanig omzet dat de vector van de magnetische velden van rotor en stator orthogonaal zijn. Met PWM (pulsbreedtemodulatie) de controller regelt de stroom die door de motor vloeit; en regelt het moment dat de rotor beïnvloedt. De richting van dit effectieve moment wordt bepaald door de hoogte van de hoek tussen de vectoren. In de berekeningen worden elektrische graden gebruikt.

De commutatie moet zo gebeuren dat Ф0 (rotorexcitatieflux) constant wordt gehouden ten opzichte van de ankerflux. Met de interactie van een dergelijke excitatie en de ankerflux wordt een koppel M gevormd, dat de neiging heeft om de rotor te draaien en, parallel, het samenvallen van de excitatie en de ankerflux te verzekeren. Tijdens de rotatie van de rotor worden echter verschillende wikkelingen geschakeld onder invloed van de rotorpositiesensor, waardoor de ankerstroom naar de volgende stap draait.

In een dergelijke situatie verschuift de resulterende vector en wordt stationair ten opzichte van de rotorflux, die op zijn beurt het benodigde koppel op de motoras creëert.

Motormanagement

De borstelloze DC-motorcontroller regelt het koppel dat op de rotor inwerkt door de grootte van de pulsbreedtemodulatie te veranderen. De commutatie wordt gecontroleerd en elektronisch uitgevoerd, in tegenstelling tot een conventionele geborstelde gelijkstroommotor. Ook gebruikelijk zijn besturingssystemen die pulsbreedtemodulatie en pulsbreedtebesturingsalgoritmen voor de workflow implementeren.

Vectorbesturingsmotoren bieden het grootste bereik dat bekend staat om hun eigen snelheidsregeling. De regeling van dit toerental en het op het vereiste niveau houden van de fluxkoppeling is te danken aan de frequentieomvormer.

Een kenmerk van de regeling van een elektrische aandrijving op basis van vectorbesturing is de aanwezigheid van gecontroleerde coördinaten. Ze bevinden zich in een stationair systeem en geconverteerd naar roteren, een constante waarde toewijzen die evenredig is aan de gecontroleerde parameters van de vector, waardoor een regelactie wordt gevormd, en vervolgens een omgekeerde overgang.

Ondanks alle voordelen van een dergelijk systeem, gaat het gepaard met een nadeel in de vorm van de complexiteit van het besturen van de inrichting voor het regelen van de snelheid in een breed bereik.

Voor-en nadelen

Tegenwoordig is er in veel industrieën veel vraag naar dit type motor, omdat een borstelloze gelijkstroommotor bijna alle beste eigenschappen van contactloze en andere typen motoren heeft gecombineerd.

De onbetwistbare voordelen van een borstelloze motor zijn:

Ondanks belangrijke positieve aspecten, borstelloze gelijkstroommotor er zijn ook een paar nadelen:

Op basis van het voorgaande en de onderontwikkeling van moderne elektronica in de regio, vinden velen het nog steeds raadzaam om een ​​conventionele asynchrone motor met een frequentieomvormer te gebruiken.

Driefasige borstelloze gelijkstroommotor

Dit type motor heeft uitstekende prestaties, vooral wanneer deze wordt aangestuurd door positiesensoren. Als het moment van weerstand varieert of volledig onbekend is, evenals als het nodig is om te bereiken hoger startkoppel besturing met een sensor wordt gebruikt. Als de sensor niet wordt gebruikt (meestal in ventilatoren), stelt de besturing u in staat om het zonder bedrade communicatie te doen.

Kenmerken van de aansturing van een driefasige borstelloze motor zonder positiesensor:

Bedieningsfuncties driefasige borstelloze motor met een positiesensor aan de hand van het voorbeeld van een Hall-sensor:

Conclusie

Een borstelloze gelijkstroommotor heeft veel voordelen en zal een waardige keuze zijn voor gebruik door zowel een specialist als een eenvoudige leek.

Onlangs zijn borstelloze gelijkstroommotoren steeds populairder geworden. Ze worden actief gebruikt in instrumentatie, industriële medische en huishoudelijke automatisering, evenals in besturings- en meetapparatuur. Dit type motoren werkt zonder borstels, alle commutatie wordt uitgevoerd met behulp van elektronische apparaten.

De voordelen van borstelloze motoren:

Borstelloze motoren hebben een aantal voordelen die hun toepassingen hebben bepaald. Ze hebben de beste prestaties. Hun koppel is veel hoger in vergelijking met conventionele motoren. Borstelloze ontwerpen worden gekenmerkt door hogere dynamische eigenschappen en efficiëntie.

Andere voordelen zijn een stille werking, een langere levensduur en een hoger toerental. De verhouding tussen motorgrootte en koppel is hoger dan bij andere typen. Dit is vooral belangrijk in gebieden waar grootte en gewicht van cruciaal belang zijn.

Werkingsprincipe van borstelloze motor:

Het werkingsprincipe is gebaseerd op de magnetische velden die worden geproduceerd door de stator en de rotor, waarvan de rotatiesnelheid hetzelfde is. Er is geen zogenaamde slipkarakteristiek van inductiemotoren. De configuratie van borstelloze motoren is eenfasig, tweefasig of driefasig. Het aantal wikkelingen in de stator is hiervan afhankelijk. De meest voorkomende in alle gebieden zijn driefasige motoren.

Borstelloos motorapparaat

Overweeg als voorbeeld de meest populaire driefasige borstelloze motor. Het heeft een stator van gelamineerd staal, in de groeven waarvan de wikkeling zich bevindt. De meeste motoren van dit type hebben drie wikkelingen die in een ster zijn verbonden.

De rotor is een permanente magneet met 2 tot 8 paar polen. Tegelijkertijd wisselen de Zuid- en Noordpool elkaar af. De rotor is gemaakt van een speciaal magnetisch materiaal dat zorgt voor de vereiste magnetische velddichtheid. In de regel zijn dit ferrietmagneten waaruit permanente magneten worden gemaakt.

In tegenstelling tot conventionele elektromotoren worden borstelloze gelijkstroommotoren elektronisch gecommuteerd. Dit komt door de noodzaak om constant spanning aan de statorwikkelingen te leveren. Tegelijkertijd moet u weten in welke positie de rotor zich bevindt. Deze positie wordt gedetecteerd door Hall-sensoren, die een hoog of laag signaal afgeven, afhankelijk van welke pool de zeer gevoelige elementen passeert.

DC generator zonder borstels

Huishoudelijke en medische apparatuur, vliegtuigmodellering, pijpafsluitaandrijvingen voor gas- en oliepijpleidingen - dit is geen volledige lijst met toepassingen voor borstelloze gelijkstroommotoren (DB). Laten we eens kijken naar het ontwerp en de werking van deze elektromechanische actuatoren om hun voor- en nadelen beter te begrijpen.

Algemene informatie, apparaat, bereik

Een van de redenen voor de groeiende belangstelling voor OBD's is de toegenomen vraag naar snelle micromotoren met nauwkeurige positionering. De interne structuur van dergelijke schijven wordt getoond in figuur 2.

Rijst. 2. Het apparaat van de borstelloze motor:

Zoals je kunt zien, is de structuur een rotor (anker) en een stator, de eerste heeft een permanente magneet (of meerdere magneten die in een bepaalde volgorde zijn gerangschikt), en de tweede is uitgerust met spoelen (B) om een ​​magnetisch veld te creëren.

Het is opmerkelijk dat deze elektromagnetische mechanismen zowel met een intern anker (dit type constructie is te zien in figuur 2) als extern (zie figuur 3) kunnen zijn.

Rijst. 3. Outrunner-ontwerp

Elk van de ontwerpen heeft dan ook een specifiek toepassingsgebied. Apparaten met een intern anker hebben een hoge rotatiesnelheid, daarom worden ze gebruikt in koelsystemen, als krachtcentrales voor drones, enz. Externe rotoraandrijvingen worden overal gebruikt waar nauwkeurige positionering en koppelweerstand vereist zijn (robotica, medische apparatuur, CNC-machines, enz.).

Werkingsprincipe

In tegenstelling tot andere aandrijvingen, bijvoorbeeld een asynchrone AC-machine, is een speciale controller vereist voor de werking van de OBD, die de wikkelingen zodanig inschakelt dat de vectoren van de magnetische velden van het anker en de stator loodrecht op elkaar staan . Dat wil zeggen, in feite regelt het stuurapparaat het koppel dat op het OBD-anker werkt. Dit proces wordt duidelijk weergegeven in figuur 4.

Zoals u kunt zien, is het voor elke beweging van het anker nodig om een ​​bepaalde commutatie uit te voeren in de statorwikkeling van een borstelloze motor. Dit werkingsprincipe maakt een soepele controle van de rotatie niet mogelijk, maar het maakt het mogelijk om snel momentum te krijgen.

Verschillen tussen brushed en brushless motoren

De aandrijving van het collectortype verschilt van de DB, zowel in ontwerpkenmerken (zie Fig. 5) als in het werkingsprincipe.

Rijst. 5.A - borstelmotor, B - borstelloos

Houd rekening met de ontwerpverschillen. Afbeelding 5 laat zien dat de rotor (1 in Fig. 5) van een motor van het collectortype, in tegenstelling tot een borstelloze motor, spoelen heeft met een eenvoudig wikkelcircuit en dat permanente magneten (in de regel twee) op de stator zijn geïnstalleerd (2 in afb. 5 ). Bovendien is op de as een collector geïnstalleerd waarop borstels zijn aangesloten die spanning leveren aan de ankerwikkelingen.

Laten we het kort hebben over het werkingsprincipe van verzamelmachines. Wanneer er spanning op een van de spoelen wordt aangelegd, wordt deze geëxciteerd en wordt een magnetisch veld gegenereerd. Het interageert met permanente magneten, dit zorgt ervoor dat het anker en de erop geplaatste collector draaien. Als gevolg hiervan wordt stroom geleverd aan de andere wikkeling en herhaalt de cyclus zich.

De rotatiefrequentie van een armatuur van dit ontwerp hangt rechtstreeks af van de intensiteit van het magnetische veld, dat op zijn beurt recht evenredig is met de spanning. Dat wil zeggen, om de snelheid te verhogen of te verlagen, volstaat het om het voedingsniveau te verhogen of te verlagen. En om te keren is het noodzakelijk om de polariteit te veranderen. Deze regelmethode vereist geen speciale controller, omdat de slagregelaar kan worden gemaakt op basis van een variabele weerstand en een conventionele schakelaar als een omvormer werkt.

We hebben de ontwerpkenmerken van borstelloze motoren besproken in het vorige gedeelte. Zoals je je herinnert, vereist hun verbinding een speciale controller, zonder welke ze gewoon niet werken. Om dezelfde reden kunnen deze motoren niet als generator worden gebruikt.

Het is ook vermeldenswaard dat in sommige actuatoren van dit type, voor een efficiëntere regeling, de rotorposities worden bewaakt met behulp van Hall-sensoren. Dit verbetert de eigenschappen van borstelloze motoren aanzienlijk, maar leidt tot een verhoging van de kosten van een toch al duur ontwerp.

Hoe start je een borstelloze motor?

Om dit type schijf te laten werken, is een speciale controller vereist (zie afbeelding 6). Zonder dit is lancering onmogelijk.

Rijst. 6. Borstelloze motorcontrollers voor modellering

Het heeft geen zin om zo'n apparaat zelf te monteren, het zal goedkoper en betrouwbaarder zijn om een ​​kant-en-klaar apparaat te kopen. Het kan worden geselecteerd op basis van de volgende kenmerken die inherent zijn aan PWM-kanaalstuurprogramma's:

• De maximaal toelaatbare stroom, deze eigenschap wordt gegeven voor de normale werking van het apparaat. Heel vaak geven fabrikanten een dergelijke parameter aan in de modelnaam (bijvoorbeeld Phoenix-18). In sommige gevallen wordt een waarde voor de piekmodus gegeven, die de regelaar enkele seconden kan aanhouden.
• Maximale nominale spanning voor continu bedrijf.
• Weerstand van interne circuits van de controller.
• Het toegestane toerental wordt aangegeven in rpm. Boven deze waarde staat de controller geen verhoging van de rotatie toe (de beperking wordt geïmplementeerd op softwareniveau). Houd er rekening mee dat de snelheid altijd wordt gegeven voor 2-polige aandrijvingen. Als er meer poolparen zijn, moet de waarde worden gedeeld door hun aantal. Het aangegeven getal is bijvoorbeeld 60.000 tpm, daarom zal voor een 6-magnetische motor het toerental 60.000 / 3 = 20.000 prm zijn.
• De frequentie van de gegenereerde pulsen, voor de meeste controllers, deze parameter varieert van 7 tot 8 kHz, bij duurdere modellen kunt u de parameter herprogrammeren door deze te verhogen tot 16 of 32 kHz.

Merk op dat de eerste drie kenmerken het vermogen van de OBD bepalen.

Borstelloze motorbesturing

Zoals hierboven reeds vermeld, wordt het schakelen van de aandrijfwikkelingen elektronisch gestuurd. De bestuurder bewaakt de armatuurpositie met behulp van Hall-sensoren om te bepalen wanneer er moet worden geschakeld. Als de omvormer niet is uitgerust met dergelijke detectoren, wordt rekening gehouden met de tegen-EMK die optreedt in de niet-aangesloten statorspoelen. De controller, die in feite een hardware- en softwarecomplex is, bewaakt deze wijzigingen en bepaalt de schakelvolgorde.

Driefasige borstelloze gelijkstroommotor

De meeste OBD's zijn gemaakt in een driefasig ontwerp. Om zo'n omvormer aan te sturen, heeft de controller een DC-naar-driefasen-pulsomvormer (zie Fig. 7).

Afbeelding 7. DB-spanningsdiagrammen

Om uit te leggen hoe zo'n klepmotor werkt, moet men zowel figuur 4 als figuur 7 beschouwen, waar alle fasen van de aandrijving achtereenvolgens worden getoond. Laten we ze opschrijven:

1. Een positieve impuls wordt toegepast op spoelen "A", terwijl een negatieve impuls wordt toegepast op "B", waardoor het anker zal bewegen. De sensoren registreren zijn beweging en geven een signaal voor de volgende commutatie.
2. Spoel "A" wordt losgekoppeld en een positieve puls gaat naar "C" ("B" blijft ongewijzigd), waarna een signaal wordt verzonden naar de volgende reeks pulsen.
3. Op "C" - positief, "A" - negatief.
4. Het paar "B" en "A" werken, die positieve en negatieve impulsen ontvangen.
5. Een positieve impuls wordt opnieuw toegepast op "B" en een negatieve impuls op "C".
6. Spoelen "A" worden ingeschakeld (+ wordt geleverd) en een negatieve puls wordt herhaald naar "C". Daarna wordt de cyclus herhaald.

Er zijn veel moeilijkheden in de schijnbare eenvoud van controle. Het is niet alleen nodig om de positie van het anker te volgen om de volgende reeks pulsen te produceren, maar ook om de snelheid te regelen door de stroom in de spoelen aan te passen. Bovendien moet u de meest optimale parameters voor acceleratie en vertraging selecteren. Het is ook de moeite waard om niet te vergeten dat de controller moet zijn uitgerust met een blok waarmee u de werking ervan kunt regelen. Het uiterlijk van zo'n multifunctioneel apparaat is te zien in figuur 8.

Rijst. 8. Multifunctionele borstelloze motorcontroller

Voor-en nadelen

Een elektrische borstelloze motor heeft veel voordelen, namelijk:

• De levensduur is aanzienlijk langer dan die van conventionele collector-tegenhangers.
• Hoge efficiëntie.
• Snelle instelling van maximale rotatiesnelheid.
• Het is krachtiger dan cd.
• Door de afwezigheid van vonken tijdens bedrijf kan de aandrijving worden gebruikt in brandgevaarlijke omstandigheden.
• Geen extra koeling nodig.
• Eenvoudige bediening.

Laten we nu eens kijken naar de nadelen. Een belangrijk nadeel dat het gebruik van databases beperkt, zijn de relatief hoge kosten (rekening houdend met de prijs van de driver). Een van de ongemakken is de onmogelijkheid om de database zonder stuurprogramma te gebruiken, zelfs niet voor een korte inschakeling, bijvoorbeeld om de bruikbaarheid te controleren. Problematische reparaties, vooral als terugspoelen nodig is.