Zverejnené 4.11.2014

Regulačný obvod

Obvod je konvenčne rozdelený na dve časti: ľavá je mikrokontrolér s logikou, pravá je výkonová časť. Výkonovú časť je možné upraviť pre prácu s motormi iného výkonu alebo s iným napájacím napätím.

Ovládač – ATMEGA168. Gurmáni si môžu povedať, že by stačilo ATMEGA88, A AT90PWM3- bolo by to „aspoň podľa Feng Shui“. Práve som vyrobil prvý regulátor „podľa Feng Shui“. Ak máte možnosť využiť AT90PWM3– bude to najvhodnejšia voľba. Ale pre moje predstavy bolo 8 kilobajtov pamäte absolútne málo. Použil som teda mikrokontrolér ATMEGA168.

Tento okruh bol určený ako skúšobná stolica. Na ktorom sa mal vytvoriť univerzálny, prispôsobiteľný regulátor pre prácu s rôznymi „kalibrmi“ bezkomutátorových motorov: so snímačmi aj bez snímačov polohy. V tomto článku popíšem obvod a princíp činnosti firmvéru regulátora na riadenie bezkomutátorových motorov s Hallovými snímačmi a bez nich.

Výživa

Napájanie obvodu je samostatné. Keďže kľúčové ovládače vyžadujú napájanie od 10V do 20V, používa sa napájanie 12V. Mikrokontrolér je napájaný cez DC-DC menič namontovaný na mikroobvode. Môžete použiť lineárny stabilizátor s výstupným napätím 5V. Predpokladá sa, že napätie VD môže byť od 12V a vyššie a je obmedzené možnosťami ovládača kľúča a samotných kľúčov.

PWM a signály pre kľúče

Pri východe OC0B(PD5) mikrokontrolér U1 generuje sa signál PWM. Ide to k vypínačom JP2, JP3. Pomocou týchto prepínačov môžete vybrať možnosť aplikácie PWM na klávesy (na horné, dolné alebo všetky klávesy). Na schéme je prepínač JP2 nastavte do polohy pre privádzanie signálu PWM do horných tlačidiel. Prepínač JP3 v diagrame je nastavený do polohy pre deaktiváciu dodávky PWM signálu do spodných tlačidiel. Nie je ťažké uhádnuť, že ak vypneme PWM na hornom a dolnom spínači, dostaneme na výstupe permanentnú „plnú rýchlosť vpred“, ktorá môže trhať motor alebo regulátor do koša. Pri ich prepínaní preto nezabudnite na hlavu. Ak takéto experimenty nepotrebujete – a viete, na ktoré prepínače PWM aplikujete a na ktoré nie, jednoducho nerobte prepínače. Po prepnutí PWM ide signál na vstupy logických prvkov „&“ ( U2, U3). Rovnaká logika prijíma 6 signálov z kolíkov mikrokontroléra PB0..PB5, čo sú riadiace signály pre 6 kláves. Takže logické brány ( U2, U3) superponovať signál PWM na riadiace signály. Ak ste si istí, že PWM použijete, povedzme, iba na spodné klávesy, potom nepotrebné prvky ( U2) môžu byť vylúčené z obvodu a príslušné signály z mikrokontroléra môžu byť privedené do kľúčových ovládačov. Tie. Do ovládačov horných kláves pôjdu signály priamo z mikrokontroléra a do spodných cez logické prvky.

Spätná väzba (ovládanie fázového napätia motora)

Fázové napätie motora W,V,U cez odporové rozdeľovače W – (R17, R25), V – (R18, R24), U – (R19, R23) prísť na vstup regulátora ADC0(PC0), ADC1(PC1), ADC2(PC2). Tieto kolíky sa používajú ako vstupy komparátora. (V príklade opísanom v AVR444.pdf od spoločnosti Atmel Nepoužívajú komparátory, ale merajú napätie pomocou ADC. Túto metódu som opustil, pretože čas konverzie ADC nebol vhodný na pohon vysokorýchlostných motorov). Odporové deliče sa vyberajú tak, aby napätie privádzané na vstup mikrokontroléra neprekročilo prípustnú hodnotu. V tomto prípade sú odpory 10K a 5K delené 3. To znamená. Pri napájaní motora 12V. budú dodané do mikrokontroléra 12V*5K/(10K+5K) = 4V. Referenčné napätie pre komparátor (vstup AIN1) je napájaný z polovice napájacieho napätia motora cez delič ( R5, R6, R7, R8). Upozorňujeme, že odpory ( R5, R6) sú v nominálnej hodnote rovnaké ako ( R17, R25), (R18, R24),(R19, ​​R23). Ďalej sa napätie zníži na polovicu pomocou deliča R7, R8, po ktorom ide do nohy AIN1 interný komparátor mikrokontroléra. Prepínač JP1 umožňuje prepnúť referenčné napätie na „stredné“ napätie generované odpormi ( R20, R21, R22). Toto sa robilo pre experimenty a neospravedlňovalo sa to. Ak to nie je potrebné, JP1, R20, R21, R22 možno vylúčiť zo schémy.

Hallove senzory

Keďže regulátor je univerzálny, musí prijímať signály z Hallových snímačov, ak je použitý motor so snímačmi. Predpokladá sa, že Hallove senzory sú diskrétneho typu SS41. Je možné použiť aj iné typy snímačov s diskrétnym výstupom. Signály z troch snímačov sú prijímané cez odpory R11, R12, R13 k vypínačom JP4, JP5, JP6. Rezistory R16, R15, R14 fungujú ako pull-up odpory. C7, C8, C9- filtračné kondenzátory. Prepínače JP4, JP5, JP6 je zvolený typ spätnej väzby k motoru. Okrem zmeny polohy prepínačov by ste v softvérových nastaveniach regulátora mali určiť vhodný typ motora ( Bezsenzorové alebo Senzorované).

Merania analógového signálu

Pri vchode ADC5(PC5) cez rozdeľovač R5, R6 Napájacie napätie motora je dodávané. Toto napätie je riadené mikrokontrolérom.

Pri vchode ADC3(PC3) Z aktuálneho snímača sa prijíma analógový signál. Snímač prúdu ACS756SA. Ide o prúdový snímač založený na Hallovom efekte. Výhodou tohto snímača je, že nepoužíva bočník, čiže má vnútorný odpor blízky nule, takže na ňom nedochádza k tvorbe tepla. Okrem toho je výstup snímača analógový v rozsahu 5V, takže je privádzaný na vstup ADC mikrokontroléra bez akejkoľvek konverzie, čo zjednodušuje obvod. Ak potrebujete snímač s väčším rozsahom merania prúdu, jednoducho vymeníte existujúci snímač za nový bez akejkoľvek zmeny obvodu.

Ak chcete použiť skrat s následným zosilňovacím a prispôsobovacím obvodom, urobte tak.

Nastavenie signálov

Signál nastavenia otáčok motora z potenciometra RV1 prichádza na vstup ADC4(PC4). Venujte pozornosť odporu R9– posunie signál v prípade prerušenia vodiča k potenciometru.

Okrem toho je tu vchod R.C. signál, ktorý je široko používaný v modeloch s diaľkovým ovládaním. Výber riadiaceho vstupu a jeho kalibrácia sa vykonáva v softvérových nastaveniach regulátora.

Rozhranie UART

Signály TX, RX slúžia na konfiguráciu regulátora a poskytujú informácie o stave regulátora - otáčky motora, prúd, napájacie napätie atď. Pre konfiguráciu ovládača ho môžete pripojiť k USB portu vášho počítača pomocou . Konfigurácia sa vykonáva prostredníctvom ľubovoľného terminálového programu. Napríklad: Hyperterminál alebo Tmel .

Iné

K dispozícii sú aj spätné kontakty - výstup mikrokontroléra PD3. Ak tieto kontakty zatvoríte pred naštartovaním motora, motor sa bude otáčať opačným smerom.

Na výstup je pripojená LED indikujúca stav regulátora PD4.

Silová časť

Použité kľúčové ovládače IR2101. Tento ovládač má jednu výhodu – nízku cenu. Vhodné pre slaboprúdové systémy, pre výkonné kľúče IR2101 bude slabý. Jeden driver ovláda dva “N” kanálové MOSFET tranzistory (horný a spodný). Potrebujeme tri takéto mikroobvody.

Kľúče je potrebné voliť v závislosti od maximálneho prúdu a napájacieho napätia motora (výberu kľúčov a ovládačov bude venovaný samostatný článok). Diagram ukazuje IR540, boli skutočne použité K3069. K3069 určený pre napätie 60V a prúd 75A. To je zjavne priveľa, ale dostal som ich zadarmo vo veľkom množstve (rovnaké šťastie prajem aj vám).

Kondenzátor C19 zapína paralelne s napájacou batériou. Čím väčšia je jeho kapacita, tým lepšie. Tento kondenzátor chráni batériu pred prúdovými nárazmi a kľúče pred výraznými poklesmi napätia. Pri absencii tohto kondenzátora máte zaručené minimálne problémy s kľúčmi. Ak pripojíte batériu priamo k VD– môže preskočiť iskra. Rezistor na potlačenie iskier R32 používa sa pri pripojení k napájacej batérii. Okamžite sa spojíme“ – "batérie, potom podávajte" + " kontaktovať Antispark. Prúd preteká cez odpor a plynule nabíja kondenzátor C19. Po niekoľkých sekundách pripojte kontakt batérie k VD. S napájaním 12V nemôžete robiť Antispark.

Možnosti firmvéru

• schopnosť ovládať motory so snímačmi a bez nich;
• pre bezsenzorový motor existujú tri typy spustenia: bez určenia počiatočnej polohy; s určením počiatočnej polohy; kombinované;
• nastavenie uhla predstihu fázy pre bezsenzorový motor v krokoch po 1 stupni;
• možnosť použiť jeden z dvoch hlavných vstupov: 1-analógový, 2-RC;
• kalibrácia vstupných signálov;
• spätný chod motora;
• nastavenie ovládača cez port UART a príjem dát z ovládača počas prevádzky (otáčky, prúd, napätie batérie);
• Frekvencia PWM 16,32 KHz.
• nastavenie úrovne signálu PWM na spustenie motora;
• Ovládanie napätia batérie. Dva prahy: limit a cutoff. Keď napätie batérie klesne na hraničnú hranicu, otáčky motora sa znížia. Pri poklese pod hraničný prah dôjde k úplnému zastaveniu;
• ovládanie prúdu motora. Dve prahové hodnoty: obmedzenie a obmedzenie;
• nastaviteľný tlmič návestidla;
• nastavenie Dead time for keys

Prevádzka regulátora

Inklúzia

Napájacie napätie regulátora a motora sú oddelené, takže môže vzniknúť otázka: v akom poradí použiť napätie. Odporúčam priviesť napätie do obvodu regulátora. Potom pripojte napájacie napätie motora. Aj keď s ďalšou sekvenciou neboli žiadne problémy. Pri súčasnom použití napätia teda neboli žiadne problémy.

Po zapnutí vydá motor 1 krátky signál (ak zvuk nie je vypnutý), LED sa rozsvieti a neustále svieti. Regulátor je pripravený na prevádzku.

Na spustenie motora je potrebné zvýšiť hodnotu príkazového signálu. Ak sa použije hlavný potenciometer, motor sa spustí, keď príkazové napätie dosiahne približne 0,14 V. V prípade potreby môžete kalibrovať vstupný signál, čo vám umožní použiť skoršie rozsahy ovládacích napätí. Predvolený tlmič signálu je nakonfigurovaný. Pri prudkom skoku v nastavenom signáli sa otáčky motora plynule zvýšia. Tlmič má asymetrickú charakteristiku. Reset rýchlosti nastane bez oneskorenia. V prípade potreby je možné klapku nastaviť alebo úplne vypnúť.

Spustiť

Bezsenzorový motor sa naštartuje s úrovňou štartovacieho napätia nastavenou v nastaveniach. V momente štartu nezáleží na polohe plynovej páky. Ak pokus o naštartovanie zlyhá, pokus o naštartovanie sa opakuje, kým sa motor nezačne normálne otáčať. Ak motor nemôže naštartovať do 2-3 sekúnd, mali by ste prestať skúšať, ubrať plyn a pokračovať v nastavovaní regulátora.

Ak sa motor zastaví alebo sa rotor mechanicky zasekne, spustí sa ochrana a regulátor sa pokúsi naštartovať motor.

Štartovanie motora pomocou Hallových snímačov sa tiež vykonáva pomocou nastavení štartovania motora. Tie. Ak dáte plný plyn na naštartovanie motora pomocou snímačov, regulátor dodá napätie uvedené v nastaveniach štartovania. A až potom, čo sa motor začne otáčať, použije sa plné napätie. Pre senzorový motor je to trochu nezvyčajné, pretože takéto motory sa primárne používajú ako trakčné motory a v tomto prípade môže byť dosiahnutie maximálneho krútiaceho momentu pri štarte ťažké. Tento regulátor má však vlastnosť, ktorá chráni motor a regulátor pred poruchou v dôsledku mechanického zaseknutia motora.

Počas prevádzky regulátor poskytuje údaje o otáčkach motora, prúde, napätí batérie cez port UART vo formáte:

E: minimálne napätie batérie: maximálne napätie batérie: maximálny prúd: otáčky motora (ot./min.) A: aktuálne napätie batérie: aktuálny prúd: aktuálne otáčky motora (ot./min.)

Údaje sa vydávajú v intervaloch približne 1 sekundy. Prenosová rýchlosť na porte 9600.

Nastavenie regulátora

Ak chcete nakonfigurovať ovládač, musí byť pripojený k počítaču pomocou . Prenosová rýchlosť na porte 9600.

Regulátor sa prepne do nastavovacieho režimu pri zapnutí regulátora, keď je signál nastavenia potenciometra väčší ako nula. Tie. Pre prepnutie regulátora do režimu nastavenia otočte gombíkom nastavovacieho potenciometra a potom zapnite regulátor. V termináli sa zobrazí výzva vo forme symbolu „ > “. Potom môžete zadávať príkazy.

Regulátor akceptuje nasledujúce príkazy (sada nastavení a príkazov sa môže líšiť v rôznych verziách firmvéru):

h– zobraziť zoznam príkazov;
? – výstup nastavení;
c– kalibrácia hnacieho signálu;
d– resetovanie nastavení na výrobné nastavenia.

tím" ? ” zobrazí v termináli zoznam všetkých dostupných nastavení a ich význam. Napríklad:

Motor.type=0 motor.magnets=12 motor.uhol=7 motor.start.type=0 motor.start.time=10 pwm=32 pwm.start=15 pwm.min=10 napäťový limit=128 napätie.cutoff =120 current.limit=200 current.cutoff=250 system.sound=1 system.input=0 system.damper=10 system.deadtime=1

Požadované nastavenie môžete zmeniť pomocou príkazu v nasledujúcom formáte:

<настройка>=<значение>

Napríklad:

pwm.start=15

Ak bol príkaz zadaný správne, nastavenie sa použije a uloží. Aktuálne nastavenia môžete skontrolovať po ich zmene príkazom “ ? “.

Merania analógových signálov (napätie, prúd) sa vykonávajú pomocou mikrokontroléra ADC. ADC pracuje v 8-bitovom režime. Presnosť merania je zámerne znížená, aby sa zabezpečila prijateľná rýchlosť konverzie analógového signálu. V súlade s tým regulátor vydáva všetky analógové hodnoty vo forme 8-bitového čísla, t.j. od 0 do 255.

Účel nastavení:

Zoznam nastavení, ich popis:

Parameter	Popis	Význam
typ motora	Typ motora	0-bezsenzorové; 1-Snímaný
motor.magnety	Počet magnetov v rotore motora. Používa sa len na výpočet otáčok motora.	0..255, ks.
motor.uhol	Uhol fázového posunu. Používa sa len pre bezsenzorové motory.	0..30 stupňov
typ.štartovania motora	Typ štartu. Používa sa len pre bezsenzorové motory.	0 - bez určenia polohy rotora; 1 - s určením polohy rotora; 2-kombinované;
čas.štartu motora	Doba spustenia.	0,255, ms
pwm	frekvencia PWM	16, 32, kHz
pwm.start	Hodnota PWM (%) pre štart motora.	0..50 %
pwm.min	Hodnota minimálnej hodnoty PWM (%), pri ktorej sa motor otáča.	0..30 %
napätie.limit	Napätie batérie, pri ktorom by sa malo obmedziť napájanie motora. Uvedené v údajoch ADC.	0..255*
napätie.odpojenie	Napätie batérie, pri ktorom by sa mal motor vypnúť. Uvedené v údajoch ADC.	0..255*
prúd.limit	Prúd, pri ktorom by mal byť výkon dodávaný do motora obmedzený. Uvedené v údajoch ADC.	0..255**
prúd.odrezanie	Prúd, pri ktorom by sa mal motor vypnúť. Uvedené v údajoch ADC.	0..255**
systém.zvuk	Zapnutie/vypnutie pípania motora	0-off; 1-na;
systém.vstup	Nastavovací signál	0-potenciometer; 1-RC signál;
systém.tlmič	Vstupné tlmenie	0..255, konvenčné jednotky
systém.deadtime	Hodnota mŕtveho času pre kľúče v mikrosekundách	0..2, us

* – číselná hodnota 8-bitového analógovo-digitálneho prevodníka.
Vypočítané pomocou vzorca: ADC = (U*R6/(R5+R6))*255/5
Kde: U– napätie vo voltoch; R5, R6– odpor deliacich odporov v Ohmoch.

Motory sa používajú v mnohých oblastiach techniky. Aby sa rotor motora mohol otáčať, musí byť prítomné rotujúce magnetické pole. V konvenčných jednosmerných motoroch sa toto otáčanie uskutočňuje mechanicky pomocou kief, ktoré sa posúvajú po komutátore. V tomto prípade dochádza k iskreniu a navyše v dôsledku trenia a opotrebovania kief takéto motory vyžadujú neustálu údržbu.

Vďaka pokroku v technológii bolo možné generovať rotačné magnetické pole elektronicky, čo bolo implementované v bezkomutátorových jednosmerných motoroch (BLDC motory).

Zariadenie a princíp činnosti

Hlavné prvky BDPT sú:

• rotor, na ktorom sú namontované permanentné magnety;
• stator, na ktorom sú inštalované vinutia;
• elektronický ovládač.

Podľa konštrukcie môže byť takýto motor dvoch typov:

s vnútorným usporiadaním rotora (inrunner)

s vonkajším usporiadaním rotora (outrunner)

V prvom prípade sa rotor otáča vo vnútri statora a v druhom prípade sa rotor otáča okolo statora.

Motor typu Inrunner používa sa, keď je potrebné dosiahnuť vysoké rýchlosti otáčania. Tento motor má jednoduchšiu štandardnú konštrukciu, ktorá umožňuje použitie pevného statora na montáž motora.

Motor typu Outrunner Vhodné na získanie vysokého krútiaceho momentu pri nízkych otáčkach. V tomto prípade je motor namontovaný pomocou pevnej osi.

Motor typu Inrunner- vysoká rýchlosť, nízky krútiaci moment. Motor typu Outrunner- nízka rýchlosť, vysoký krútiaci moment.

Počet pólov v BLDC môže byť rôzny. Podľa počtu pólov je možné posúdiť niektoré vlastnosti motora. Napríklad motor s rotorom s 2 pólmi má vyšší počet otáčok a nízky krútiaci moment. Motory so zvýšeným počtom pólov majú väčší krútiaci moment, ale menej otáčok. Zmenou počtu pólov rotora môžete zmeniť otáčky motora. Zmenou konštrukcie motora tak môže výrobca vybrať potrebné parametre motora z hľadiska krútiaceho momentu a otáčok.

Ovládanie BDPT

Regulátor rýchlosti, vzhľad

Používa sa na ovládanie bezkomutátorového motora špeciálny ovládač - regulátor otáčok hriadeľa motora priamy prúd. Jeho úlohou je v správnom čase vygenerovať a dodať požadované napätie do požadovaného vinutia. Regulátor pre zariadenia napájané zo siete 220 V najčastejšie využíva invertorový obvod, v ktorom sa prúd s frekvenciou 50 Hz premieňa najskôr na jednosmerný prúd, a potom na signály s pulznou šírkovou moduláciou (PWM). Na napájanie napájacieho napätia vinutia statora sa používajú výkonné elektronické spínače na bipolárnych tranzistoroch alebo iných výkonových prvkoch.

Výkon a otáčky motora sa nastavujú zmenou pracovného cyklu impulzov a následne aj efektívnou hodnotou napätia privádzaného do statorových vinutí motora.

Schematický diagram regulátora rýchlosti. K1-K6 - klávesy D1-D3 - snímače polohy rotora (Hallove snímače)

Dôležitou otázkou je včasné pripojenie elektronických kľúčov ku každému vinutiu. Aby ste to zabezpečili regulátor musí určiť polohu rotora a jeho otáčky. Na získanie takýchto informácií možno použiť optické alebo magnetické senzory (napr. Hallove senzory), ako aj reverzné magnetické polia.

Bežnejšie použitie Hallove senzory, ktorý reagovať na prítomnosť magnetického poľa. Snímače sú umiestnené na statore tak, aby boli ovplyvnené magnetickým poľom rotora. V niektorých prípadoch sú snímače inštalované v zariadeniach, ktoré umožňujú zmeniť polohu snímačov a podľa toho upraviť načasovanie.

Regulátory otáčok rotora sú veľmi citlivé na silu prúdu, ktorý ním prechádza. Ak zvolíte nabíjateľnú batériu s vyšším prúdovým výstupom, regulátor vyhorí! Vyberte si správnu kombináciu vlastností!

Výhody a nevýhody

V porovnaní s bežnými BLDC motormi majú nasledujúce výhody:

• vysoká účinnosť;
• vysoký výkon;
• možnosť zmeny rýchlosti otáčania;
• žiadne iskriace kefy;
• malé zvuky v audio aj vysokofrekvenčnom rozsahu;
• spoľahlivosť;
• schopnosť odolávať preťaženiu krútiaceho momentu;
• vynikajúce pomer rozmerov a výkonu.

Bezkomutátorový motor je vysoko účinný. Môže dosiahnuť 93-95%.

Vysoká spoľahlivosť mechanickej časti BD je vysvetlená skutočnosťou, že používa guľôčkové ložiská a neexistujú žiadne kefy. Demagnetizácia permanentných magnetov prebieha pomerne pomaly, najmä ak sú vyrobené s použitím prvkov vzácnych zemín. Pri použití v regulátore prúdovej ochrany je životnosť tejto jednotky pomerne dlhá. Vlastne Životnosť BLDC môže byť určená životnosťou guľôčkových ložísk.

Nevýhody BLDC sú zložitosť riadiaceho systému a vysoká cena.

Aplikácia

Oblasti použitia BDTP sú nasledovné:

• tvorba modelov;
• liek;
• automobilový priemysel;
• Ropný a plynárenský priemysel;
• Spotrebiče;
• vojenskej techniky.

Použitie Databáza modelov lietadiel poskytuje významnú výhodu v sile a veľkosti. Porovnanie bežného komutátorového motora typu Speed-400 a Astro Flight 020 BDTP rovnakej triedy ukazuje, že motor prvého typu má účinnosť 40-60 %. Účinnosť druhého motora za rovnakých podmienok môže dosiahnuť 95%. Použitie databázy teda umožňuje zvýšiť výkon výkonovej časti modelu alebo jeho letový čas takmer 2-krát.

Vďaka nízkej hlučnosti a žiadnemu zahrievaniu počas prevádzky sú BLDC široko používané v medicíne, najmä v zubnom lekárstve.

V automobiloch sa takéto motory používajú v zdvíhače okien, elektrické stierače čelného skla, ostrekovače svetlometov a elektrické ovládanie zdvíhania sedadiel.

Žiadne iskrenie z komutátora alebo kefy umožňuje použitie databáz ako prvkov uzamykacích zariadení v ropnom a plynárenskom priemysle.

Ako príklad využitia BD v domácich spotrebičoch môžeme uviesť práčku s priamym pohonom bubna od LG. Táto spoločnosť používa RDU typu Outrunner. Na rotore motora je 12 magnetov, na statore 36 tlmiviek, ktoré sú navinuté drôtom s priemerom 1 mm na jadrách z magneticky vodivej ocele. Cievky sú zapojené do série, 12 kusov na fázu. Odpor každej fázy je 12 ohmov. Hallov snímač sa používa ako snímač polohy rotora. Rotor motora je pripevnený k vani práčky.

Tento motor je široko používaný v pevných diskoch pre počítače, vďaka čomu sú kompaktné, v jednotkách CD a DVD a chladiacich systémoch pre mikroelektronické zariadenia a ďalšie.

Spolu s BD s malým a stredným výkonom sa veľké BLDC motory stále viac používajú v náročnom, námornom a vojenskom priemysle.

Pre americké námorníctvo sú vyvinuté vysokovýkonné databázy. Napríklad Powertec vyvinul 220 kW BDHP s rýchlosťou 2000 ot./min. Krútiaci moment motora dosahuje 1080 Nm.

Okrem týchto oblastí sa DB využívajú v projektoch obrábacích strojov, lisov, liniek na spracovanie plastov, ako aj vo veternej energii a využívaní energie prílivových vĺn.

Charakteristika

Hlavné vlastnosti motora:

• menovitý výkon;
• maximálny výkon;
• maximálny prúd;
• maximálne prevádzkové napätie;
• maximálna rýchlosť(alebo koeficient Kv);
• odpor vinutia;
• uhol predstihu;
• prevádzkový režim;
• celkové rozmery a hmotnostné charakteristiky motora.

Hlavným ukazovateľom motora je jeho menovitý výkon, to znamená výkon generovaný motorom počas dlhej doby prevádzky.

Maximálny výkon- to je výkon, ktorý dokáže motor dodať na krátky čas bez toho, aby sa pokazil. Napríklad pre bezkomutátorový motor Astro Flight 020 uvedený vyššie je to 250 W.

Maximálny prúd. Pre Astro Flight 020 je to 25 A.

Maximálne prevádzkové napätie– napätie, ktoré znesú vinutia motora. Pre Astro Flight 020 je rozsah prevádzkového napätia nastavený od 6 do 12 V.

Maximálne otáčky motora. Niekedy pas označuje koeficient Kv - počet otáčok motora na volt. Pre Astro let 020 Kv= 2567 r/V. V tomto prípade možno maximálnu rýchlosť určiť vynásobením tohto koeficientu maximálnym prevádzkovým napätím.

Zvyčajne odpor vinutia pre motory sú desatiny alebo tisíciny ohmu. Pre Astro Flight 020 R= 0,07 Ohm. Tento odpor ovplyvňuje účinnosť BLDC motora.

Uhol posunu predstavuje predstih spínacích napätí na vinutiach. Je spojená s indukčným charakterom odporu vinutia.

Prevádzkový režim môže byť dlhodobý alebo krátkodobý. V dlhodobom režime môže motor bežať dlhú dobu. Zároveň sa ním generované teplo úplne odvádza a neprehrieva sa. Motory pracujú v tomto režime napríklad vo ventilátoroch, dopravníkoch alebo eskalátoroch. Krátkodobý režim sa používa pre zariadenia ako výťah, elektrický holiaci strojček. V týchto prípadoch motor beží krátko a potom sa dlho ochladí.

Údaje o motore uvádzajú jeho rozmery a hmotnosť. Okrem toho sa napríklad pri motoroch určených pre modely lietadiel uvádzajú pristávacie rozmery a priemer hriadeľa. Pre motor Astro Flight 020 sú uvedené najmä tieto charakteristiky:

• dĺžka je 1,75";
• priemer je 0,98”;
• priemer hriadeľa je 1/8”;
• hmotnosť je 2,5 unce.

Závery:

1. V modelárstve, v rôznych technických produktoch, v priemysle a v obrannej technike sa používajú BLDC, v ktorých je rotačné magnetické pole generované elektronickým obvodom.
2. Podľa návrhu môžu mať motory BLDC vnútorné (inrunner) alebo vonkajšie (outrunner) usporiadanie rotora.
3. Oproti ostatným BLDC motorom majú množstvo výhod, medzi tie hlavné patrí absencia kief a iskrenia, vysoká účinnosť a vysoká spoľahlivosť.

Princíp činnosti bezkomutátorového jednosmerného motora (BCDC) je známy už veľmi dlho a bezkomutátorové motory boli vždy zaujímavou alternatívou k tradičným riešeniam. Napriek tomu takéto elektrické stroje našli široké uplatnenie v technológii až v 21. storočí. Rozhodujúcim faktorom pre plošnú implementáciu bolo niekoľkonásobné zlacnenie riadiacej elektroniky pohonu BDKP.

Problémy s kartáčovanými motormi

Na základnej úrovni je úlohou každého elektromotora premieňať elektrickú energiu na mechanickú energiu. Existujú dva hlavné fyzikálne javy, ktoré sú základom konštrukcie elektrických strojov:

Motor je navrhnutý tak, aby magnetické polia vytvorené na každom z magnetov vždy navzájom interagovali, čím sa rotor otáča. Tradičný jednosmerný motor pozostáva zo štyroch hlavných častí:

• stator (stacionárny prvok s prstencom magnetov);
• armatúra (rotačný prvok s vinutiami);
• uhlíkové kefy;
• zberateľ.

Táto konštrukcia umožňuje otáčanie kotvy a komutátora na rovnakom hriadeli vzhľadom na stacionárne kefy. Prúd prechádza zo zdroja cez kefky, odpružené pre dobrý kontakt, do komutátora, ktorý rozvádza elektrinu medzi vinutia kotvy. Magnetické pole indukované v ňom interaguje s magnetmi statora, čo spôsobuje rotáciu statora.

Hlavnou nevýhodou tradičného motora je, že mechanický kontakt na kefách nie je možné dosiahnuť bez trenia. So zvyšujúcou sa rýchlosťou sa problém stáva výraznejší. Kolektorová jednotka sa časom opotrebuje a navyše je náchylná na iskrenie a je schopná ionizovať okolitý vzduch. Preto, napriek jednoduchosti a nízkym nákladom na výrobu, Takéto elektromotory majú niektoré neprekonateľné nevýhody:

• opotrebovanie kefy;
• elektrický šum v dôsledku iskrenia;
• obmedzenie maximálnej rýchlosti;
• ťažkosti s chladením rotujúceho elektromagnetu.

Nástup procesorovej technológie a výkonových tranzistorov umožnil konštruktérom opustiť mechanickú spínaciu jednotku a zmeniť úlohu rotora a statora v jednosmernom elektromotore.

Princíp činnosti BDKP

V bezkomutátorovom elektromotore, na rozdiel od jeho predchodcu, plní úlohu mechanického komutátora elektronický menič. To umožňuje implementáciu obvodu BDKP „zvnútra von“ - jeho vinutia sú umiestnené na statore, čo eliminuje potrebu kolektora.

Inými slovami, hlavný zásadný rozdiel medzi klasickým motorom a BDKP je v tom, že namiesto stacionárnych magnetov a rotujúcich cievok, druhý pozostáva zo stacionárnych vinutí a rotujúcich magnetov. Napriek tomu, že samotné prepínanie prebieha podobným spôsobom, jeho fyzická implementácia v bezkomutátorových pohonoch je oveľa zložitejšia.

Hlavným problémom je presné ovládanie bezkomutátorového motora, čo zahŕňa správnu postupnosť a frekvenciu spínania jednotlivých sekcií vinutia. Tento problém je konštruktívne riešiteľný len vtedy, ak je možné priebežne zisťovať aktuálnu polohu rotora.

Potrebné údaje na elektronické spracovanie sa získavajú dvoma spôsobmi:

• detekcia absolútnej polohy hriadeľa;
• meraním napätia indukovaného vo vinutiach statora.

Na realizáciu riadenia prvým spôsobom sa najčastejšie používajú buď optické páry alebo Hallove snímače pevne namontované na statore, ktoré reagujú na magnetický tok rotora. Hlavnou výhodou takýchto systémov na zber informácií o polohe hriadeľa je ich výkon aj pri veľmi nízkych otáčkach a v pokoji.

Bezsenzorové riadenie vyžaduje aspoň minimálne natočenie rotora na vyhodnotenie napätia v cievkach. Preto je v takýchto konštrukciách poskytnutý režim na spustenie motora pri rýchlostiach, pri ktorých možno odhadnúť napätie na vinutí, a pokojový stav sa testuje analýzou vplyvu magnetického poľa na impulzy skúšobného prúdu prechádzajúce cievkami.

Napriek všetkým uvedeným konštrukčným ťažkostiam si bezkomutátorové motory získavajú čoraz väčšiu obľubu vďaka svojmu výkonu a súboru vlastností, ktoré sú pre kefované motory nedostupné. Krátky zoznam hlavných výhod BDKP oproti klasickým vyzerá takto:

• žiadna mechanická strata energie v dôsledku trenia kefy;
• pomerne tichý chod;
• jednoduchosť zrýchlenia a spomalenia otáčania v dôsledku nízkej zotrvačnosti rotora;
• presné ovládanie otáčania;
• možnosť organizácie chladenia v dôsledku tepelnej vodivosti;
• schopnosť pracovať pri vysokých rýchlostiach;
• trvanlivosť a spoľahlivosť.

Aktuálne aplikácie a vyhliadky

Existuje mnoho zariadení, pre ktoré je zvýšenie doby prevádzkyschopnosti kritické. V takýchto zariadeniach je použitie BDKP vždy opodstatnené, napriek ich relatívne vysokým nákladom. Môžu to byť vodné a palivové čerpadlá, chladiace turbíny pre klimatizácie a motory atď. Bezuhlíkové motory sa používajú v mnohých modeloch elektrických vozidiel. V súčasnosti automobilový priemysel vážne začal venovať pozornosť bezkomutátorovým motorom.

BDKP sú ideálne pre malé pohony pracujúce v ťažkých podmienkach alebo s vysokou presnosťou: podávače a pásové dopravníky, priemyselné roboty, polohovacie systémy. Sú oblasti, v ktorých bezkomutátorové motory dominujú bez alternatívy: pevné disky, čerpadlá, tiché ventilátory, malé domáce spotrebiče, CD/DVD mechaniky. Nízka hmotnosť a vysoký výkon tiež urobili z BDKP základ pre výrobu moderného akumulátorového ručného náradia.

Dá sa povedať, že v oblasti elektrických pohonov teraz dochádza k výraznému pokroku. Pokračujúci pokles cien digitálnej elektroniky vyvolal trend rozšíreného používania bezkomutátorových motorov namiesto tradičných.

Zverejnené 4.11.2013

Zdieľané zariadenie (Inrunner, Outrunner)

Bezkomutátorový jednosmerný motor pozostáva z rotora s permanentnými magnetmi a statora s vinutiami. Existujú dva typy motorov: Inrunner, v ktorom sú magnety rotora umiestnené vo vnútri statora s vinutiami, a Outrunner, v ktorom sú magnety umiestnené vonku a otáčajú sa okolo stacionárneho statora s vinutiami.

Schéma Inrunner zvyčajne sa používa pre vysokorýchlostné motory s malým počtom pólov. Outrunner v prípade potreby získajte motor s vysokým krútiacim momentom a relatívne nízkymi otáčkami. Konštrukčne sú Inrunners jednoduchšie vďaka tomu, že ako puzdro môže slúžiť stacionárny stator. Je možné naň namontovať upevňovacie zariadenia. V prípade Outrunnerov sa otáča celý exteriér. Motor je upevnený pomocou pevnej osi alebo statorových častí. V prípade kolesového motora sa montáž vykonáva na pevnú os statora, vodiče sú vedené k statoru cez dutú os.

Magnety a tyče

Počet pólov na rotore je párny. Tvar použitých magnetov je zvyčajne obdĺžnikový. Menej často sa používajú valcové magnety. Sú inštalované so striedajúcimi sa pólmi.

Počet magnetov nie vždy zodpovedá počtu pólov. Niekoľko magnetov môže tvoriť jeden pól:

V tomto prípade tvorí 8 magnetov 4 póly. Veľkosť magnetov závisí od geometrie motora a vlastností motora. Čím silnejšie sú použité magnety, tým vyšší je krútiaci moment vyvíjaný motorom na hriadeli.

Magnety na rotore sú upevnené pomocou špeciálneho lepidla. Menej časté sú prevedenia s držiakom magnetu. Materiál rotora môže byť magneticky vodivý (oceľ), nemagneticky vodivý (zliatiny hliníka, plasty atď.), alebo kombinovaný.

Vinutia a zuby

Vinutie trojfázového bezkomutátorového motora je vyrobené z medeného drôtu. Drôt môže byť jednožilový alebo pozostávať z niekoľkých izolovaných drôtov. Stator je vyrobený z niekoľkých plechov z magneticky vodivej ocele zložených dohromady.

Počet zubov statora sa musí vydeliť počtom fáz. tie. pre trojfázový bezkefový motor počet zubov statora musí byť deliteľné 3. Počet zubov statora môže byť väčší alebo menší ako počet pólov na rotore. Napríklad existujú motory s nasledujúcimi schémami: 9 zubov / 12 magnetov; 51 zubov/46 magnetov.

Motory s 3-zubovým statorom sa používajú extrémne zriedkavo. Keďže v danom čase fungujú iba dve fázy (pri zapnutí hviezdou), magnetické sily nepôsobia rovnomerne na rotor po celom obvode (pozri obrázok).

Sily pôsobiace na rotor sa ho snažia zdeformovať, čo vedie k zvýšeným vibráciám. Na elimináciu tohto efektu je stator vyrobený s veľkým počtom zubov a vinutie je rozložené po zuboch po celom obvode statora čo najrovnomernejšie.

V tomto prípade sa magnetické sily pôsobiace na rotor navzájom rušia. Neexistuje žiadna nerovnováha.

Možnosti distribúcie fázových vinutí cez zuby statora

Možnosť navíjania 9 zubov

Možnosť navíjania 12 zubov

Vo vyššie uvedených diagramoch je počet zubov zvolený tak, aby to nielen deliteľné 3. Napríklad kedy 36 zuby účtujú 12 zuby na fázu. 12 zubov je možné rozdeliť takto:

Najvýhodnejšia schéma je 6 skupín po 2 zuboch.

Existuje motor s 51 zubami na statore! 17 zubov na fázu. 17 je prvočíslo, je úplne deliteľné iba 1 a sebou samým. Ako rozdeliť vinutie medzi zuby? Žiaľ, v literatúre som nenašiel príklady alebo techniky, ktoré by pomohli vyriešiť tento problém. Ukázalo sa, že vinutie bolo rozdelené takto:

Zoberme si skutočný obvod vinutia.

Všimnite si, že vinutie má na rôznych zuboch rôzne smery vinutia. Rôzne smery vinutia sú označené veľkými a veľkými písmenami. Podrobne o konštrukcii vinutia si môžete prečítať v literatúre ponúkanej na konci článku.

Klasické vinutie je vyrobené s jedným drôtom pre jednu fázu. Tie. všetky vinutia na zuboch jednej fázy sú zapojené do série.

Vinutia zubov môžu byť tiež zapojené paralelne.

Môžu existovať aj kombinované inklúzie

Paralelné a kombinované pripojenie umožňuje znížiť indukčnosť vinutia, čo vedie k zvýšeniu prúdu statora (a teda výkonu) a rýchlosti otáčania motora.

Elektrická a skutočná rýchlosť

Ak má rotor motora dva póly, potom pri jednej plnej otáčke magnetického poľa na statore vykoná rotor jednu celú otáčku. Pri 4 póloch si otočenie hriadeľa motora o jednu celú otáčku vyžaduje dve otáčky magnetického poľa na statore. Čím väčší je počet pólov rotora, tým viac elektrických otáčok je potrebných na otočenie hriadeľa motora na otáčku. Napríklad na rotore máme 42 magnetov. Na otočenie rotora o jednu otáčku je potrebných 42/2 = 21 elektrických otáčok. Táto vlastnosť môže byť použitá ako druh redukcie. Výberom požadovaného počtu pólov môžete získať motor s požadovanými rýchlostnými charakteristikami. Okrem toho budeme v budúcnosti pri výbere parametrov regulátora potrebovať pochopenie tohto procesu.

Snímače polohy

Konštrukcia motorov bez snímačov sa líši od motorov so snímačmi iba v neprítomnosti snímačov. Iné zásadné rozdiely neexistujú. Najbežnejšie snímače polohy sú založené na Hallovom efekte. Senzory reagujú na magnetické pole, zvyčajne sú umiestnené na statore tak, aby na ne pôsobili magnety rotora. Uhol medzi snímačmi by mal byť 120 stupňov.

Toto sa vzťahuje na „elektrické“ stupne. Tie. pre viacpólový motor môže byť fyzické usporiadanie snímačov nasledovné:

Niekedy sú snímače umiestnené mimo motora. Tu je jeden príklad umiestnenia senzorov. Bol to vlastne bezsenzorový motor. Takýmto jednoduchým spôsobom bol vybavený hallovými senzormi.

Na niektorých motoroch sú snímače namontované na špeciálnom zariadení, ktoré umožňuje pohyb snímačov v určitých medziach. Pomocou takéhoto zariadenia sa nastavuje uhol časovania. Ak však motor vyžaduje spätný chod (otáčanie v opačnom smere), bude potrebná druhá sada snímačov nakonfigurovaných na spätný chod. Keďže načasovanie nie je pri štarte a nízkych rýchlostiach rozhodujúce, môžete nastaviť snímače na nulový bod a programovo nastaviť uhol predstihu, keď sa motor začne otáčať.

Hlavné charakteristiky motora

Každý motor je navrhnutý tak, aby spĺňal špecifické požiadavky a má tieto hlavné charakteristiky:

• Prevádzkový režim pre ktoré je motor určený: dlhodobý alebo krátkodobý. Dlhé prevádzkový režim znamená, že motor môže bežať hodiny. Takéto motory sú konštruované tak, že prenos tepla do okolia je vyšší ako uvoľňovanie tepla samotného motora. V tomto prípade sa nezohreje. Príklad: ventilácia, pohon eskalátorov alebo dopravníkov. Krátkodobý - znamená, že motor bude zapnutý na krátku dobu, počas ktorej sa nestihne zahriať na maximálnu teplotu, po ktorej nasleduje dlhá doba, počas ktorej má motor čas vychladnúť. Príklad: pohon výťahu, elektrické holiace strojčeky, sušiče vlasov.
• Odpor vinutia motora. Odpor vinutia motora ovplyvňuje účinnosť motora. Čím nižší je odpor, tým vyššia je účinnosť. Meraním odporu môžete zistiť prítomnosť medzizávitového skratu vo vinutí. Odpor vinutia motora je tisícina ohmu. Na jej meranie je potrebné špeciálne zariadenie alebo špeciálna meracia technika.
• Maximálne prevádzkové napätie. Maximálne napätie, ktoré môže vydržať vinutie statora. Maximálne napätie súvisí s nasledujúcim parametrom.
• Maximálna rýchlosť. Niekedy označujú nie maximálnu rýchlosť, ale Kv – počet otáčok motora na volt bez zaťaženia hriadeľa. Vynásobením tohto ukazovateľa maximálnym napätím získame maximálne otáčky motora bez zaťaženia hriadeľa.
• Maximálny prúd. Maximálny povolený prúd vinutia. Spravidla sa uvádza aj čas, počas ktorého motor vydrží stanovený prúd. Maximálne obmedzenie prúdu je spojené s možným prehriatím vinutia. Preto pri nízkych okolitých teplotách bude skutočný prevádzkový čas s maximálnym prúdom dlhší a v horúcom počasí motor skôr vyhorí.
• Maximálny výkon motora. Priamo súvisí s predchádzajúcim parametrom. Ide o maximálny výkon, ktorý dokáže motor vyprodukovať za krátky čas, zvyčajne niekoľko sekúnd. Pri dlhšej prevádzke na maximálny výkon je nevyhnutné prehriatie motora a jeho porucha.
• Menovitý výkon. Sila, ktorú dokáže motor vyvinúť počas celej doby zapnutia.
• Uhol fázového posunu (časovanie). Vinutie statora má určitú indukčnosť, ktorá spomaľuje rast prúdu vo vinutí. Prúd po určitom čase dosiahne maximum. Aby sa toto oneskorenie kompenzovalo, prepínanie fáz sa vykonáva s určitým predstihom. Podobne ako pri zapaľovaní v spaľovacom motore, kde je časovanie zapaľovania nastavené s prihliadnutím na čas vznietenia paliva.

Mali by ste tiež venovať pozornosť skutočnosti, že pri menovitom zaťažení nedosiahnete maximálne otáčky na hriadeli motora. Kv uvedené pre nezaťažený motor. Pri napájaní motora z batérií treba brať do úvahy „prepad“ napájacieho napätia pri zaťažení, čo následne zníži aj maximálne otáčky motora.