Bešepetėlio variklio pervyniojimas iš lėktuvo modelio. "Brushless Motors" edukacinė programa ir dizainas Galingi varikliai be šepetėlių

Paskelbta 2013-04-11

Bendrinamas įrenginys („Inrunner“, „Outrunner“)

Bešepetį nuolatinės srovės variklį sudaro rotorius su nuolatiniais magnetais ir statorius su apvijomis. Yra dviejų tipų varikliai: Inrunner, kuriame rotoriaus magnetai yra statoriaus viduje su apvijomis, ir Aplenkėjas, kuriame magnetai yra išorėje ir sukasi aplink fiksuotą statorių su apvijomis.

schema Inrunner dažniausiai naudojami greitaeigiams varikliams su nedideliu polių skaičiumi. Aplenkėjas jei reikia, įsigykite didelio sukimo momento variklį su santykinai mažu greičiu. Struktūriškai „Inrunners“ yra paprastesni dėl to, kad stacionarus statorius gali tarnauti kaip korpusas. Prie jo galima montuoti tvirtinimo įtaisus. Outrunners atveju visa išorinė dalis sukasi. Variklis tvirtinamas fiksuota ašimi arba statoriaus dalimis. Variklio rato atveju tvirtinimas atliekamas stacionariai statoriaus ašiai, laidai į statorių vedami per tuščiavidurę ašį.

magnetai ir poliai

Rotoriaus polių skaičius yra lygus. Naudojamų magnetų forma dažniausiai yra stačiakampė. Cilindriniai magnetai naudojami rečiau. Jie montuojami su kintamaisiais poliais.

Magnetų skaičius ne visada atitinka polių skaičių. Keli magnetai gali sudaryti vieną polių:

Šiuo atveju 8 magnetai sudaro 4 polius. Magnetų dydis priklauso nuo variklio geometrijos ir variklio charakteristikų. Kuo stipresni naudojami magnetai, tuo didesnį jėgos momentą sukuria variklis ant veleno.

Magnetai ant rotoriaus tvirtinami specialiais klijais. Mažiau paplitę dizainai su magneto laikikliu. Rotoriaus medžiaga gali būti magnetiškai laidži (plienas), nelaidi magnetiškai (aliuminio lydiniai, plastikai ir kt.), kombinuota.

Apvijos ir dantys

Trifazio bešepetėlio variklio apvija atliekama varine viela. Viela gali būti viengyslė arba sudaryta iš kelių izoliuotų gyslų. Statorius pagamintas iš kelių kartu sulenktų magnetiškai laidžio plieno lakštų.

Statoriaus dantų skaičius turi būti padalintas iš fazių skaičiaus. tie. trifaziam varikliui be šepetėlių – statoriaus dantų skaičius turi dalytis iš 3. Statoriaus dantų skaičius gali būti didesnis arba mažesnis nei rotoriaus polių skaičius. Pavyzdžiui, yra varikliai su schemomis: 9 dantų / 12 magnetų; 51 dantis / 46 magnetai.

Variklis su 3 dantų statoriumi naudojamas itin retai. Kadangi bet kuriuo metu (kai įjungiama žvaigždute) veikia tik dvi fazės, magnetinės jėgos veikia rotorių netolygiai per visą perimetrą (žr. pav.).

Jėgos, veikiančios rotorių, bando jį iškreipti, o tai padidina vibraciją. Siekiant pašalinti šį efektą, statorius yra pagamintas su daugybe dantų, o apvija paskirstoma per visą statoriaus apskritimo dantis kuo tolygiau.

Tokiu atveju rotorių veikiančios magnetinės jėgos viena kitą panaikina. Nėra disbalanso.

Fazių apvijų paskirstymo pagal statoriaus dantis parinktys

Apvijos galimybė 9 dantims

Apvijos galimybė 12 dantų

Aukščiau pateiktose diagramose dantų skaičius parenkamas taip, kad jis dalijasi ne tik iš 3. Pavyzdžiui, kada 36 įskaityti dantys 12 dantys per fazę. 12 dantų gali būti paskirstyti taip:

Labiausiai pageidaujama schema yra 6 grupės po 2 dantis.

Egzistuoti variklis su 51 dantu ant statoriaus! 17 dantų per fazę. 17 yra pirminis skaičius, jis dalijasi tik iš 1 ir savęs. Kaip paskirstyti apviją per dantis? Deja, literatūroje neradau pavyzdžių ir metodų, kurie padėtų išspręsti šią problemą. Paaiškėjo, kad apvija buvo paskirstyta taip:

Apsvarstykite tikrą apvijos grandinę.

Atkreipkite dėmesį, kad skirtingų dantų apvija turi skirtingą vyniojimo kryptį. Skirtingos vyniojimo kryptys žymimos didžiosiomis ir didžiosiomis raidėmis. Išsamią informaciją apie apvijų konstrukciją galite rasti literatūroje, pateiktoje straipsnio pabaigoje.

Klasikinė apvija atliekama vienu laidu vienai fazei. Tie. visos apvijos ant vienos fazės dantų jungiamos nuosekliai.

Dantų apvijos taip pat gali būti sujungtos lygiagrečiai.

Taip pat gali būti kombinuotų inkliuzų

Lygiagretus ir kombinuotas sujungimas leidžia sumažinti apvijos induktyvumą, dėl kurio padidėja statoriaus srovė (taigi ir galia) ir variklio greitis.

Apyvartos elektrinis ir tikras

Jei variklio rotorius turi du polius, tada su vienu pilnu magnetinio lauko apsisukimu ant statoriaus rotorius padaro vieną pilną apsisukimą. Naudojant 4 polius, reikia dviejų statoriaus magnetinio lauko apsisukimų, kad variklio velenas būtų pasuktas vienu pilnu apsisukimu. Kuo didesnis rotoriaus polių skaičius, tuo daugiau elektros apsisukimų reikia variklio velenui pasukti vienu apsisukimu. Pavyzdžiui, ant rotoriaus turime 42 magnetus. Norint pasukti rotorių vienu apsisukimu, reikia 42/2 = 21 elektrinio apsisukimo. Ši savybė gali būti naudojama kaip tam tikras reduktorius. Pasirinkę reikiamą polių skaičių, galite gauti variklį su norimomis greičio charakteristikomis. Be to, šio proceso supratimas mums bus reikalingas ir ateityje, renkantis valdiklio parametrus.

Padėties jutikliai

Variklių be jutiklių konstrukcija skiriasi nuo variklių su jutikliais tik tuo atveju, jei pastarųjų nėra. Kitų esminių skirtumų nėra. Labiausiai paplitę padėties jutikliai, pagrįsti Hall efektu. Jutikliai reaguoja į magnetinį lauką, dažniausiai jie yra ant statoriaus taip, kad juos veikia rotoriaus magnetai. Kampas tarp jutiklių turi būti 120 laipsnių.

Reiškia „elektriniai“ laipsniai. Tie. kelių polių variklio fizinis jutiklių išdėstymas gali būti toks:

Kartais jutikliai yra už variklio ribų. Štai vienas jutiklių vietos pavyzdys. Tiesą sakant, tai buvo variklis be jutiklių. Tokiu paprastu būdu jame buvo įrengti salės jutikliai.

Kai kuriuose varikliuose jutikliai montuojami ant specialaus įrenginio, leidžiančio judinti jutiklius tam tikrose ribose. Tokio įrenginio pagalba nustatomas laikas. Tačiau jei variklį reikia pasukti atgal, reikės antrojo jutiklių rinkinio, nustatyto atbuline eiga. Kadangi užvedimo ir žemų sūkių metu laikas nėra labai svarbus, galite nustatyti jutiklius į nulinį tašką ir programiškai reguliuoti švino kampą, kai variklis pradeda suktis.

Pagrindinės variklio charakteristikos

Kiekvienas variklis yra apskaičiuotas pagal specifinius reikalavimus ir turi šias pagrindines charakteristikas:

• Darbo režimas kuriam variklis skirtas: ilgalaikis ar trumpalaikis. Ilgas darbo režimas reiškia, kad variklis gali veikti valandas. Tokie varikliai apskaičiuojami taip, kad šilumos perdavimas į aplinką būtų didesnis nei paties variklio šilumos išsiskyrimas. Tokiu atveju jis nesušils. Pavyzdys: ventiliacija, eskalatorius arba konvejerio pavara. Trumpalaikis - reiškia, kad variklis bus įjungtas trumpam laikui, per kurį jis nespės sušilti iki maksimalios temperatūros, o po to seka ilgas laikotarpis, per kurį variklis turi laiko atvėsti. Pavyzdys: lifto pavara, elektriniai skustuvai, plaukų džiovintuvai.
• Variklio apvijos varža. Variklio apvijos varža turi įtakos variklio efektyvumui. Kuo mažesnis pasipriešinimas, tuo didesnis efektyvumas. Išmatavę varžą, galite sužinoti, ar apvijoje yra perjungimo grandinė. Variklio apvijos varža yra tūkstantosios omų dalys. Norint jį išmatuoti, reikalingas specialus prietaisas arba speciali matavimo technika.
• Maksimali darbinė įtampa. Didžiausia įtampa, kurią gali atlaikyti statoriaus apvija. Didžiausia įtampa yra susijusi su šiuo parametru.
• Max RPM. Kartais jie nurodo ne maksimalų greitį, o kv- variklio apsisukimų skaičius vienam voltui be veleno apkrovos. Padauginus šį skaičių iš didžiausios įtampos, gauname didžiausią variklio sūkių skaičių be veleno apkrovos.
• Didžiausia srovė. Didžiausia leistina apvijos srovė. Paprastai taip pat nurodomas laikas, per kurį variklis gali atlaikyti nurodytą srovę. Didžiausias srovės apribojimas yra susijęs su galimu apvijos perkaitimu. Todėl esant žemai aplinkos temperatūrai realus veikimo laikas su maksimalia srove bus ilgesnis, o karštu oru variklis perdegs anksčiau.
• Maksimali variklio galia. Tiesiogiai susijęs su ankstesniu parametru. Tai didžiausia galia, kurią variklis gali išvystyti trumpą laiką, dažniausiai kelias sekundes. Ilgai dirbant maksimalia galia, variklio perkaitimas ir jo gedimas yra neišvengiami.
• Vardinė galia. Galia, kurią variklis gali išvystyti per visą įjungimo laiką.
• Fazės paleidimo kampas (laikas). Statoriaus apvija turi tam tikrą induktyvumą, dėl kurio sulėtėja srovės augimas apvijoje. Srovė po kurio laiko pasieks maksimumą. Siekiant kompensuoti šį delsą, fazių perjungimas atliekamas su tam tikru paankstumu. Panašiai kaip uždegimas vidaus degimo variklyje, kai uždegimo laikas nustatomas atsižvelgiant į degalų užsidegimo laiką.

Taip pat turėtumėte atkreipti dėmesį į tai, kad esant vardinei apkrovai jūs nepasieksite didžiausio variklio veleno greičio. kv nurodyta neapkrautam varikliui. Maitinant variklį iš akumuliatorių, reikia atsižvelgti į maitinimo įtampos „nugrimzimą“ esant apkrovai, o tai savo ruožtu sumažins ir maksimalų variklio sūkių skaičių.

Varikliai naudojami daugelyje technologijų sričių. Kad variklio rotorius suktųsi, reikalingas besisukantis magnetinis laukas. Įprastuose nuolatinės srovės varikliuose šis sukimasis atliekamas mechaniškai, naudojant šepečius, slenkančius ant komutatoriaus. Tai sukelia kibirkštis, be to, dėl šepečių trinties ir susidėvėjimo tokie varikliai reikalauja nuolatinės priežiūros.

Tobulėjant technologijoms, atsirado galimybė elektroniniu būdu generuoti besisukantį magnetinį lauką, kuris buvo įkūnytas bešepetiuose nuolatinės srovės varikliuose (BLDC).

Įrenginys ir veikimo principas

Pagrindiniai BDPT elementai yra šie:

• rotorius ant kurių pritvirtinti nuolatiniai magnetai;
• statorius ant kurio sumontuotos apvijos;
• elektroninis valdiklis.

Pagal konstrukciją toks variklis gali būti dviejų tipų:

su vidiniu rotoriaus (įėjimo) išdėstymu

su išoriniu rotoriaus išdėstymu (outrunner)

Pirmuoju atveju rotorius sukasi statoriaus viduje, o antruoju atveju rotorius sukasi aplink statorių.

einantis variklis naudojamas, kai reikia išgauti didelius sukimosi greičius. Šio variklio standartinė konstrukcija yra paprastesnė, todėl varikliui montuoti galima naudoti stacionarų statorių.

aplenkiamas variklis Tinka esant dideliam sukimo momentui esant žemam apsisukimų dažniui. Šiuo atveju variklis montuojamas naudojant fiksuotą ašį.

einantis variklis didelis apsukas, mažas sukimo momentas. aplenkiamas variklis- mažas greitis, didelis sukimo momentas.

BLDT polių skaičius gali būti skirtingas. Pagal polių skaičių galima spręsti apie kai kurias variklio charakteristikas. Pavyzdžiui, variklis su rotoriumi, turinčiu 2 polius, turi didesnį apsisukimų skaičių ir mažą sukimo momentą. Varikliai su daugiau polių turi didesnį sukimo momentą, bet mažesnį apsisukimų dažnį. Keičiant rotoriaus polių skaičių, galima keisti variklio apsisukimų skaičių. Taigi gamintojas, keisdamas variklio konstrukciją, gali pasirinkti reikiamus variklio parametrus sukimo momento ir sūkių skaičiaus atžvilgiu.

BDPT direktoratas

Greičio reguliatorius, išvaizda

Naudojamas bešepetėliu varikliui valdyti specialus valdiklis – variklio veleno greičio reguliatorius nuolatinė srovė. Jo užduotis yra generuoti ir tinkamu laiku tiekti reikiamą įtampą norimai apvijai. Įrenginių, maitinamų 220 V įtampa, valdiklis dažniausiai naudoja inverterio grandinę, kurioje 50 Hz dažnio srovė pirmiausia paverčiama nuolatinės srovės, o vėliau impulsų pločio moduliacijos (PWM) signalais. Statoriaus apvijų įtampai tiekti naudojami galingi elektroniniai bipolinių tranzistorių jungikliai ar kiti maitinimo elementai.

Variklio galia ir sūkių skaičius reguliuojamas keičiant impulsų darbo ciklą, taigi ir efektyvią įtampos, tiekiamos į variklio statoriaus apvijas, vertę.

Greičio reguliatoriaus schema. K1-K6 - klavišai D1-D3 - rotoriaus padėties jutikliai (Hall jutikliai)

Svarbus klausimas yra savalaikis elektroninių raktų prijungimas prie kiekvienos apvijos. Norėdami tai užtikrinti valdiklis turi nustatyti rotoriaus padėtį ir jo greitį. Norint gauti tokią informaciją, gali būti naudojami optiniai arba magnetiniai jutikliai (pvz. salės jutikliai), taip pat atvirkštinius magnetinius laukus.

Dažnesnis naudojimas salės jutikliai, kuris reaguoti į magnetinio lauko buvimą. Jutikliai ant statoriaus dedami taip, kad juos veiktų rotoriaus magnetinis laukas. Kai kuriais atvejais jutikliai įrengiami įrenginiuose, kurie leidžia keisti jutiklių padėtį ir atitinkamai reguliuoti laiką.

Rotoriaus greičio reguliatoriai yra labai jautrūs per jį praeinančios srovės kiekiui. Jei pasirinksite įkraunamą bateriją su didesne galia, reguliatorius perdegs! Pasirinkite tinkamą savybių derinį!

Privalumai ir trūkumai

Palyginti su įprastais varikliais, BLDC varikliai turi šiuos privalumus:

• didelis efektyvumas;
• didelio našumo;
• galimybė keisti greitį;
• jokių putojančių šepečių;
• nedideli garsai, tiek garso, tiek aukšto dažnio diapazonuose;
• patikimumas;
• gebėjimas atlaikyti sukimo momento perkrovas;
• puikiai dydžio ir galios santykis.

Variklis be šepetėlių yra labai efektyvus. Jis gali siekti 93-95%.

Didelis mechaninės DB dalies patikimumas paaiškinamas tuo, kad joje naudojami rutuliniai guoliai ir nėra šepečių. Nuolatinių magnetų išmagnetinimas vyksta gana lėtai, ypač jei jie pagaminti naudojant retųjų žemių elementus. Kai naudojamas srovės apsaugos valdiklyje, šio mazgo tarnavimo laikas yra gana ilgas. Tiesą sakant BLDC tarnavimo laikas gali būti nustatomas pagal rutulinių guolių tarnavimo laiką.

BDP trūkumai yra valdymo sistemos sudėtingumas ir didelė kaina.

Taikymas

BDTP taikymo sritis yra tokia:

• modelių kūrimas;
• vaistas;
• automobilių;
• Naftos ir dujų pramonė;
• Prietaisai;
• karinė įranga.

Naudojimas DB orlaivių modeliams suteikia didelį pranašumą galios ir matmenų atžvilgiu. Palyginus įprastą Speed-400 kolektoriaus variklį ir tos pačios klasės Astro Flight 020 BDTP, matyti, kad pirmojo tipo variklio efektyvumas yra 40-60%. Antrojo variklio efektyvumas tomis pačiomis sąlygomis gali siekti 95%. Taigi DB panaudojimas leidžia kone padvigubinti modelio galios dalies galią arba jo skrydžio laiką.

Dėl mažo triukšmo ir šildymo trūkumo eksploatacijos metu BLDC plačiai naudojami medicinoje, ypač odontologijoje.

Automobiliuose tokie varikliai naudojami stikliniai keltuvai, elektriniai valytuvai, žibintų plovikliai ir elektriniai sėdynių pakėlimo valdikliai.

Nėra komutatoriaus ir šepečio kibirkščių leidžia naudoti duomenų bazę kaip blokavimo įtaisų elementus naftos ir dujų pramonėje.

Kaip DB naudojimo buitiniuose prietaisuose pavyzdį galime paminėti skalbimo mašiną su tiesiogine LG būgno pavara. Ši įmonė naudoja Outrunner tipo BDTP. Ant variklio rotoriaus yra 12 magnetų, o ant statoriaus - 36 induktoriai, kurie yra suvynioti 1 mm skersmens viela ant magnetiškai laidžių plieninių šerdžių. Ritės jungiamos nuosekliai po 12 ritių vienoje fazėje. Kiekvienos fazės varža yra 12 omų. Holo jutiklis naudojamas kaip rotoriaus padėties jutiklis. Variklio rotorius pritvirtintas prie skalbimo mašinos vonelės.

Visur šis variklis naudojamas kompiuterių kietuosiuose diskuose, todėl jie yra kompaktiški, CD ir DVD įrenginiuose bei mikroelektroninių įrenginių aušinimo sistemose ir ne tik.

Kartu su mažos ir vidutinės galios DU, dideli BLDC vis dažniau naudojami sunkiosios paskirties, jūrų ir karinėje pramonėje.

Didelės galios duomenų bazės, sukurtos JAV kariniam jūrų laivynui. Pavyzdžiui, Powertec sukūrė 220 kW 2000 aps./min. CBTP. Variklio sukimo momentas siekia 1080 Nm.

Be šių sričių, DB naudojami projektuojant stakles, presus, plastiko apdirbimo linijas, taip pat vėjo energetikoje ir potvynio bangų energijos panaudojime.

Charakteristikos

Pagrindinės variklio charakteristikos:

• vardinė galia;
• maksimali galia;
• maksimali srovė;
• maksimali darbinė įtampa;
• Maksimalus greitis(arba Kv koeficientas);
• apvijos varža;
• švino kampas;
• darbo režimas;
• bendros svorio charakteristikos variklis.

Pagrindinis variklio rodiklis yra jo vardinė galia, tai yra galia, kurią variklis sukuria ilgą veikimo laiką.

Maksimali galia- tai galia, kurią variklis gali duoti trumpą laiką nesugriudamas. Pavyzdžiui, aukščiau minėtam Astro Flight 020 varikliui be šepetėlių jis yra 250 vatų.

Didžiausia srovė. Astro Flight 020 jis yra 25 A.

Maksimali darbinė įtampa- įtampa, kurią gali atlaikyti variklio apvijos. „Astro Flight 020“ yra nustatytas veikti nuo 6 V iki 12 V.

Maksimalus variklio greitis. Kartais pase nurodomas Kv koeficientas – variklio apsisukimų skaičius volte. Astro Flight 020 Kv = 2567 aps./min. Šiuo atveju maksimalų apsisukimų skaičių galima nustatyti padauginus šį koeficientą iš didžiausios darbinės įtampos.

Paprastai apvijos varža varikliams yra dešimtosios arba tūkstantosios omo dalys. Astro Flight 020 R= 0,07 omo. Šis pasipriešinimas turi įtakos BPDT efektyvumui.

švino kampas reiškia perjungimo įtampą ant apvijų. Tai siejama su indukciniu apvijų atsparumo pobūdžiu.

Veikimo būdas gali būti ilgalaikis arba trumpalaikis. Ilgai dirbant variklis gali veikti ilgai. Tuo pačiu metu jo sukurta šiluma visiškai išsisklaido ir neperkaista. Šiuo režimu varikliai veikia, pavyzdžiui, ventiliatoriuose, konvejeriuose ar eskalatoriuose. Momentinis režimas naudojamas tokiems įrenginiams kaip liftas, elektrinis skustuvas. Tokiais atvejais variklis veikia trumpai, o po to ilgai vėsta.

Variklio pase nurodyti jo matmenys ir svoris. Be to, pavyzdžiui, varikliams, skirtiems orlaivių modeliams, pateikiami tūpimo matmenys ir veleno skersmuo. Visų pirma pateikiamos šios „Astro Flight 020“ variklio specifikacijos:

• ilgis yra 1,75 colio;
• skersmuo yra 0,98 colio;
• veleno skersmuo yra 1/8";
• svoris yra 2,5 uncijos.

Išvados:

1. Modeliuojant, įvairiuose techniniuose gaminiuose, pramonėje ir gynybos technikoje naudojami BLDC, kuriuose elektronine grandine sukuriamas besisukantis magnetinis laukas.
2. Pagal savo konstrukciją BLDC gali būti su vidinio (inrunner) ir išorinio (outrunner) rotoriaus išdėstymu.
3. Palyginti su kitais varikliais, BLDC turi nemažai privalumų, iš kurių pagrindiniai yra šepečių ir kibirkščių nebuvimas, didelis efektyvumas ir didelis patikimumas.

Nuolatinės srovės variklis yra elektros variklis, maitinamas nuolatine srove. Jei reikia, įsigykite didelio sukimo momento variklį su santykinai mažu greičiu. Struktūriškai „Inrunners“ yra paprastesni dėl to, kad stacionarus statorius gali tarnauti kaip korpusas. Prie jo galima montuoti tvirtinimo įtaisus. Outrunners atveju visa išorinė dalis sukasi. Variklis tvirtinamas fiksuota ašimi arba statoriaus dalimis. Variklio rato atveju tvirtinimas atliekamas stacionariai statoriaus ašiai, laidai į statorių atvedami per tuščiavidurę ašį, kurios ilgis yra mažesnis nei 0,5 mm.

Kintamosios srovės variklis vadinamas elektros variklis, maitinamas kintamąja srove. Yra šie kintamosios srovės variklių tipai:

Taip pat yra UKD (universalus komutatoriaus variklis), turintis darbo režimo funkciją tiek kintamoje, tiek nuolatinėje srovėje.

Kitas variklio tipas yra žingsninis variklis su ribotu rotoriaus padėčių skaičiumi. Tam tikra nurodyta rotoriaus padėtis fiksuojama tiekiant maitinimą į reikiamas atitinkamas apvijas. Kai maitinimo įtampa pašalinama iš vienos apvijos ir perduodama kitoms, įvyksta perėjimo į kitą padėtį procesas.

Kintamosios srovės variklis, maitinamas iš komercinio tinklo, paprastai nepasiekia daugiau nei trys tūkstančiai apsisukimų per minutę greičiu. Dėl šios priežasties, kai reikia išgauti aukštesnius dažnius, naudojamas kolektoriaus variklis, kurio papildomi privalumai – lengvumas ir kompaktiškumas išlaikant reikiamą galią.

Kartais naudojamas ir specialus perdavimo mechanizmas, vadinamas multiplikatoriumi, kuris pakeičia įrenginio kinematinį parametrą į reikiamus techninius rodiklius. Kolektorių mazgai kartais užima iki pusės viso variklio vietos, todėl kintamosios srovės varikliai sumažinami ir jų svoris tampa lengvesnis, naudojant dažnio keitiklį, o kartais ir dėl tinklo, kurio dažnis padidintas iki iki. 400 Hz.

Bet kurio asinchroninio kintamosios srovės variklio resursas yra pastebimai didesnis nei kolektoriaus. Tai nulemta apvijų ir guolių izoliacijos būklė. Sinchroninis variklis, naudojant keitiklį ir rotoriaus padėties jutiklį, laikomas klasikinio kolektoriaus variklio elektroniniu analogu, kuris palaiko nuolatinės srovės veikimą.

DC variklis be šepetėlių. Bendra informacija ir prietaisas

Nuolatinės srovės variklis be šepetėlių taip pat vadinamas trifaziu varikliu be šepetėlių. Tai sinchroninis įrenginys, kurio veikimo principas pagrįstas savaime sinchronizuotu dažnio reguliavimu, dėl kurio valdomas statoriaus magnetinio lauko vektorius (pradedant nuo rotoriaus padėties).

Šio tipo variklių valdikliai dažnai maitinami nuolatine įtampa, taigi ir pavadinimas. Techninėje literatūroje anglų kalba variklis be šepetėlių vadinamas PMSM arba BLDC.

Variklis be šepetėlių buvo sukurtas pirmiausia siekiant optimizuoti bet koks nuolatinės srovės variklis apskritai. Tokio įrenginio pavarai buvo keliami labai aukšti reikalavimai (ypač didelės spartos mikro pavarai su tiksliu padėties nustatymu).

Galbūt dėl ​​to buvo pradėti naudoti tokie specifiniai nuolatinės srovės įrenginiai, bešepetėliai trifaziai varikliai, dar vadinami BLDT. Pagal savo konstrukciją jie yra beveik identiški kintamos srovės sinchroniniams varikliams, kur magnetinio rotoriaus sukimasis vyksta įprastame laminuotame statoriuje, esant trifazėms apvijoms, o apsisukimų skaičius priklauso nuo statoriaus įtampos ir apkrovų. Remiantis tam tikromis rotoriaus koordinatėmis, perjungiamos skirtingos statoriaus apvijos.

Bešepetėliai nuolatinės srovės varikliai gali egzistuoti be atskirų jutiklių, tačiau kartais jie yra ant rotoriaus, pavyzdžiui, Holo jutiklis. Jei prietaisas veikia be papildomo jutiklio, tada statoriaus apvijos veikia kaip tvirtinimo elementas. Tada srovė atsiranda dėl magneto sukimosi, kai rotorius indukuoja EML statoriaus apvijoje.

Jei viena iš apvijų yra išjungta, tada sukeltas signalas bus matuojamas ir toliau apdorojamas, tačiau toks veikimo principas neįmanomas be signalų apdorojimo profesoriaus. Tačiau norint atsukti ar stabdyti tokį elektros variklį, tilto grandinės nereikia - pakaks tiekti valdymo impulsus į statoriaus apvijas atvirkštine seka.

VD (perjungiamas variklis) nuolatinio magneto pavidalo induktorius yra ant rotoriaus, o armatūros apvija yra ant statoriaus. Atsižvelgiant į rotoriaus padėtį, susidaro visų apvijų maitinimo įtampa elektrinis variklis. Naudojant tokiose kolektoriaus konstrukcijose jo funkciją vožtuvo variklyje atliks puslaidininkinis jungiklis.

Pagrindinis skirtumas tarp sinchroninių ir bešepetėlių variklių yra pastarųjų savaiminis sinchronizavimas DPR pagalba, kuris lemia proporcingą rotoriaus ir lauko sukimosi dažnį.

Dažniausiai nuolatinės srovės variklis be šepetėlių naudojamas šiose srityse:

statorius

Šis įrenginys yra klasikinio dizaino ir primena tą patį asinchroninės mašinos įrenginį. Į kompoziciją įeina vario apvijos šerdis(paklotas aplink perimetrą į griovelius), kuris lemia fazių skaičių ir korpusą. Paprastai sukimuisi ir savaiminiam paleidimui pakanka sinuso ir kosinuso fazių, tačiau dažnai vožtuvo variklis daromas trifazis ir net keturių fazių.

Elektros varikliai su atvirkštine elektrovaros jėga pagal statoriaus apvijos ritės tipą skirstomi į du tipus:

• sinusoidinė forma;
• trapecijos formos.

Atitinkamų tipų varikliuose elektros fazinė srovė taip pat kinta pagal tiekimo būdą sinusiškai arba trapeciškai.

Rotorius

Paprastai rotorius yra pagamintas iš nuolatinių magnetų su nuo dviejų iki aštuonių polių porų, kurios savo ruožtu kinta iš šiaurės į pietus arba atvirkščiai.

Labiausiai paplitę ir pigiausi rotoriaus gamybai yra ferito magnetai, tačiau jų trūkumas yra žemas magnetinės indukcijos lygis, todėl įtaisai, pagaminti iš įvairių retųjų žemių elementų lydinių, dabar pakeičia šią medžiagą, nes jie gali užtikrinti aukštą magnetinės indukcijos lygį, o tai savo ruožtu leidžia sumažinti rotoriaus dydį.

DPR

Rotoriaus padėties jutiklis suteikia grįžtamąjį ryšį. Pagal veikimo principą prietaisas skirstomas į šiuos porūšius:

• indukcinis;
• fotoelektrinis;
• Holo efekto jutiklis.

Pastarasis tipas yra populiariausias dėl savo beveik absoliučios inercinės savybės ir galimybė atsikratyti grįžtamojo ryšio kanalų vėlavimo pagal rotoriaus padėtį.

Valdymo sistema

Valdymo sistema susideda iš galios jungiklių, kartais ir iš tiristorių arba galios tranzistorių, įskaitant izoliuotus užtvarus, vedančius į srovės keitiklį arba įtampos keitiklį. Dažniausiai įgyvendinamas šių raktų valdymo procesas naudojant mikrovaldiklį, kuriai norint valdyti variklį reikia atlikti daug skaičiavimo operacijų.

Veikimo principas

Variklio veikimas slypi tame, kad valdiklis perjungia tam tikrą skaičių statoriaus apvijų taip, kad rotoriaus ir statoriaus magnetinių laukų vektorius būtų statmenas. Su PWM (impulso pločio moduliacija) valdiklis valdo varikliu tekančią srovę ir reguliuoja sukimo momentą, veikiantį rotorių. Šio veikimo momento kryptis nustatoma pagal kampo tarp vektorių žymę. Skaičiuojant naudojami elektriniai laipsniai.

Perjungimas turi būti atliekamas taip, kad Ф0 (rotoriaus sužadinimo srautas) būtų pastovus armatūros srauto atžvilgiu. Kai toks sužadinimas ir armatūros srautas sąveikauja, susidaro sukimo momentas M, kuris linkęs sukti rotorių ir lygiagrečiai užtikrinti, kad sužadinimas ir armatūros srautas sutaptų. Tačiau rotoriaus sukimosi metu, veikiant rotoriaus padėties jutikliui, perjungiamos įvairios apvijos, dėl ko armatūros srautas pasisuka kito žingsnio link.

Esant tokiai situacijai, susidaręs vektorius pasislenka ir tampa nejudantis rotoriaus srauto atžvilgiu, o tai savo ruožtu sukuria reikiamą sukimo momentą ant variklio veleno.

Variklio valdymas

Bešepetėlio nuolatinės srovės elektros variklio valdiklis reguliuoja rotorių veikiantį momentą keisdamas impulso pločio moduliacijos reikšmę. Perjungimas valdomas ir atliekami elektroniniu būdu, skirtingai nuo įprasto šepečiu grįsto nuolatinės srovės variklio. Taip pat paplitusios valdymo sistemos, kurios diegia impulsų pločio moduliavimą ir impulsų pločio reguliavimo algoritmus darbo eigai.

Vektoriaus valdomi varikliai suteikia plačiausią žinomą savaiminio greičio reguliavimo diapazoną. Šio greičio reguliavimas, taip pat srauto jungties palaikymas reikiamame lygyje yra dėl dažnio keitiklio.

Elektrinės pavaros, pagrįstos vektoriniu valdymu, reguliavimo ypatybė yra valdomų koordinačių buvimas. Jie yra fiksuotoje sistemoje ir paverčiamas besisukančiomis, išryškinant pastovią reikšmę, proporcingą valdomiems vektoriaus parametrams, dėl kurių susidaro valdymo veiksmas, o vėliau – atvirkštinis perėjimas.

Nepaisant visų tokios sistemos pranašumų, ją taip pat lydi trūkumas, susijęs su įrenginio, skirto greičiui valdyti plačiu diapazonu, valdymo sudėtingumu.

Privalumai ir trūkumai

Šiais laikais daugelyje pramonės šakų šio tipo varikliai yra labai paklausūs, nes nuolatinės srovės variklis be šepetėlių apjungia beveik visas geriausias bekontakčių ir kitų tipų variklių savybes.

Neabejotini variklio be šepetėlių pranašumai yra šie:

Nepaisant reikšmingų teigiamų dalykų, DC variklis be šepetėlių taip pat turi keletą trūkumų:

Remiantis tuo, kas išdėstyta pirmiau, ir nepakankamai išvystyta šiuolaikinė elektronika regione, daugelis vis dar mano, kad tikslinga naudoti įprastą asinchroninį variklį su dažnio keitikliu.

Trifazis bešepetėlis nuolatinės srovės variklis

Šio tipo varikliai pasižymi puikiomis savybėmis, ypač valdant padėties jutikliais. Jeigu pasipriešinimo momentas kinta arba išvis nežinomas, o taip pat jeigu jį reikia pasiekti didesnis paleidimo momentas naudojamas jutiklio valdymas. Jei jutiklis nenaudojamas (dažniausiai ventiliatoriuose), valdymas pašalina laidinio ryšio poreikį.

Trifazio bešepetėlio variklio be padėties jutiklio valdymo ypatybės:

Valdymo funkcijos trifazis variklis be šepetėlių su padėties koduotuvu, naudojant Holo efekto jutiklio pavyzdį:

Išvada

Bešepetėlis nuolatinės srovės variklis turi daug privalumų ir bus vertas pasirinkimas tiek specialistui, tiek paprastam pasauliečiui.

Šiame straipsnyje išsamiai aprašomas elektrinio bešepetėlio variklio pervyniojimas namuose. Iš pirmo žvilgsnio šis procesas gali atrodyti varginantis ir ilgas, tačiau pažiūrėjus vienas variklio atsukimas užtruks ne ilgiau kaip valandą.
Variklis pateko po vėju

medžiagų:
- Viela (0,3 mm)
- Lakas
- Termiškai susitraukiantis (2 mm ir 5 mm)

Instrumentai:
- Žirklės
- Vielos pjaustytuvai
- lituoklis
- Lydmetalis ir rūgštis
- Švitrinis popierius (adatinė dildė)
- Lengvesnis

1 veiksmas. Variklio ir laido paruošimas.

Nuimame užrakto poveržlę nuo variklio veleno ir išimame statorių.

Kadangi vienas laidas suvyniotas ant 4 dantų su dviem laidais, o dantų yra tik 12, mums reikia trijų dvigubų maždaug 2,5 metro ilgio laidų. Geriau tegul būna su marža, nei neužtenka poros apsisukimų paskutiniam dantukui.

2 veiksmas. Statoriaus dantų apvija.

Apvija bus padalinta į tris etapus, atsižvelgiant į laidų skaičių. Kad nesusipainiotumėte laidų išvadose, galite juos pažymėti elektros juostos gabalėliais ar lopais su užrašais.

Sąmoningai nepridedu atskirų kiekvieno apvynioto danties nuotraukų – spalvų schemos pasakys ir parodys daug daugiau.

1 laidas:

Apvijos schema

2 laidas:

Apvijos schema

3 laidas:

Apvijos schema

3 veiksmas. Apvijų laidų prijungimas.

Sujungimo schema