Buatlah motor tanpa sikat. Motor tanpa sikat tiga fase. Memasang magnet baru pada rotor

Prinsip pengoperasian motor tanpa sikat DC(BKDP) telah dikenal sejak lama, dan motor brushless selalu menjadi alternatif menarik dibandingkan solusi tradisional. Meski begitu, serupa mobil listrik hanya ditemukan pada abad ke-21 aplikasi yang luas dalam teknologi. Faktor penentu penerapan secara luas adalah pengurangan biaya perangkat elektronik kendali penggerak BDKP.

Masalah dengan motor yang disikat

Pada tingkat mendasar, tugas setiap motor listrik adalah mengubah energi listrik ke mekanis. Ada dua fenomena fisik utama yang mendasari desain mesin listrik:

Motor didesain sedemikian rupa sehingga medan magnet yang tercipta pada masing-masing magnet selalu berinteraksi satu sama lain sehingga menimbulkan putaran rotor. Motor DC tradisional terdiri dari empat bagian utama:

• stator (elemen stasioner dengan cincin magnet);
• angker (elemen berputar dengan belitan);
• sikat karbon;
• pengumpul.

Desain ini menyediakan rotasi jangkar dan komutator pada poros yang sama relatif terhadap sikat stasioner. Arus mengalir dari sumber melalui sikat, diberi pegas untuk kontak yang baik, ke komutator, yang mendistribusikan listrik di antara belitan jangkar. Medan magnet yang diinduksi terakhir berinteraksi dengan magnet stator, yang menyebabkan stator berputar.

Kerugian utama motor tradisional adalah kontak mekanis pada sikat tidak dapat dicapai tanpa gesekan. Ketika kecepatan meningkat, masalahnya menjadi lebih besar. Unit kolektor akan aus seiring berjalannya waktu dan, selain itu, rentan terhadap percikan api serta mampu mengionisasi udara di sekitarnya. Jadi, meskipun sederhana dan biaya produksinya rendah, Motor listrik tersebut memiliki beberapa kelemahan yang tidak dapat diatasi:

• keausan sikat;
• kebisingan listrik akibat busur api;
• pembatasan kecepatan maksimum;
• kesulitan dengan mendinginkan elektromagnet yang berputar.

Munculnya teknologi prosesor dan transistor daya memungkinkan para perancang untuk meninggalkan unit switching mekanis dan mengubah peran rotor dan stator dalam motor listrik DC.

Prinsip pengoperasian BDKP

Pada motor listrik tanpa sikat, tidak seperti pendahulunya, peran komutator mekanis dilakukan oleh konverter elektronik. Hal ini memungkinkan penerapan sirkuit BDKP “dalam ke luar” - belitannya terletak di stator, sehingga menghilangkan kebutuhan akan kolektor.

Dengan kata lain, perbedaan mendasar utama antara motor klasik dan BDKP adalah bahwa alih-alih magnet stasioner dan kumparan berputar, BDKP terdiri dari belitan stasioner dan magnet berputar. Terlepas dari kenyataan bahwa peralihan itu sendiri terjadi dengan cara yang sama, implementasi fisiknya pada drive tanpa sikat jauh lebih kompleks.

Masalah utamanya adalah kontrol yang tepat dari motor brushless, yang melibatkan urutan dan frekuensi peralihan yang benar dari masing-masing bagian belitan. Masalah ini dapat dipecahkan secara konstruktif hanya jika posisi rotor saat ini dapat ditentukan secara terus menerus.

Data yang diperlukan untuk pemrosesan elektronik diperoleh dengan dua cara:

• mendeteksi posisi absolut poros;
• dengan mengukur tegangan induksi pada belitan stator.

Untuk menerapkan kendali dengan cara pertama, baik pasangan optik maupun sensor Hall dipasang secara tetap pada stator yang merespons fluks magnet rotor. Keuntungan utama dari sistem pengumpulan informasi tentang posisi poros tersebut adalah kinerjanya bahkan pada kecepatan yang sangat rendah dan saat diam.

Kontrol tanpa sensor memerlukan setidaknya putaran minimal rotor untuk mengevaluasi tegangan pada kumparan. Oleh karena itu, dalam desain seperti itu, suatu mode disediakan untuk menghidupkan mesin hingga kecepatan di mana tegangan pada belitan dapat diperkirakan, dan keadaan istirahat diuji menggunakan analisis pengaruh. medan magnet untuk menguji pulsa arus yang melewati kumparan.

Terlepas dari semua kesulitan desain di atas, motor brushless semakin populer karena kinerjanya dan serangkaian karakteristik yang tidak dapat diakses oleh motor brushed. Daftar singkat keunggulan utama BDKP dibandingkan klasik adalah sebagai berikut:

• tidak ada kehilangan energi mekanik akibat gesekan sikat;
• pengoperasian yang relatif senyap;
• kemudahan akselerasi dan deselerasi putaran karena inersia rotor yang rendah;
• kontrol rotasi presisi;
• kemungkinan mengatur pendinginan karena konduktivitas termal;
• kemampuan untuk bekerja dengan kecepatan tinggi;
• daya tahan dan keandalan.

Aplikasi dan Prospek Saat Ini

Ada banyak perangkat yang memerlukan peningkatan waktu aktif (uptime) sebagai hal yang sangat penting. Dalam hal peralatan seperti itu, penggunaan BDKP selalu dibenarkan, meskipun biayanya relatif tinggi. Ini bisa berupa pompa air dan bahan bakar, turbin pendingin untuk AC dan mesin, dll. Motor tanpa sikat digunakan di banyak model listrik kendaraan. Saat ini industri otomotif sudah mulai serius menaruh perhatian pada motor brushless.

BDKP ideal untuk drive kecil yang beroperasi kondisi sulit atau dengan presisi tinggi: pengumpan dan konveyor sabuk, robot industri, sistem penentuan posisi. Ada area di mana motor tanpa sikat mendominasi tanpa alternatif lain: hard drive, pompa, penggemar diam, kecil peralatan Rumah Tangga, drive CD/DVD. Ringan dan tinggi daya keluaran menjadikan BDKP juga sebagai basis produksi perkakas tangan modern tanpa kabel.

Dapat dikatakan bahwa kemajuan signifikan kini sedang dicapai di bidang penggerak listrik. Penurunan harga elektronik digital yang terus berlanjut telah memunculkan tren meluasnya penggunaan motor brushless dibandingkan motor tradisional.

Diterbitkan 04/11/2013

Perangkat Bersama (Inrunner, Outrunner)

Motor DC brushless terdiri dari rotor dengan magnet permanen dan stator dengan belitan. Ada dua jenis mesin: Pelari, dimana magnet rotor terletak di dalam stator dengan belitan, dan Orang yg lari cepat, di mana magnet terletak di luar dan berputar mengelilingi stator stasioner dengan belitan.

Skema Pelari biasanya digunakan untuk motor berkecepatan tinggi dengan jumlah kutub yang sedikit. Orang yg lari cepat jika perlu, dapatkan mesin torsi tinggi dengan kecepatan yang relatif rendah. Secara struktural, Inrunner lebih sederhana karena stator stasioner dapat berfungsi sebagai rumahan. Perangkat pengikat dapat dipasang padanya. Dalam kasus Outrunners, seluruh bagian luarnya berputar. Motor diikat menggunakan sumbu tetap atau bagian stator. Dalam kasus motor roda, pemasangan dilakukan pada sumbu tetap stator; kabel disalurkan ke stator melalui sumbu berongga.

Magnet dan kutub

Jumlah kutub pada rotornya genap. Bentuk magnet yang digunakan biasanya berbentuk persegi panjang. Magnet silinder lebih jarang digunakan. Mereka dipasang dengan tiang bergantian.

Jumlah magnet tidak selalu sesuai dengan jumlah kutub. Beberapa magnet dapat membentuk satu kutub:

Dalam hal ini 8 magnet membentuk 4 kutub. Besar kecilnya magnet tergantung pada geometri motor dan karakteristik motor. Semakin kuat magnet yang digunakan maka semakin tinggi pula torsi yang dihasilkan motor pada porosnya.

Magnet pada rotor dipasang menggunakan lem khusus. Desain dengan dudukan magnet kurang umum. Bahan rotor dapat bersifat konduktif secara magnetis (baja), konduktif non-magnetik (paduan aluminium, plastik, dll.), atau digabungkan.

Gulungan dan gigi

Penggulungan motor brushless tiga fase dilakukan kawat tembaga. Kawat dapat berupa inti tunggal atau terdiri dari beberapa kabel berinsulasi. Stator terbuat dari beberapa lembar baja konduktif magnetis yang dilipat menjadi satu.

Jumlah gigi stator harus dibagi dengan jumlah fasa. itu. untuk motor brushless tiga fasa jumlah gigi stator harus habis dibagi 3. Jumlah gigi stator bisa lebih besar atau lebih kecil dari jumlah kutub pada rotor. Misalnya ada motor dengan skema sebagai berikut: 9 gigi/12 magnet; 51 gigi/46 magnet.

Motor dengan stator 3 gigi sangat jarang digunakan. Karena hanya dua fase yang beroperasi pada waktu tertentu (ketika bintang dihidupkan), gaya magnet tidak bekerja secara merata pada rotor di seluruh keliling (lihat gambar).

Gaya yang bekerja pada rotor mencoba mendistorsinya, yang menyebabkan peningkatan getaran. Untuk menghilangkan efek ini, stator dibuat dengan jumlah gigi yang banyak, dan belitan didistribusikan ke seluruh gigi stator secara merata.

Dalam hal ini, gaya magnet yang bekerja pada rotor saling menghilangkan. Tidak ada ketidakseimbangan.

Pilihan untuk mendistribusikan belitan fasa pada gigi stator

Opsi belitan 9 gigi

Opsi belitan 12 gigi

Pada diagram di atas, jumlah gigi dipilih sedemikian rupa tidak hanya habis dibagi 3. Misalnya kapan 36 gigi bertanggung jawab 12 gigi per fase. 12 gigi dapat didistribusikan seperti ini:

Skema yang paling disukai adalah 6 kelompok 2 gigi.

Ada motor dengan 51 gigi di stator! 17 gigi per fase. 17 adalah bilangan prima, ia hanya habis dibagi oleh 1 dan dirinya sendiri. Bagaimana cara mendistribusikan belitan di antara gigi? Sayangnya, saya tidak dapat menemukan contoh atau teknik dalam literatur yang dapat membantu memecahkan masalah ini. Ternyata lilitannya didistribusikan sebagai berikut:

Mari kita pertimbangkan rangkaian belitan nyata.

Perhatikan bahwa belitan memiliki arah belitan yang berbeda pada gigi yang berbeda. Arah belitan yang berbeda ditunjukkan dengan huruf besar dan huruf kapital. Anda dapat membaca secara detail tentang desain belitan dalam literatur yang ditawarkan di akhir artikel.

Gulungan klasik dibuat dengan satu kawat untuk satu fase. Itu. semua belitan pada gigi satu fasa dihubungkan secara seri.

Gulungan gigi juga bisa disambung secara paralel.

Mungkin juga ada inklusi gabungan

Koneksi paralel dan gabungan memungkinkan untuk mengurangi induktansi belitan, yang menyebabkan peningkatan arus stator (dan karenanya daya) dan kecepatan putaran motor.

Kecepatan listrik dan nyata

Jika rotor motor mempunyai dua kutub, maka dengan satu putaran penuh medan magnet pada stator, rotor tersebut membuat satu putaran penuh. Dengan 4 kutub, memutar poros motor satu putaran penuh memerlukan dua putaran medan magnet pada stator. Semakin banyak jumlah kutub rotor maka semakin banyak pula putaran listrik yang diperlukan untuk memutar poros motor per putarannya. Misalnya, kita mempunyai 42 magnet pada rotornya. Untuk memutar rotor satu putaran diperlukan 42/2 = 21 putaran listrik. Properti ini dapat digunakan sebagai semacam peredam. Dengan memilih jumlah kutub yang dibutuhkan, Anda bisa mendapatkan motor dengan karakteristik kecepatan yang diinginkan. Selain itu, kita memerlukan pemahaman tentang proses ini di masa mendatang saat memilih parameter pengontrol.

Sensor posisi

Desain mesin tanpa sensor berbeda dari mesin dengan sensor hanya jika sensor tidak ada. Tidak ada perbedaan mendasar lainnya. Sensor posisi yang paling umum beroperasi berdasarkan efek Hall. Sensor bereaksi terhadap medan magnet; biasanya ditempatkan pada stator sehingga dipengaruhi oleh magnet rotor. Sudut antara sensor harus 120 derajat.

Ini mengacu pada derajat “listrik”. Itu. untuk motor multi kutub, susunan fisik sensornya dapat sebagai berikut:

Terkadang sensor terletak di luar mesin. Berikut salah satu contoh letak sensornya. Itu sebenarnya adalah mesin tanpa sensor. Jadi dengan cara yang sederhana itu dilengkapi dengan sensor aula.

Pada beberapa mesin, sensor dipasang pada perangkat khusus yang memungkinkan sensor dipindahkan dalam batas tertentu. Dengan menggunakan perangkat seperti itu, sudut waktunya diatur. Namun, jika mesin memerlukan gerakan mundur (rotasi ke arah berlawanan), rangkaian sensor kedua yang dikonfigurasi untuk gerakan mundur akan diperlukan. Karena pengaturan waktu tidak penting pada saat start dan kecepatan rendah, Anda dapat mengatur sensor ke titik nol, dan menyesuaikan sudut gerak maju secara terprogram saat mesin mulai berputar.

Karakteristik mesin utama

Setiap mesin dirancang untuk memenuhi persyaratan spesifik dan memiliki karakteristik utama sebagai berikut:

• Modus operasi untuk tujuan apa mesin tersebut dirancang: jangka panjang atau jangka pendek. Panjang mode operasi berarti mesin dapat bekerja berjam-jam. Mesin tersebut dirancang sedemikian rupa sehingga emisi panas ke lingkungan lebih tinggi dibandingkan emisi panas mesin itu sendiri. Dalam hal ini, itu tidak akan memanas. Contoh: ventilasi, eskalator atau penggerak konveyor. Jangka pendek – menyiratkan bahwa mesin akan dihidupkan dalam waktu singkat, selama waktu tersebut tidak ada waktu untuk melakukan pemanasan hingga suhu maksimum, diikuti dengan waktu yang lama, selama waktu tersebut mesin memiliki waktu untuk menjadi dingin. Contoh: penggerak elevator, alat cukur listrik, pengering rambut.
• Resistansi belitan motor. Hambatan belitan motor mempengaruhi efisiensi motor. Semakin rendah resistansinya, semakin tinggi efisiensinya. Dengan mengukur resistansi, Anda dapat mengetahui adanya hubungan pendek antar belitan pada belitan. Hambatan belitan motor adalah seperseribu ohm. Untuk mengukurnya diperlukan alat khusus atau teknik pengukuran khusus.
• Tegangan operasi maksimum. Tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh belitan stator. Tegangan maksimum terkait dengan parameter berikut.
• Kecepatan maksimum. Terkadang mereka tidak menunjukkan kecepatan maksimum, tapi Kv – jumlah putaran mesin per volt tanpa beban pada poros. Mengalikan indikator ini dengan tegangan maksimum, kita memperoleh putaran mesin maksimum tanpa beban pada poros.
• Arus maksimum. Arus belitan maksimum yang diijinkan. Sebagai aturan, waktu di mana motor dapat menahan arus yang ditentukan juga ditunjukkan. Batasan arus maksimum dikaitkan dengan kemungkinan panas berlebih pada belitan. Oleh karena itu, pada suhu rendah lingkungan waktu nyata Akan ada lebih banyak pekerjaan dengan arus maksimum, dan dalam cuaca panas mesin akan terbakar lebih awal.
• Tenaga mesin maksimum. Terkait langsung dengan parameter sebelumnya. Ini adalah tenaga puncak yang dapat dihasilkan mesin dalam waktu singkat, biasanya beberapa detik. Pada pekerjaan yang panjang Pada tenaga maksimum, mesin menjadi terlalu panas dan rusak tidak dapat dihindari.
• Nilai daya. Tenaga yang dapat dihasilkan mesin sepanjang waktu dihidupkan.
• Sudut gerak maju fase (waktu). Belitan stator memiliki beberapa induktansi, yang memperlambat pertumbuhan arus dalam belitan. Arus akan mencapai maksimum setelah beberapa waktu. Untuk mengkompensasi penundaan ini, peralihan fasa dilakukan dengan sedikit kemajuan. Mirip dengan pengapian pada mesin pembakaran dalam, dimana waktu pengapian diatur dengan memperhatikan waktu penyalaan bahan bakar.

Anda juga harus memperhatikan fakta bahwa pada beban terukur Anda tidak akan mendapatkan kecepatan maksimum pada poros motor. Kv diindikasikan untuk mesin tanpa muatan. Saat menyalakan mesin dari baterai, kita harus memperhitungkan “melorot” tegangan suplai di bawah beban, yang pada gilirannya juga akan mengurangi kecepatan mesin maksimum.

Artikel ini menjelaskan secara rinci proses memutar ulang motor listrik brushless di rumah. Pada pandangan pertama, proses ini mungkin tampak melelahkan dan memakan waktu, tetapi jika Anda mengetahuinya, memundurkan motor saja akan memakan waktu tidak lebih dari satu jam.
Mesin terjebak saat mundur

Bahan:
- Kawat (0,3 mm)
- Pernis
- Penyusutan panas (2 mm dan 5 mm)

Peralatan:
- Gunting
- Pemotong kawat
- Besi solder
- Solder dan asam
- Amplas (kikir jarum)
- Lebih ringan

Langkah 1. Mempersiapkan motor dan kabel.

Lepaskan dari poros motor kunci mesin cuci dan lepaskan statornya.

Kami melepaskan belitan lama dari stator. Saya sarankan menghitung jumlah putaran pada satu gigi. Diameter kawat lama dapat diketahui dengan melilitkan 10 lilitan pada pensil, mengukur lebar lilitan tersebut dengan penggaris dan membaginya dengan 10.

Kami dengan hati-hati memeriksa gigi stator untuk mengetahui adanya lecet pada enamel pelindung. Jika perlu, lapisi dengan pernis (Anda bahkan bisa menggunakan cat kuku).

Kami memberi nomor pada gigi stator dengan spidol atau spidol untuk cakram agar tidak membingungkan dan tidak melilitkan kawat pada gigi yang salah.

DI DALAM dalam hal ini sebuah kawat dengan diameter 0,3 mm akan dililitkan menjadi dua helai dengan 16 putaran per gigi. Ini kira-kira 50 cm kawat yang dilipat dua per gigi + 20 cm untuk kabelnya.

Karena satu kawat dililitkan pada 4 gigi dengan dua kabel, dan hanya ada 12 gigi, maka diperlukan tiga kabel ganda yang panjangnya sekitar 2,5 meter. Lebih baik memiliki cadangan daripada tidak mempunyai cukup beberapa putaran untuk gigi terakhir.

Langkah 2: Membungkus gigi stator.

Penggulungan akan dibagi menjadi tiga tahap, tergantung pada jumlah kabel. Agar terminal kabel tidak tersangkut, Anda dapat menandainya dengan potongan pita listrik atau pita perekat bertulisan.

Saya sengaja tidak melampirkan foto terpisah dari setiap gigi yang dibungkus - skema warna akan memberi tahu dan menunjukkan lebih banyak lagi.

Kawat #1:

Skema berliku

Sisakan sekitar 10 cm kawat untuk membuat timah (S1).
Kami melilitkan kawat pertama (oranye pada diagram) di sekitar gigi №2 searah jarum jam anak panah. Semakin padat dan halus putarannya, semakin banyak putaran yang muat pada gigi stator.
Setelah kita melilitkan 16 putaran, kita pasang kawat ke gigi №1 dan memutar berlawanan arah jarum jam anak panahnya juga 16 putaran.

№7 dan putar 16 putaran searah jarum jam anak panah.
№8 dan putar 16 putaran berlawanan arah jarum jam panah.
Sisakan kabel 10 cm untuk membuat terminal (E1), sisanya bisa dipotong.
Itu saja, kawat pertama dililitkan.

Kawat #2:

Skema berliku

Sisakan sekitar 10 cm kawat untuk membuat timah (S2).
Kami melilitkan 16 putaran kabel kedua (hijau pada diagram) ke gigi №6 searah jarum jam anak panah.
Kami memasang kawat ke gigi №5 dan putar 16 putaran berlawanan arah jarum jam panah.
Selanjutnya kita regangkan kawat ke gigi №11 dan putar 16 putaran searah jarum jam anak panah.
Lalu kami memasang kawat ke gigi №12 dan putar 16 putaran berlawanan arah jarum jam panah.
Sisakan kabel 10 cm untuk membuat terminal (E2), potong sisanya.
Kawat kedua dililit.

Kawat #3:

Skema berliku

Sisakan sekitar 10 cm kawat untuk membuat timah (S3).
Kami melilitkan 16 putaran kabel kedua (biru pada diagram) ke gigi №10 searah jarum jam anak panah.
Kami memasang kawat ke gigi №9 dan putar 16 putaran berlawanan arah jarum jam panah.
Selanjutnya kita regangkan kawat ke gigi №3 dan putar 16 putaran searah jarum jam anak panah.
Lalu kami memasang kawat ke gigi №4 dan putar 16 putaran berlawanan arah jarum jam panah.
Sisakan kabel 10 cm untuk membuat terminal (E3), potong sisanya.
Kawat ketiga terlilit.

Langkah 3. Menghubungkan kabel belitan.

Diagram koneksi

Pin S1 dan E2 (gigi №2 Dan №12 ) memelintir pangkal gigi, membuat ekor sepanjang 5-7 cm.
Demikian pula, kita memutar terminal S2 dan E3 (gigi №6 Dan №4 ), serta kesimpulan S3 dan E1 (gigi №10 Dan №8 )

Kami meregangkan panas tipis menyusut sepanjang keseluruhan dan ke bagian paling bawah ke terminal. Kemudian panaskan perlahan dengan korek api.

Kami merakit tiga terminal yang dihasilkan bersama-sama dan mengencangkannya dengan heat shrink dengan diameter lebih besar, juga merentangkannya ke bagian paling bawah.

Peralatan rumah tangga dan medis, pemodelan pesawat terbang, penggerak penutup pipa untuk pipa gas dan minyak - ini jauh dari kata efektif daftar lengkap area penerapan motor DC brushless (BD). Mari kita lihat desain dan prinsip pengoperasian aktuator elektromekanis ini untuk lebih memahami kelebihan dan kekurangannya.

Informasi umum, perangkat, ruang lingkup aplikasi

Salah satu alasan ketertarikan terhadap BD adalah meningkatnya kebutuhan akan motor mikro berkecepatan tinggi dengan penentuan posisi yang tepat. Struktur internal drive tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.

Beras. 2. Desain motor tanpa sikat

Seperti yang Anda lihat, desainnya terdiri dari rotor (angker) dan stator, yang pertama memiliki magnet permanen (atau beberapa magnet yang terletak di dalam urutan tertentu), dan yang kedua dilengkapi dengan kumparan (B) untuk menghasilkan medan magnet.

Patut dicatat bahwa mekanisme elektromagnetik ini dapat berupa angker internal (jenis desain ini dapat dilihat pada Gambar 2) atau eksternal (lihat Gambar 3).

Beras. 3. Desain lebih cepat

Oleh karena itu, setiap desain memiliki cakupan penerapan tertentu. Perangkat dengan armature internal memiliki kecepatan putaran yang tinggi, sehingga digunakan dalam sistem pendingin, sebagai pembangkit listrik untuk drone, dll. Aktuator rotor eksternal digunakan jika diperlukan pemosisian yang tepat dan ketahanan torsi (robotika, peralatan medis, mesin CNC, dll.).

Prinsip operasi

Berbeda dengan drive lain, seperti mesin asinkron AC, untuk pengoperasian DB, diperlukan pengontrol khusus yang menyalakan belitan sedemikian rupa sehingga vektor medan magnet jangkar dan stator saling ortogonal. Artinya, pada hakikatnya perangkat pengemudi mengatur torsi yang bekerja pada armature DB. Proses ini ditunjukkan dengan jelas pada Gambar 4.

Seperti yang Anda lihat, untuk setiap pergerakan jangkar perlu dilakukan pergantian tertentu pada belitan stator motor tipe brushless. Prinsip operasi ini tidak memungkinkan kontrol rotasi yang mulus, namun memungkinkan untuk mendapatkan momentum dengan cepat.

Perbedaan antara motor brushed dan brushless

Penggerak tipe kolektor berbeda dari BD fitur desain(lihat Gambar 5.), dan prinsip pengoperasian.

Beras. 5. A – motor dengan sikat, B – tanpa sikat

Mari kita pertimbangkan perbedaan desain. Dari Gambar 5 terlihat bahwa rotor (1 pada Gambar 5) dari mesin tipe komutator, tidak seperti mesin brushless, memiliki kumparan dengan rangkaian sederhana belitan, dan magnet permanen (biasanya dua) dipasang pada stator (2 pada Gambar 5). Selain itu, komutator dipasang pada poros, tempat sikat dihubungkan, memasok tegangan ke belitan jangkar.

Mari kita bicara secara singkat tentang prinsip pengoperasian mesin pengumpul. Ketika tegangan diterapkan ke salah satu kumparan, kumparan tersebut tereksitasi dan medan magnet terbentuk. Berinteraksi dengan magnet permanen, hal ini menyebabkan jangkar dan kolektor yang ditempatkan di atasnya berputar. Akibatnya, daya disuplai ke belitan lainnya dan siklus berulang.

Frekuensi putaran jangkar dengan desain ini secara langsung bergantung pada intensitas medan magnet, yang selanjutnya berbanding lurus dengan tegangan. Artinya, untuk menambah atau mengurangi kecepatan, cukup menambah atau mengurangi level daya. Dan untuk membalikkannya perlu mengganti polaritasnya. Metode pengendalian ini tidak memerlukan pengontrol khusus, karena pengontrol kecepatan dapat dibuat berdasarkan resistor variabel, dan saklar biasa akan berfungsi sebagai inverter.

Kita telah membahas fitur desain motor brushless di bagian sebelumnya. Seperti yang Anda ingat, menghubungkannya memerlukan pengontrol khusus, yang tanpanya mereka tidak akan berfungsi. Untuk alasan yang sama, mesin ini tidak dapat digunakan sebagai generator.

Perlu juga dicatat bahwa pada beberapa penggerak jenis ini, posisi rotor dipantau menggunakan sensor Hall untuk kontrol yang lebih efisien. Hal ini secara signifikan meningkatkan karakteristik motor brushless, namun meningkatkan biaya desain yang sudah mahal.

Bagaimana cara menghidupkan motor tanpa sikat?

Agar drive jenis ini berfungsi, Anda memerlukan pengontrol khusus (lihat Gambar 6). Tanpanya, peluncuran tidak mungkin dilakukan.

Beras. 6. Pengontrol motor tanpa sikat untuk pemodelan

Tidak ada gunanya merakit sendiri perangkat seperti itu; akan lebih murah dan lebih dapat diandalkan untuk membeli yang sudah jadi. Anda dapat memilihnya berdasarkan karakteristik driver saluran PWM berikut:

• Kekuatan arus maksimum yang diijinkan, karakteristik ini diberikan untuk pengoperasian normal perangkat. Cukup sering, pabrikan menunjukkan parameter ini dalam nama model (misalnya, Phoenix-18). Dalam beberapa kasus, nilai diberikan untuk mode puncak yang dapat dipertahankan pengontrol selama beberapa detik.
• Tegangan nominal maksimum untuk pengoperasian berkelanjutan.
• Resistansi sirkuit internal pengontrol.
• Kecepatan yang diizinkan ditunjukkan dalam rpm. Di luar nilai ini, pengontrol tidak akan mengizinkan peningkatan rotasi (pembatasan diterapkan pada tingkat perangkat lunak). Harap dicatat bahwa kecepatan selalu diberikan untuk penggerak dua kutub. Jika pasangan kutub lebih banyak, bagi nilainya dengan nomornya. Misalnya, angka 60000 rpm ditunjukkan, oleh karena itu, untuk motor 6 magnet, kecepatan putarannya adalah 60000/3=20000 prm.
• Frekuensi pulsa yang dihasilkan, untuk sebagian besar pengontrol, parameter ini berkisar antara 7 hingga 8 kHz; model yang lebih mahal memungkinkan Anda memprogram ulang parameter, meningkatkannya menjadi 16 atau 32 kHz.

Harap dicatat bahwa tiga karakteristik pertama menentukan kekuatan database.

Kontrol Motor Tanpa Sikat

Seperti disebutkan di atas, peralihan belitan penggerak dikontrol secara elektronik. Untuk menentukan kapan harus berpindah, pengemudi memantau posisi armature menggunakan sensor Hall. Jika penggerak tidak dilengkapi dengan detektor seperti itu, maka EMF balik yang terjadi pada kumparan stator yang tidak terhubung akan diperhitungkan. Pengontrol, yang pada dasarnya merupakan kompleks perangkat keras-perangkat lunak, memantau perubahan-perubahan ini dan menetapkan urutan peralihan.

Motor DC tanpa sikat tiga fase

Kebanyakan database diimplementasikan dalam desain tiga fase. Untuk mengontrol penggerak seperti itu, pengontrol memiliki konverter pulsa DC ke tiga fase (lihat Gambar 7).

Gambar 7. Diagram tegangan OBD

Untuk menjelaskan cara kerja motor katup, bersama dengan Gambar 7, Anda harus mempertimbangkan Gambar 4, yang secara bergantian menunjukkan semua tahapan pengoperasian penggerak. Mari kita tuliskan:

1. Impuls positif diberikan pada kumparan “A”, sedangkan impuls negatif diberikan pada kumparan “B”, akibatnya jangkar bergerak. Sensor akan merekam pergerakannya dan mengirimkan sinyal untuk peralihan berikutnya.
2. Kumparan “A” dimatikan, dan pulsa positif menuju ke “C” (“B” tetap tidak berubah), kemudian sinyal dikirim ke rangkaian pulsa berikutnya.
3. “C” positif, “A” negatif.
4. Sepasang karya “B” dan “A”, yang menerima impuls positif dan negatif.
5. Pulsa positif diterapkan kembali ke “B”, dan pulsa negatif ke “C”.
6. Kumparan “A” dihidupkan (+ disuplai) dan pulsa negatif pada “C” diulangi. Kemudian siklus itu berulang.

Ada banyak kesulitan dalam kesederhanaan kontrolnya. Penting tidak hanya untuk memantau posisi jangkar untuk menghasilkan rangkaian pulsa berikutnya, tetapi juga untuk mengontrol kecepatan putaran dengan mengatur arus dalam kumparan. Selain itu, Anda harus memilih parameter akselerasi dan pengereman yang paling optimal. Perlu juga diingat bahwa pengontrol harus dilengkapi dengan unit yang memungkinkan Anda mengontrol pengoperasiannya. Penampilan perangkat multifungsi tersebut dapat dilihat pada Gambar 8.

Beras. 8. Pengontrol kontrol motor tanpa sikat multifungsi

Keuntungan dan Kerugian

Motor brushless elektrik memiliki banyak keunggulan yaitu:

• Masa pakainya jauh lebih lama dibandingkan dengan kolektor konvensional.
• Efisiensi tinggi.
• Atur kecepatan putaran maksimum dengan cepat.
• Ini lebih kuat dari CD.
• Tidak adanya percikan api selama pengoperasian memungkinkan penggerak digunakan dalam kondisi berbahaya kebakaran.
• Tidak diperlukan pendinginan tambahan.
• Mudah digunakan.

Sekarang mari kita lihat kekurangannya. Kelemahan signifikan yang membatasi penggunaan database adalah biayanya yang relatif tinggi (termasuk harga driver). Di antara ketidaknyamanannya adalah ketidakmampuan untuk menggunakan database tanpa driver, bahkan untuk aktivasi jangka pendek, misalnya, untuk memeriksa fungsinya. Perbaikan bermasalah, terutama jika diperlukan penggulungan ulang.

Motor DC adalah motor listrik yang digerakkan oleh arus searah. Jika perlu, dapatkan mesin torsi tinggi dengan kecepatan relatif rendah. Secara struktural, Inrunner lebih sederhana karena stator stasioner dapat berfungsi sebagai rumahan. Perangkat pengikat dapat dipasang padanya. Dalam kasus Outrunners, seluruh bagian luarnya berputar. Motor diikat menggunakan sumbu tetap atau bagian stator. Dalam kasus roda motor, pengikatan dilakukan pada sumbu tetap stator; kabel disalurkan ke stator melalui sumbu berongga kurang dari 0,5 mm.

Motor AC disebut motor listrik yang digerakkan oleh arus bolak-balik. Jenis motor AC berikut ini ada:

Ada pula UKM (universal commutator motor) yang berfungsi beroperasi pada arus bolak-balik dan searah.

Jenis mesin lainnya adalah motor stepper dengan jumlah posisi rotor yang terbatas. Posisi tertentu dari rotor ditetapkan dengan menerapkan daya ke belitan terkait yang diperlukan. Ketika tegangan suplai dihilangkan dari satu belitan dan dipindahkan ke belitan lainnya, terjadi proses transisi ke posisi lain.

Motor AC ketika ditenagai melalui jaringan industri biasanya tidak mencapai kecepatan putaran lebih dari tiga ribu putaran per menit. Untuk alasan ini, jika perlu, dapatkan lebih banyak frekuensi tinggi Motor komutator digunakan, keunggulan tambahannya adalah ringan dan kompak dengan tetap mempertahankan daya yang dibutuhkan.

Terkadang mekanisme transmisi khusus yang disebut pengganda juga digunakan, yang mengubah parameter kinematik perangkat ke parameter yang diperlukan indikator teknis. Unit komutator terkadang memakan hingga setengah ruang dari keseluruhan mesin, sehingga motor listrik AC diperkecil ukurannya dan dibuat lebih ringan dengan menggunakan konverter frekuensi, dan terkadang dengan memiliki jaringan dengan peningkatan frekuensi hingga 400 Hz.

Masa pakai motor asinkron AC jauh lebih tinggi dibandingkan motor komutator. Hal ini ditentukan keadaan isolasi belitan dan bantalan. Motor sinkron, bila menggunakan inverter dan sensor posisi rotor, dianggap sebagai analog elektronik dari motor sikat klasik yang mendukung operasi melalui arus searah.

Motor DC tanpa sikat. Informasi umum dan desain perangkat

Motor DC tanpa sikat juga disebut motor DC tanpa sikat tiga fase. Ini adalah perangkat sinkron, prinsip operasinya didasarkan pada pengaturan frekuensi yang disinkronkan sendiri, yang karenanya vektor (berdasarkan posisi rotor) medan magnet stator dikontrol.

Pengontrol motor jenis ini sering kali ditenagai oleh tegangan konstan, itulah asal mula namanya. Dalam literatur teknis berbahasa Inggris, motor katup disebut PMSM atau BLDC.

Motor listrik brushless diciptakan terutama untuk mengoptimalkan tenaga motor DC apa pun umumnya. Tuntutan yang sangat tinggi diberikan pada aktuator perangkat semacam itu (terutama microdrive berkecepatan tinggi dengan pemosisian yang tepat).

Hal ini mungkin menyebabkan penggunaan perangkat arus searah tertentu, motor tiga fase tanpa sikat, juga disebut motor BLDC. Dalam desainnya, mereka hampir identik dengan motor AC sinkron, di mana perputaran rotor magnet terjadi pada stator laminasi konvensional dengan adanya belitan tiga fase, dan jumlah putaran bergantung pada tegangan dan beban stator. Berdasarkan koordinat rotor tertentu, belitan stator yang berbeda dialihkan.

Motor DC brushless dapat hidup tanpa sensor terpisah, namun terkadang ada pada rotor, seperti sensor Hall. Jika perangkat beroperasi tanpa sensor tambahan, maka belitan stator berfungsi sebagai elemen pengikat. Kemudian timbul arus akibat putaran magnet ketika rotor menginduksi EMF pada belitan stator.

Jika salah satu belitan dimatikan, sinyal yang diinduksi akan diukur dan diproses lebih lanjut, namun prinsip operasi ini tidak mungkin dilakukan tanpa profesor pemrosesan sinyal. Tetapi untuk membalikkan atau mengerem motor listrik seperti itu, rangkaian jembatan tidak diperlukan - cukup dengan mensuplai pulsa kontrol dalam urutan terbalik ke belitan stator.

Pada VD (switched motor) induktor berupa magnet permanen terletak pada rotor, dan belitan jangkar pada stator. Berdasarkan posisi rotornya, tegangan suplai semua belitan dihasilkan motor listrik. Ketika kolektor digunakan dalam desain seperti itu, fungsinya akan dilakukan oleh saklar semikonduktor di motor katup.

Perbedaan utama antara motor sinkron dan motor katup adalah sinkronisasi mandiri motor katup menggunakan DPR, yang menentukan kecepatan putaran proporsional rotor dan medan.

Paling sering, motor DC brushless digunakan di bidang berikut:

stator

Perangkat ini memiliki desain klasik dan menyerupai perangkat mesin asinkron. Termasuk inti belitan tembaga(diletakkan di sekeliling perimeter dalam alur), yang menentukan jumlah fase, dan rumahan. Biasanya fase sinus dan kosinus cukup untuk putaran dan penyalaan sendiri, namun motor katup sering kali dibuat dalam bentuk tiga fase atau bahkan empat fase.

Motor listrik dengan gaya gerak listrik terbalik dibedakan menjadi dua jenis berdasarkan jenis belitan pada belitan statornya:

• bentuk sinusoidal;
• bentuk trapesium.

Pada jenis motor yang sesuai, arus fasa listrik juga berubah sesuai dengan metode suplai, secara sinusoidal atau trapesium.

Rotor

Biasanya rotor terbuat dari magnet permanen dengan jumlah pasang kutub dari dua sampai delapan, yang bergantian dari utara ke selatan atau sebaliknya.

Magnet ferit dianggap yang paling umum dan termurah untuk membuat rotor, namun kelemahannya adalah tingkat induksi magnet yang rendah Oleh karena itu, bahan tersebut sekarang digantikan oleh perangkat yang terbuat dari paduan berbagai unsur tanah jarang, karena bahan tersebut dapat memberikan induksi magnet tingkat tinggi, yang pada gilirannya memungkinkan pengurangan ukuran rotor.

DPR

Sensor posisi rotor memberikan umpan balik. Berdasarkan prinsip pengoperasiannya, perangkat ini dibagi menjadi beberapa subtipe berikut:

• induktif;
• fotolistrik;
• Sensor efek hall.

Jenis yang terakhir mendapatkan popularitas paling besar karena sifatnya sifat hampir mutlak bebas inersia dan kemampuan untuk menghilangkan penundaan saluran umpan balik berdasarkan posisi rotor.

Sistem kendali

Sistem kontrol terdiri dari saklar daya, kadang-kadang juga dari thyristor atau transistor daya, termasuk gerbang terisolasi, yang mengarah ke rangkaian inverter arus atau inverter tegangan. Proses pengelolaan kunci ini paling sering diterapkan dengan menggunakan mikrokontroler, yang membutuhkan sejumlah besar operasi komputasi untuk mengendalikan mesin.

Prinsip operasi

Pengoperasian mesin adalah pengontrol mengalihkan sejumlah belitan stator sedemikian rupa sehingga vektor medan magnet rotor dan stator bersifat ortogonal. Menggunakan PWM (modulasi lebar pulsa) Pengontrol mengontrol arus yang mengalir melalui motor dan mengatur torsi yang diberikan pada rotor. Arah momen kerja ini ditentukan oleh tanda sudut antar vektor. Derajat kelistrikan digunakan dalam perhitungan.

Peralihan harus dilakukan sedemikian rupa sehingga F0 (fluks eksitasi rotor) dijaga konstan relatif terhadap fluks jangkar. Dengan interaksi eksitasi dan fluks jangkar tersebut, terbentuk torsi M, yang cenderung memutar rotor dan, secara paralel, memastikan kebetulan antara eksitasi dan fluks jangkar. Namun, saat rotor berputar, belitan yang berbeda dialihkan di bawah pengaruh sensor posisi rotor, sehingga fluks jangkar beralih ke langkah berikutnya.

Dalam situasi seperti ini, vektor yang dihasilkan bergeser dan menjadi stasioner terhadap aliran rotor, yang pada gilirannya menciptakan torsi yang diperlukan pada poros motor listrik.

Kontrol mesin

Pengontrol motor DC brushless mengatur torsi yang bekerja pada rotor dengan mengubah besarnya modulasi lebar pulsa. Peralihan dikendalikan dan dilakukan secara elektronik, tidak seperti motor DC sikat konvensional. Yang juga umum adalah sistem kontrol yang menerapkan modulasi lebar pulsa dan algoritma kontrol lebar pulsa untuk alur kerja.

Motor yang dikendalikan vektor memberikan jangkauan terluas yang diketahui untuk mengatur kecepatannya sendiri. Pengaturan kecepatan ini, serta menjaga hubungan fluks pada tingkat yang diperlukan, terjadi berkat konverter frekuensi.

Ciri pengaturan penggerak listrik berdasarkan pengendalian vektor adalah adanya koordinat yang dikendalikan. Mereka berada dalam sistem stasioner dan berubah menjadi berputar, menyoroti nilai konstanta yang sebanding dengan parameter vektor yang dikontrol, yang karenanya tindakan kontrol terbentuk, dan kemudian transisi terbalik.

Terlepas dari semua kelebihan sistem tersebut, namun juga disertai dengan kelemahan berupa kesulitan dalam mengontrol perangkat untuk mengatur kecepatan dalam rentang yang luas.

Keuntungan dan Kerugian

Saat ini di banyak industri, motor jenis ini banyak diminati, karena motor listrik DC brushless paling banyak menggabungkan semuanya kualitas terbaik tanpa kontak dan jenis motor lainnya.

Keuntungan yang tidak dapat disangkal dari motor katup adalah:

Meski signifikan poin positif, V motor DC tanpa sikat Ada juga beberapa kelemahan:

Berdasarkan hal di atas dan kurangnya pembangunan elektronik modern di kawasan ini, banyak yang masih menganggap perlu menggunakan motor asinkron konvensional dengan konverter frekuensi.

Motor DC tanpa sikat tiga fase

Motor jenis ini memiliki karakteristik yang sangat baik terutama jika dikendalikan oleh sensor posisi. Jika momen perlawanan bervariasi atau sama sekali tidak diketahui, dan juga jika perlu untuk dicapai torsi awal yang lebih tinggi kontrol sensor digunakan. Jika sensor tidak digunakan (biasanya pada kipas), kontrol memungkinkan Anda melakukannya tanpa komunikasi kabel.

Fitur mengendalikan motor brushless tiga fase tanpa sensor posisi:

Fitur Kontrol motor tanpa sikat tiga fase dengan sensor posisi menggunakan contoh sensor Hall:

Kesimpulan

Motor listrik DC brushless memiliki banyak keunggulan dan akan menjadi pilihan yang layak untuk digunakan baik oleh para spesialis maupun masyarakat awam.