Faceți un motor fără perii. Motor trifazat fără perii. Instalarea de noi magneți în rotor

Principiul de funcționare al unui motor fără perii DC(BKDP) este cunoscut de foarte mult timp, iar motoarele fără perii au reprezentat întotdeauna o alternativă interesantă la soluțiile tradiționale. În ciuda acestui fapt, asemănător mașini electrice găsit abia în secolul XXI aplicare largăîn tehnologie. Factorul decisiv pentru implementarea pe scară largă a fost reducerea multiplă a costului electronicii de control al acționării BDKP.

Probleme cu motoarele cu perii

La un nivel fundamental, sarcina oricărui motor electric este de a converti energie electrica la mecanic. Există două fenomene fizice principale care stau la baza proiectării mașinilor electrice:

Motorul este proiectat în așa fel încât câmpurile magnetice create pe fiecare dintre magneți interacționează întotdeauna între ele, dând rotirea rotorului. Un motor de curent continuu tradițional este format din patru părți principale:

• stator (un element staționar cu un inel de magneți);
• armătură (element rotativ cu înfășurări);
• perii de cărbune;
• colector.

Acest design prevede rotirea armăturii și a comutatorului pe același arbore în raport cu periile staționare. Curentul trece de la sursă prin perii, încărcate cu arc pentru un bun contact, către comutator, care distribuie electricitatea între înfășurările armăturii. Câmpul magnetic indus în acesta din urmă interacționează cu magneții statori, ceea ce face ca statorul să se rotească.

Principalul dezavantaj al unui motor tradițional este că contactul mecanic pe perii nu poate fi realizat fără frecare. Pe măsură ce viteza crește, problema devine mai pronunțată. Unitatea de colectare se uzează în timp și, în plus, este predispusă la scântei și este capabilă să ionizeze aerul din jur. Astfel, în ciuda simplității și a costului scăzut de producție, Astfel de motoare electrice au câteva dezavantaje insurmontabile:

• uzura periei;
• zgomot electric datorat arcului electric;
• restricții de viteză maximă;
• dificultăți la răcirea unui electromagnet rotativ.

Apariția tehnologiei procesoarelor și a tranzistorilor de putere a permis proiectanților să abandoneze unitatea de comutare mecanică și să schimbe rolul rotorului și al statorului într-un motor electric de curent continuu.

Principiul de funcționare al BDKP

Într-un motor electric fără perii, spre deosebire de predecesorul său, rolul unui comutator mecanic este jucat de un convertor electronic. Acest lucru permite implementarea unui circuit BDKP „din interior” - înfășurările sale sunt situate pe stator, ceea ce elimină necesitatea unui colector.

Cu alte cuvinte, principala diferență fundamentală dintre un motor clasic și un BDKP este că, în loc de magneți staționari și bobine rotative, acestea din urmă constă din înfășurări staționare și magneți rotativi. În ciuda faptului că comutarea în sine are loc într-un mod similar, implementarea sa fizică în unitățile fără perii este mult mai complexă.

Problema principală este controlul precis al motorului fără perii, care implică succesiunea și frecvența corectă de comutare a secțiunilor individuale de înfășurare. Această problemă este rezolvabilă constructiv numai dacă este posibilă determinarea continuă a poziției curente a rotorului.

Datele necesare prelucrarii electronice se obtin in doua moduri:

• detectarea poziției absolute a arborelui;
• prin măsurarea tensiunii induse în înfăşurările statorului.

Pentru a implementa controlul în primul mod, fie perechi optice, fie senzori Hall montați fix pe stator care răspund la flux magnetic rotor. Principalul avantaj al unor astfel de sisteme de colectare a informațiilor despre poziția arborelui este performanța lor chiar și la viteze foarte mici și în repaus.

Controlul fără senzor necesită cel puțin o rotație minimă a rotorului pentru a evalua tensiunea din bobine. Prin urmare, în astfel de proiecte, este prevăzut un mod pentru pornirea motorului la turații la care poate fi estimată tensiunea de pe înfășurări, iar starea de repaus este testată folosind analiza influenței. câmp magnetic pentru a testa impulsurile de curent care trec prin bobine.

În ciuda tuturor dificultăților de proiectare enumerate, motoarele fără perii câștigă o popularitate din ce în ce mai mare datorită performanței lor și a unui set de caracteristici inaccesibile pentru motoarele cu perii. O scurtă listă a principalelor avantaje ale BDKP față de cele clasice arată astfel:

• nicio pierdere de energie mecanică din cauza frecării periei;
• funcționare relativ silențioasă;
• ușurința de accelerare și decelerare a rotației datorită inerției scăzute a rotorului;
• control de precizie a rotației;
• posibilitatea de a organiza racirea datorita conductibilitatii termice;
• capacitatea de a lucra la viteze mari;
• durabilitate si fiabilitate.

Aplicații și perspective curente

Există multe dispozitive pentru care creșterea timpului de funcționare este critică. În astfel de echipamente, utilizarea BDKP este întotdeauna justificată, în ciuda costului lor relativ ridicat. Acestea pot fi pompe de apă și combustibil, turbine de răcire pentru aparate de aer condiționat și motoare etc. Motoarele fără perii sunt folosite în multe modele electrice vehicule. În prezent, industria auto a început serios să acorde atenție motoarelor fără perii.

BDKP-urile sunt ideale pentru unitățile mici care operează conditii dificile sau cu mare precizie: alimentatoare și transportoare cu bandă, roboți industriali, sisteme de poziționare. Există zone în care motoarele fără perii domină fără alternativă: hard disk-uri, pompe, ventilatoare tăcute, mic aparate electrocasnice, unități CD/DVD. Greutate ușoară și mare putere de ieșire a făcut din BDKP și baza pentru producția de unelte de mână moderne fără fir.

Se poate spune că acum se fac progrese semnificative în domeniul acționărilor electrice. Scăderea continuă a prețurilor la electronicele digitale a dat naștere unei tendințe spre utilizarea pe scară largă a motoarelor fără perii în locul celor tradiționale.

Publicat 04.11.2013

Dispozitiv partajat (Inrunner, Outrunner)

Un motor de curent continuu fără perii este format dintr-un rotor cu magneți permanenți și un stator cu înfășurări. Există două tipuri de motoare: Inrunner, în care magneții rotorului sunt amplasați în interiorul statorului cu înfășurări și Câineghid, în care magneții sunt amplasați în exterior și se rotesc în jurul unui stator staționar cu înfășurări.

Sistem Inrunner folosit de obicei pentru motoare de mare viteză cu un număr mic de poli. Câineghid dacă este necesar, obțineți un motor cu cuplu mare și turații relativ mici. Din punct de vedere structural, Inrunner-urile sunt mai simple datorită faptului că un stator staționar poate servi drept carcasă. Pe el pot fi montate dispozitive de prindere. În cazul Outrunners, întregul exterior se rotește. Motorul este fixat folosind o axă fixă ​​sau piese statorice. În cazul unui motor de roată, montarea se realizează pe axa fixă ​​a statorului firele sunt conduse la stator prin axa tubulară.

Magneți și stâlpi

Numărul de poli de pe rotor este par. Forma magneților utilizați este de obicei dreptunghiulară. Magneții cilindrici sunt folosiți mai rar. Sunt instalate cu stalpi alternanți.

Numărul de magneți nu corespunde întotdeauna cu numărul de poli. Mai mulți magneți pot forma un pol:

În acest caz, 8 magneți formează 4 poli. Dimensiunea magneților depinde de geometria motorului și de caracteristicile motorului. Cu cât magneții folosiți sunt mai puternici, cu atât cuplul dezvoltat de motor pe arbore este mai mare.

Magneții de pe rotor sunt fixați cu adeziv special. Modelele cu un suport de magnet sunt mai puțin frecvente. Materialul rotorului poate fi conductiv magnetic (oțel), neconductiv magnetic (aliaje de aluminiu, materiale plastice etc.) sau combinat.

Înfășurări și dinți

Se realizează înfășurarea unui motor trifazat fără perii fir de cupru. Firul poate fi un singur conductor sau poate consta din mai multe fire izolate. Statorul este realizat din mai multe foi de oțel conductiv magnetic pliate împreună.

Numărul de dinți ai statorului trebuie împărțit la numărul de faze. aceste. pentru motor trifazat fără perii numărul de dinți ai statorului trebuie să fie divizibil cu 3. Numărul de dinți ai statorului poate fi mai mare sau mai mic decât numărul de poli de pe rotor. De exemplu, există motoare cu următoarele scheme: 9 dinți/12 magneți; 51 dinți/46 magneți.

Motoarele cu stator cu 3 dinți sunt folosite extrem de rar. Deoarece doar două faze funcționează la un moment dat (când sunt pornite de o stea), forțele magnetice nu acționează uniform asupra rotorului pe întreaga circumferință (vezi figura).

Forțele care acționează asupra rotorului încearcă să-l distorsioneze, ceea ce duce la creșterea vibrațiilor. Pentru a elimina acest efect, statorul este realizat cu un număr mare de dinți, iar înfășurarea este distribuită pe dinții întregii circumferințe a statorului cât mai uniform posibil.

În acest caz, forțele magnetice care acționează asupra rotorului se anulează reciproc. Nu există dezechilibru.

Opțiuni pentru distribuirea înfășurărilor de fază peste dinții statorului

Opțiune de înfășurare cu 9 dinți

Opțiune de înfășurare cu 12 dinți

În diagramele de mai sus, numărul de dinți este ales astfel încât acesta nu numai divizibil cu 3. De exemplu, când 36 dintii conteaza 12 dinți pe fază. 12 dinți pot fi distribuiți astfel:

Cea mai preferată schemă este 6 grupe de 2 dinți.

Există motor cu 51 de dinti pe stator! 17 dinți pe fază. 17 este un număr prim, este complet divizibil doar cu 1 și cu el însuși. Cum se distribuie înfășurarea între dinți? Din păcate, nu am putut găsi exemple sau tehnici în literatură care să ajute la rezolvarea acestei probleme. S-a dovedit că înfășurarea a fost distribuită după cum urmează:

Să luăm în considerare un circuit de înfășurare real.

Rețineți că înfășurarea are direcții de înfășurare diferite pe dinți diferiți. Diferitele direcții de înfășurare sunt indicate prin litere mari și majuscule. Puteți citi în detaliu despre designul înfășurărilor în literatura oferită la sfârșitul articolului.

Înfășurarea clasică este realizată cu un fir pentru o fază. Aceste. toate înfășurările de pe dinții unei faze sunt conectate în serie.

Înfășurările dinților pot fi, de asemenea, conectate în paralel.

Pot exista și incluziuni combinate

Conexiunea paralelă și combinată face posibilă reducerea inductanței înfășurării, ceea ce duce la o creștere a curentului statorului (și, prin urmare, a puterii) și a vitezei de rotație a motorului.

Viteza electrica si reala

Dacă rotorul motorului are doi poli, atunci cu o rotație completă a câmpului magnetic pe stator, rotorul face o rotație completă. Cu 4 poli, rotirea arborelui motorului cu o rotație completă necesită două rotații ale câmpului magnetic pe stator. Cu cât este mai mare numărul de poli ai rotorului, cu atât sunt necesare mai multe rotații electrice pentru a roti arborele motorului pe rotație. De exemplu, avem 42 de magneți pe rotor. Pentru a întoarce rotorul cu o rotație, sunt necesare 42/2 = 21 de rotații electrice. Această proprietate poate fi folosită ca un fel de reductor. Selectând numărul necesar de poli, puteți obține un motor cu caracteristicile de turație dorite. În plus, vom avea nevoie de o înțelegere a acestui proces în viitor atunci când alegem parametrii controlerului.

Senzori de poziție

Designul motoarelor fără senzori diferă de motoarele cu senzori numai în absența acestora din urmă. Nu există alte diferențe fundamentale. Cei mai obișnuiți senzori de poziție funcționează pe baza efectului Hall. Senzorii reacționează la un câmp magnetic, de obicei, sunt plasați pe stator astfel încât să fie afectați de magneții rotorului. Unghiul dintre senzori ar trebui să fie de 120 de grade.

Aceasta se referă la grade „electrice”. Aceste. pentru un motor multipolar, dispunerea fizică a senzorilor poate fi după cum urmează:

Uneori, senzorii sunt amplasați în afara motorului. Iată un exemplu de locație a senzorilor. Era de fapt un motor fără senzori. Aşa într-un mod simplu era echipat cu senzori de sală.

La unele motoare, senzorii sunt montați pe un dispozitiv special care permite deplasarea senzorilor în anumite limite. Folosind un astfel de dispozitiv, unghiul de sincronizare este setat. Cu toate acestea, dacă motorul necesită marșarier (rotire în sens opus), va fi necesar un al doilea set de senzori configurați pentru marșarier. Deoarece sincronizarea nu este critică la pornire și la viteze mici, puteți seta senzorii la punctul zero și puteți ajusta unghiul de avans în mod programat atunci când motorul începe să se rotească.

Principalele caracteristici ale motorului

Fiecare motor este proiectat pentru a satisface cerințe specifice și are următoarele caracteristici principale:

• Mod de operare pentru care este proiectat motorul: pe termen lung sau pe termen scurt. Lung modul de funcționare înseamnă că motorul poate funcționa ore întregi. Astfel de motoare sunt proiectate astfel încât emisia de căldură în mediu să fie mai mare decât emisia de căldură a motorului în sine. În acest caz, nu se va încălzi. Exemplu: ventilație, scară rulantă sau rulare transportoare. Pe termen scurt - implică faptul că motorul va fi pornit pentru o perioadă scurtă, timp în care nu va avea timp să se încălzească la temperatura maximă, urmată de o perioadă lungă, timp în care motorul are timp să se răcească. Exemplu: acționare a liftului, aparate de ras electric, uscătoare de păr.
• Rezistenta infasurarii motorului. Rezistența înfășurării motorului afectează eficiența motorului. Cu cât rezistența este mai mică, cu atât eficiența este mai mare. Măsurând rezistența, puteți afla prezența unui scurtcircuit între tururi în înfășurare. Rezistența înfășurării motorului este de miimi de ohm. Pentru a-l măsura, este necesar un dispozitiv special sau o tehnică specială de măsurare.
• Tensiune maximă de funcționare. Tensiunea maximă pe care o poate suporta înfășurarea statorului. Tensiunea maximă este legată de următorul parametru.
• Viteza maxima. Uneori ele indică nu viteza maximă, dar Kv – numărul de rotații ale motorului pe volt fără sarcină pe arbore. Înmulțind acest indicator cu tensiunea maximă, obținem turația maximă a motorului fără sarcină pe arbore.
• Curent maxim. Curentul maxim admisibil de înfășurare. De regulă, este indicat și timpul în care motorul poate rezista curentului specificat. Limitarea maximă a curentului este asociată cu o posibilă supraîncălzire a înfășurării. Prin urmare, la temperaturi scăzute mediu în timp real Se va lucra mai mult cu curentul maxim, iar pe vreme caldă motorul se va arde mai devreme.
• Puterea maximă a motorului. Direct legat de parametrul anterior. Aceasta este puterea de vârf pe care o poate produce motorul pentru o perioadă scurtă de timp, de obicei câteva secunde. La muncă îndelungată La putere maximă, supraîncălzirea și defecțiunea motorului sunt inevitabile.
• Putere nominală. Puterea pe care o poate dezvolta motorul pe parcursul întregului timp în care este pornit.
• Unghiul de avans al fazei (sincronizare). Înfășurarea statorului are o anumită inductanță, care încetinește creșterea curentului în înfășurare. Curentul va atinge maximul după ceva timp. Pentru a compensa această întârziere, comutarea de fază se realizează cu un anumit avans. Similar cu aprinderea într-un motor cu ardere internă, unde momentul de aprindere este stabilit ținând cont de timpul de aprindere al combustibilului.

De asemenea, ar trebui să acordați atenție faptului că la sarcina nominală nu veți obține viteza maximă pe arborele motorului. Kv indicat pentru un motor neîncărcat. Când alimentați motorul cu baterii, ar trebui să țineți cont de „scăderea” tensiunii de alimentare sub sarcină, care, la rândul său, va reduce și turația maximă a motorului.

Acest articol descrie în detaliu procesul de derulare a unui motor electric fără perii acasă. La prima vedere, acest proces poate părea laborios și consumator de timp, dar dacă vă dați seama, numai rebobinarea motorului nu va dura mai mult de o oră.
Motorul a fost prins în derulare înapoi

Materiale:
- Sârmă (0,3 mm)
- Lac
- Termocontractabil (2 mm si 5 mm)

Instrumente:
- Foarfece
- Dispozitive de tăiat sârmă
- Fier de lipit
- Lipire și acid
- Hârtie abrazivă (pilă cu ac)
- Brichetă

Pasul 1. Pregătirea motorului și a firului.

Scoateți de pe arborele motorului şaibă de blocareși scoateți statorul.

Desfacem vechea înfășurare de la stator. Recomand să numărați numărul de spire pe un dinte. Diametrul firului vechi poate fi găsit prin înfășurarea a 10 spire pe un creion, măsurând lățimea acestei înfășurări cu o riglă și împărțind la 10.

Examinăm cu atenție dinții statorului pentru abraziuni ale smalțului protector. Dacă este necesar, acoperiți-le cu lac (puteți folosi chiar și oja).

Numerotăm dinții statorului cu un pix sau un marker pentru discuri, pentru a nu încurca sau înfășura firul pe dinte greșit.

ÎN în acest caz, un fir cu diametrul de 0,3 mm va fi înfăşurat în două fire de 16 spire pe dinte. Este vorba de aproximativ 50 cm de sârmă pliată în jumătate pe dinte + 20 cm pentru cabluri.

Deoarece un fir se înfășoară pe 4 dinți cu două fire și sunt doar 12 dinți, avem nevoie de trei fire duble de aproximativ 2,5 metri lungime. Este mai bine să ai un dinte de rezervă decât să nu ai destule câteva ture pentru ultimul dinte.

Pasul 2: Înfășurarea dinților statorului.

Înfășurarea va fi împărțită în trei etape, în funcție de numărul de fire. Pentru a evita să te încurci în bornele firului, le poți marca cu bucăți de bandă electrică sau bandă adezivă cu inscripții.

Nu atașez în mod deliberat fotografii separate ale fiecărui dinte înfășurat - schemele de culori vor spune și vor arăta mult mai multe.

Firul #1:

Schema de înfăşurare

Lăsați aproximativ 10 cm de sârmă pentru a crea cablul (S1).
Înfășurăm primul fir (portocaliu în diagramă) în jurul dintelui №2 în sensul acelor de ceasornic săgeată. Cu cât spirele sunt mai dense și mai fine, cu atât se vor potrivi mai multe spire pe dinții statorului.
După ce am înfășurat 16 spire, punem firul pe dinte №1 și mulinetă în sens invers acelor de ceasornic săgețile sunt tot 16 ture.

№7 și vântul 16 spire în sensul acelor de ceasornic săgeată.
№8 și vântul 16 spire în sens invers acelor de ceasornic săgeți.
Lăsați 10 cm de sârmă pentru a crea borna (E1), restul poate fi tăiat.
Gata, primul fir este înfăşurat.

Firul #2:

Schema de înfăşurare

Lăsați aproximativ 10 cm de sârmă pentru a crea cablul (S2).
Înfășurăm 16 spire ale celui de-al doilea fir (verde în diagramă) pe dinte №6 în sensul acelor de ceasornic săgeată.
Întindem firul pe dinte №5 și vântul 16 spire în sens invers acelor de ceasornic săgeți.
Apoi întindem firul până la dinte №11 și vântul 16 spire în sensul acelor de ceasornic săgeată.
Apoi punem firul pe dinte №12 și vântul 16 spire în sens invers acelor de ceasornic săgeți.
Lăsați 10 cm de sârmă pentru a crea borna (E2), tăiați restul.
Al doilea fir este înfăşurat.

Firul #3:

Schema de înfăşurare

Lăsați aproximativ 10 cm de sârmă pentru a crea cablul (S3).
Înfășurăm 16 spire ale celui de-al doilea fir (albastru în diagramă) pe dinte №10 în sensul acelor de ceasornic săgeată.
Întindem firul pe dinte №9 și vântul 16 spire în sens invers acelor de ceasornic săgeți.
Apoi întindem firul până la dinte №3 și vântul 16 spire în sensul acelor de ceasornic săgeată.
Apoi punem firul pe dinte №4 și vântul 16 spire în sens invers acelor de ceasornic săgeți.
Lăsați 10 cm de sârmă pentru a crea borna (E3), tăiați restul.
Al treilea fir este înfășurat.

Pasul 3. Conectarea cablurilor de bobinare.

Schema de conectare

Pin S1 și E2 (dinți №2 Şi №12 ) răsuciți la baza dinților, făcând o coadă de 5-7 cm lungime.
În mod similar, răsucim bornele S2 și E3 (dinți №6 Şi №4 ), precum și concluziile S3 și E1 (dinți №10 Şi №8 )

Întindem termocontractia subțire pe toată lungimea și până la bază pe terminale. Apoi încălziți-l ușor cu o brichetă.

Asamblam cele trei terminale rezultate împreună și le strângem cu termocontractare cu un diametru mai mare, întinzându-l până la bază.

Echipamente de uz casnic și medical, modelare de aeronave, dispozitive de închidere a conductelor pentru conductele de gaz și petrol - acest lucru este departe de lista completa domeniile de aplicare ale motoarelor de curent continuu fără perii (BD). Să ne uităm la proiectarea și principiul de funcționare al acestor actuatoare electromecanice pentru a înțelege mai bine avantajele și dezavantajele acestora.

Informații generale, dispozitiv, domeniul de aplicare

Unul dintre motivele interesului pentru BD este nevoia crescută de micromotoare de mare viteză cu poziționare precisă. Structura internă a acestor unități este prezentată în Figura 2.

Orez. 2. Design motor fără perii

După cum puteți vedea, designul constă dintr-un rotor (armatură) și un stator, primul are un magnet permanent (sau mai mulți magneți amplasați în într-o anumită ordine), iar al doilea este echipat cu bobine (B) pentru a crea un câmp magnetic.

Este de remarcat faptul că aceste mecanisme electromagnetice pot fi fie cu o armătură internă (acest tip de design poate fi văzut în Figura 2) fie externă (vezi Figura 3).

Orez. 3. Design Outrunner

În consecință, fiecare dintre modele are un domeniu de aplicare specific. Dispozitivele cu armătură internă au o viteză mare de rotație, deci sunt folosite în sisteme de răcire, ca centrale electrice pentru drone etc. Actuatoarele cu rotor extern sunt utilizate acolo unde sunt necesare poziționare precisă și rezistență la cuplu (robotică, echipament medical, mașini CNC etc.).

Principiul de funcționare

Spre deosebire de alte unități, cum ar fi o mașină asincronă AC, pentru funcționarea DB, este necesar un controler special, care pornește înfășurările în așa fel încât vectorii câmpurilor magnetice ale armăturii și statorului să fie ortogonali unul față de celălalt. Adică, în esență, dispozitivul de antrenare reglează cuplul care acționează asupra armăturii DB. Acest proces este clar demonstrat în Figura 4.

După cum puteți vedea, pentru fiecare mișcare a armăturii este necesară efectuarea unei anumite comutații în înfășurarea statorului a unui motor de tip fără perii. Acest principiu de funcționare nu permite controlul lin al rotației, dar face posibilă obținerea rapidă a impulsului.

Diferențele dintre motoarele cu perii și cele fără perii

Unitatea de tip colector diferă de BD ca caracteristici de proiectare(vezi Fig. 5.) și principiul de funcționare.

Orez. 5. A – motor cu perii, B – fără perii

Să luăm în considerare diferențe de proiectare. Din Figura 5 se poate observa că rotorul (1 în Fig. 5) al unui motor de tip comutator, spre deosebire de unul fără perii, are bobine cu circuit simpluînfășurarea și magneții permanenți (de obicei doi) sunt instalați pe stator (2 în Fig. 5). În plus, pe arbore este instalat un comutator, la care sunt conectate perii, furnizând tensiune înfășurărilor armăturii.

Să vorbim pe scurt despre principiul de funcționare al mașinilor de colectare. Când se aplică tensiune uneia dintre bobine, aceasta este excitată și se formează un câmp magnetic. Interacționează cu magneții permanenți, acest lucru face ca armătura și colectorul plasat pe ea să se rotească. Ca rezultat, puterea este furnizată celeilalte înfășurări și ciclul se repetă.

Frecvența de rotație a unei armături de acest design depinde direct de intensitatea câmpului magnetic, care, la rândul său, este direct proporțional cu tensiunea. Adică pentru a crește sau a micșora viteza, este suficient să crești sau să scazi nivelul de putere. Și pentru a inversa este necesar să schimbați polaritatea. Această metodă de control nu necesită un controler special, deoarece regulatorul de viteză poate fi realizat pe baza unui rezistor variabil, iar un comutator obișnuit va funcționa ca un invertor.

Am discutat despre caracteristicile de proiectare ale motoarelor fără perii în secțiunea anterioară. După cum vă amintiți, conectarea lor necesită un controler special, fără de care pur și simplu nu vor funcționa. Din același motiv, aceste motoare nu pot fi folosite ca generator.

De asemenea, este de remarcat faptul că în unele acționări de acest tip, pozițiile rotorului sunt monitorizate cu ajutorul senzorilor Hall pentru un control mai eficient. Acest lucru îmbunătățește semnificativ caracteristicile motoarelor fără perii, dar crește costul unui design deja scump.

Cum să pornești un motor fără perii?

Pentru ca unitățile de acest tip să funcționeze, veți avea nevoie de un controler special (vezi Fig. 6). Fără el, lansarea este imposibilă.

Orez. 6. Controlere de motoare fără perii pentru modelare

Nu are rost să asamblați singur un astfel de dispozitiv, va fi mai ieftin și mai fiabil să cumpărați unul gata făcut. Îl puteți selecta pe baza următoarelor caracteristici caracteristice driverelor de canal PWM:

• Intensitatea maximă admisă a curentului, această caracteristică este dată pentru funcționarea normală a dispozitivului. Destul de des, producătorii indică acest parametru în numele modelului (de exemplu, Phoenix-18). În unele cazuri, este dată o valoare pentru un mod de vârf pe care controlerul îl poate menține timp de câteva secunde.
• Tensiune nominală maximă pentru funcționare continuă.
• Rezistența circuitelor interne ale controlerului.
• Viteza admisă este indicată în rpm. Dincolo de această valoare, controlerul nu va permite creșterea rotației (limitarea este implementată la nivel de software). Vă rugăm să rețineți că viteza este întotdeauna dată pentru acționările cu doi poli. Dacă există mai multe perechi de poli, împărțiți valoarea la numărul lor. De exemplu, este indicat numărul 60000 rpm, prin urmare, pentru un motor 6-magnetic viteza de rotație va fi 60000/3=20000 prm.
• Frecvența impulsurilor generate, pentru majoritatea controlerelor acest parametru variază de la 7 la 8 kHz, modelele mai scumpe vă permit să reprogramați parametrul, crescându-l la 16 sau 32 kHz;

Vă rugăm să rețineți că primele trei caracteristici determină puterea bazei de date.

Controlul motorului fără perii

După cum sa menționat mai sus, comutarea înfășurărilor de antrenare este controlată electronic. Pentru a determina când să comute, șoferul monitorizează poziția armăturii folosind senzori Hall. Dacă unitatea nu este echipată cu astfel de detectoare, atunci se ia în considerare EMF din spate care apare în bobinele statorului neconectate. Controlerul, care este în esență un complex hardware-software, monitorizează aceste modificări și stabilește ordinea de comutare.

Motor trifazat fără perii de curent continuu

Majoritatea bazelor de date sunt implementate în trei faze. Pentru a controla o astfel de unitate, controlerul are un convertor de impulsuri CC la trifazat (vezi Fig. 7).

Figura 7. Diagrame de tensiune OBD

Pentru a explica cum funcționează un astfel de motor de supapă, împreună cu Figura 7, ar trebui să luați în considerare Figura 4, care arată, la rândul său, toate etapele funcționării unității. Să le scriem:

1. Un impuls pozitiv este aplicat bobinelor „A”, în timp ce un impuls negativ este aplicat lui „B”, ca urmare armătura se mișcă. Senzorii vor înregistra mișcarea acestuia și vor trimite un semnal pentru următoarea comutare.
2. Bobina „A” este oprită, iar un impuls pozitiv ajunge la „C” („B” rămâne neschimbat), apoi un semnal este trimis la următorul set de impulsuri.
3. „C” este pozitiv, „A” este negativ.
4. Funcționează o pereche de „B” și „A”, care primesc impulsuri pozitive și negative.
5. Un puls pozitiv este reaplicat la „B”, iar un puls negativ la „C”.
6. Bobinele „A” sunt pornite (+ este furnizat) și pulsul negativ pe „C” se repetă. Apoi ciclul se repetă.

În aparenta simplitate a controlului există o mulțime de dificultăți. Este necesar nu numai monitorizarea poziției armăturii pentru a produce următoarea serie de impulsuri, ci și controlul vitezei de rotație prin reglarea curentului din bobine. În plus, ar trebui să selectați cei mai optimi parametri pentru accelerare și frânare. De asemenea, merită să ne amintim că controlerul trebuie să fie echipat cu o unitate care vă permite să controlați funcționarea acestuia. Aspect un astfel de dispozitiv multifuncțional poate fi văzut în Figura 8.

Orez. 8. Controler de control al motorului fără perii multifuncțional

Avantaje și dezavantaje

Motorul electric fără perii are multe avantaje și anume:

• Durata de viață este semnificativ mai lungă decât cea a analogilor de colector convenționali.
• Eficiență ridicată.
• Setați rapid viteza maximă de rotație.
• Este mai puternic decât CD-ul.
• Absența scânteilor în timpul funcționării permite utilizarea unității în condiții periculoase de incendiu.
• Nu necesită răcire suplimentară.
• Usor de folosit.

Acum să ne uităm la contra. Un dezavantaj semnificativ care limitează utilizarea bazelor de date este costul relativ ridicat al acestora (inclusiv prețul șoferului). Printre inconveniente se numără incapacitatea de a utiliza baza de date fără driver, chiar și pentru activarea pe termen scurt, de exemplu, pentru a verifica funcționalitatea acesteia. Reparații problematice, mai ales dacă este necesară rebobinarea.

Un motor de curent continuu este un motor electric care este alimentat de curent continuu. Dacă este necesar, obțineți un motor cu cuplu mare, cu turații relativ mici. Din punct de vedere structural, Inrunner-urile sunt mai simple datorită faptului că un stator staționar poate servi drept carcasă. Pe el pot fi montate dispozitive de prindere. În cazul Outrunners, întregul exterior se rotește. Motorul este fixat folosind o axă fixă ​​sau piese statorice. În cazul unei roți-motor, fixarea se realizează pe axa fixă ​​a statorului, firele sunt conduse la stator printr-o axă goală mai mică de 0,5 mm.

Se numește un motor AC motor electric alimentat de curent alternativ. Există următoarele tipuri de motoare de curent alternativ:

Există și un UKM (motor cu comutator universal) cu funcția de a funcționa atât în ​​curent alternativ, cât și în curent continuu.

Un alt tip de motor este motor pas cu pas cu un număr finit de poziții ale rotorului. O anumită poziție specificată a rotorului este fixată prin aplicarea puterii înfășurărilor corespunzătoare necesare. Când tensiunea de alimentare este îndepărtată dintr-o înfășurare și transferată în altele, are loc un proces de trecere la o altă poziție.

Un motor AC atunci când este alimentat printr-o rețea industrială, de obicei, nu are rezultate viteza de rotație mai mare de trei mii de rotații pe minut. Din acest motiv, dacă este necesar, obțineți mai mult frecvente inalte Se folosește un motor cu comutator, ale cărui avantaje suplimentare sunt ușurința și compactitatea, menținând în același timp puterea necesară.

Uneori este utilizat și un mecanism special de transmisie numit multiplicator, care modifică parametrii cinematici ai dispozitivului în cei necesari indicatori tehnici. Unitățile comutatoare ocupă uneori până la jumătate din spațiul întregului motor, astfel încât motoarele electrice cu curent alternativ sunt reduse în dimensiune și mai ușoare prin utilizarea unui convertor de frecvență și, uneori, prin a avea o rețea cu o frecvență crescută de până la 400 Hz.

Durata de viață a oricărui motor asincron AC este vizibil mai mare decât cea a unui motor cu comutator. Este determinat starea de izolare a înfăşurărilor şi lagărelor. Un motor sincron, atunci când se utilizează un invertor și un senzor de poziție a rotorului, este considerat un analog electronic al unui motor clasic cu perii care acceptă funcționarea prin curent continuu.

Motor DC fără perii. Informații generale și design dispozitiv

Un motor de curent continuu fără perii se mai numește și motor de curent continuu fără perii trifazat. Este un dispozitiv sincron, al cărui principiu de funcționare se bazează pe reglarea frecvenței auto-sincronizate, datorită căruia vectorul (pe baza poziției rotorului) al câmpului magnetic al statorului este controlat.

Controlerele de motoare de acest tip sunt adesea alimentate de tensiune constantă, de unde își primesc numele. În literatura tehnică engleză, un motor de supapă se numește PMSM sau BLDC.

Motorul electric fără perii a fost creat în primul rând pentru a optimiza puterea orice motor de curent continuuîn general. Au fost puse cerințe foarte mari asupra actuatorului unui astfel de dispozitiv (în special microdrive-ul de mare viteză cu poziționare precisă).

Acest lucru a condus, probabil, la utilizarea unor astfel de dispozitive specifice de curent continuu, motoare trifazate fără perii, numite și motoare BLDC. În designul lor, ele sunt aproape identice cu motoarele de curent alternativ sincron, în care rotația rotorului magnetic are loc într-un stator laminat convențional în prezența înfășurărilor trifazate, iar numărul de rotații depinde de tensiunea și sarcina statorului. Pe baza anumitor coordonate ale rotorului, sunt comutate diferite înfășurări ale statorului.

Motoarele de curent continuu fără perii pot exista fără senzori separati, totuși, uneori sunt prezente pe rotor, cum ar fi un senzor Hall. Dacă dispozitivul funcționează fără un senzor suplimentar, atunci înfășurările statorului servesc ca element de fixare. Apoi, curentul apare din cauza rotației magnetului atunci când rotorul induce un EMF în înfășurarea statorului.

Dacă una dintre înfășurări este oprită, semnalul care a fost indus va fi măsurat și procesat în continuare, cu toate acestea, acest principiu de funcționare este imposibil fără un profesor de procesare a semnalului. Dar pentru a inversa sau a frâna un astfel de motor electric, nu este necesar un circuit de punte - va fi suficient să furnizați impulsuri de control în secvență inversă înfășurărilor statorului.

Într-un VD (motor cu comutare) un inductor sub forma unui magnet permanent este situat pe rotor, iar înfășurarea armăturii este pe stator. Pe baza poziției rotorului, se generează tensiunea de alimentare a tuturor înfăşurărilor motor electric. Când un colector este utilizat în astfel de proiecte, funcția acestuia va fi îndeplinită de un comutator cu semiconductor în motorul supapei.

Principala diferență dintre motoarele sincrone și cele cu supape este autosincronizarea acestora din urmă folosind DPR, care determină viteza de rotație proporțională a rotorului și a câmpului.

Cel mai adesea, motoarele de curent continuu fără perii sunt utilizate în următoarele domenii:

Stator

Acest dispozitiv are un design clasic și seamănă cu același dispozitiv al unei mașini asincrone. Include miez de înfăşurare de cupru(așezat în jurul perimetrului în caneluri), care determină numărul de faze și carcasa. De obicei, fazele sinus și cosinus sunt suficiente pentru rotație și autopornire, cu toate acestea, motorul supapei este adesea creat ca unul trifazat sau chiar cu patru faze.

Motoarele electrice cu forță electromotoare inversă sunt împărțite în două tipuri în funcție de tipul de înfășurare pe înfășurarea statorului:

• formă sinusoidală;
• formă trapezoidală.

La tipurile corespunzătoare de motor, curentul electric de fază se modifică și în funcție de metoda de alimentare, sinusoidal sau trapezoidal.

Rotor

De obicei, rotorul este realizat din magneți permanenți cu numărul de perechi de poli de la doi la opt, care, la rândul lor, alternează de la nord la sud sau invers.

Magneții de ferită sunt considerați cei mai obișnuiți și mai ieftini pentru realizarea unui rotor, dar dezavantajul lor este nivel scăzut de inducție magnetică prin urmare, un astfel de material este acum înlocuit cu dispozitive fabricate din aliaje ale diferitelor elemente de pământuri rare, deoarece acestea pot oferi un nivel ridicat de inducție magnetică, care, la rândul său, face posibilă reducerea dimensiunii rotorului.

DPR

Un senzor de poziție a rotorului oferă feedback. Pe baza principiului de funcționare, dispozitivul este împărțit în următoarele subtipuri:

• inductiv;
• fotoelectric;
• Senzor cu efect Hall.

Ultimul tip a câștigat cea mai mare popularitate datorită acestuia proprietăți aproape absolute fără inerțieși capacitatea de a scăpa de întârzierile în canalele de feedback pe baza poziției rotorului.

Sistem de control

Sistemul de control constă din întrerupătoare de putere, uneori și din tiristoare sau tranzistoare de putere, inclusiv o poartă izolată, care duce la un ansamblu invertor de curent sau de tensiune. Procesul de gestionare a acestor chei este cel mai adesea implementat prin utilizarea unui microcontroler, care necesită un număr mare de operații de calcul pentru a controla motorul.

Principiul de funcționare

Funcționarea motorului este că controlerul comută un anumit număr de înfășurări ale statorului în așa fel încât vectorul câmpurilor magnetice ale rotorului și statorului să fie ortogonal. Folosind PWM (modularea lățimii pulsului) Controlerul controlează curentul care trece prin motor si regleaza cuplul exercitat asupra rotorului. Direcția acestui moment de acțiune este determinată de marca unghiului dintre vectori. Gradele electrice sunt folosite în calcule.

Comutarea ar trebui să se facă în așa fel încât F0 (fluxul de excitație al rotorului) să fie menținut constant în raport cu fluxul armăturii. Odată cu interacțiunea unei astfel de excitații și fluxul de armătură, se formează un cuplu M, care tinde să rotească rotorul și, în paralel, să asigure coincidența excitației și a fluxului de armătură. Cu toate acestea, pe măsură ce rotorul se rotește, diferite înfășurări sunt comutate sub influența senzorului de poziție a rotorului, ceea ce duce la întoarcerea fluxului de armătură către pasul următor.

Într-o astfel de situație, vectorul rezultat se deplasează și devine staționar în raport cu fluxul rotorului, care, la rândul său, creează cuplul necesar pe arborele motorului electric.

Controlul motorului

Controlerul unui motor DC fără perii reglează cuplul care acționează asupra rotorului prin modificarea cantității de modulare a lățimii impulsului. Comutarea este controlată și efectuate electronic, spre deosebire de un motor de curent continuu cu perii convențional. De asemenea, sunt comune sistemele de control care implementează modularea lățimii impulsului și algoritmi de control al lățimii impulsului pentru fluxul de lucru.

Motoarele controlate vectorial oferă cea mai largă gamă cunoscută pentru reglarea propriei viteze. Reglarea acestei viteze, precum și menținerea legăturii fluxului la nivelul necesar, are loc datorită unui convertor de frecvență.

O caracteristică a reglării unei acționări electrice bazată pe control vectorial este prezența coordonatelor controlate. Sunt într-un sistem staționar și se transformă în rotativ, evidențiind o valoare constantă proporțională cu parametrii controlați ai vectorului, datorită căreia se formează o acțiune de control, iar apoi o tranziție inversă.

În ciuda tuturor avantajelor unui astfel de sistem, acesta este însoțit și de un dezavantaj sub forma dificultății în controlul dispozitivului pentru a regla viteza pe o gamă largă.

Avantaje și dezavantaje

În zilele noastre, în multe industrii, acest tip de motor este la mare căutare, deoarece motorul electric de curent continuu fără perii combină aproape toate cele mai multe cele mai bune calități motoare fără contact și alte tipuri de motoare.

Avantajele incontestabile ale unui motor cu supapă sunt:

În ciuda semnificative puncte pozitive, V motor DC fără perii Există, de asemenea, câteva dezavantaje:

Pe baza celor de mai sus și a lipsei de dezvoltare electronice moderneîn regiune, mulți consideră că este potrivit să folosească un motor asincron convențional cu un convertor de frecvență.

Motor trifazat fără perii de curent continuu

Acest tip de motor are caracteristici excelente, mai ales atunci când este controlat de senzori de poziție. Dacă momentul de rezistență variază sau este complet necunoscut și, de asemenea, dacă este necesar să se realizeze cuplu de pornire mai mare este utilizat controlul senzorului. Dacă senzorul nu este utilizat (de obicei în ventilatoare), controlul vă permite să faceți fără comunicare prin cablu.

Caracteristici de control al unui motor trifazat fără perii fără senzor de poziție:

Caracteristici de control motor trifazat fără perii cu un senzor de poziție folosind exemplul unui senzor Hall:

Concluzie

Un motor electric de curent continuu fără perii are multe avantaje și va fi o alegere demnă de utilizat atât de către specialiști, cât și de către oamenii obișnuiți.