Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Głównym problemem silników kolektorowych jest obecność węzła kolektora. Szczotki są wymazywane, a płytki zużywają się, występują zwarcia między warstwą pyłu grafitowego, pojawia się iskrzenie. Problemy te nie występują w maszynach asynchronicznych, ale nie mogą działać z DC. Bezszczotkowy silnik prądu stałego pozbawiony powyższych wad. Porozmawiamy o tym, co to jest, jak to działa i gdzie są używane silniki w tym artykule.

Definicja

Bezszczotkowy DC jest silnikiem prądu stałego, którego prąd w uzwojeniach przełącza specjalne urządzenie przełączające - nazywany jest „sterownikiem” lub „falownikiem”, a uzwojenia te są zawsze umieszczone na stojanie. Przełącznik składa się z 6 tranzystorów i dostarczają prąd do jednego lub drugiego uzwojenia, w zależności od położenia wirnika.

W literaturze krajowej takie silniki nazywane są „zaworami” (ponieważ przełączniki półprzewodnikowe nazywane są „zaworami”) i istnieje rozdzielenie takich maszyn elektrycznych na dwa typy w postaci przeciw-emf. W literaturze zagranicznej to rozróżnienie utrzymuje się, jeden z nich nazywa się, jak rosyjski „BLDC” (bezszczotkowy napęd prądu stałego lub silnik), co dosłownie oznacza „bezszczotkowy silnik prądu stałego” w ich uzwojeniach, pojawia się trapezowa EMF. Elektryczne silniki zaworowe o sinusoidalnych emfach nazywane są PMSM (synchroniczna maszyna z magnesami trwałymi), co przekłada się na „synchroniczny silnik elektryczny z wzbudzeniem przez magnesy trwałe”.

Urządzenie i zasada działania

Kolektor w KDPT służy jako jednostka przełączająca prąd w uzwojeniach twornika. W bezszczotkowym silniku prądu stałego (БДПТ) rola ta nie jest spełniana przez szczotki z lamelami, ale przez przełączenie przełączników półprzewodnikowych - tranzystorów. Tranzystory przełączają uzwojenia stojana, tworząc wirujące pole magnetyczne, które oddziałuje z polem magnesów wirnika. A kiedy prąd płynie przez przewodnik, który jest w polu magnetycznym, wpływa na niego siła amperowa, z powodu działania tej siły, moment obrotowy jest generowany na wale maszyn elektrycznych. Opiera się na tym zasada działania każdego silnika elektrycznego.

Teraz zrozumiemy, jak układa się silnik bezszczotkowy. Trzy uzwojenia są zwykle umieszczone na stojanie BDPT, analogicznie do silników prądu przemiennego, są często nazywane uzwojeniami trójfazowymi. Jest to częściowo prawdą: silniki bezszczotkowe działają ze źródła prądu stałego (częściej z akumulatorów), ale sterownik włącza uzwojenia po kolei. Nie jest jednak całkiem prawdą twierdzenie, że prąd przemienny płynie przez uzwojenia. Ostateczna forma napięcia uzwojenia zasilania jest tworzona przez prostokątne impulsy sterowania tranzystorem.

Trójfazowy silnik bezszczotkowy może być trójprzewodowy lub czteroprzewodowy, przy czym czwarty przewód jest zaczepem od punktu środkowego (jeśli uzwojenia są połączone zgodnie z obwodem gwiazdy).

Uzwojenie lub, w prostych słowach, cewki drutu miedzianego są umieszczone w zębach rdzenia stojana. W zależności od konstrukcji i przeznaczenia napędu może występować inna liczba zębów na stojanie. Istnieją różne warianty rozkładu uzwojeń fazowych wzdłuż zębów wirnika, jak pokazano na poniższym rysunku.

Uzwojenia każdego z zębów w obrębie jednej fazy mogą być połączone szeregowo lub równolegle, w zależności od zadań przypisanych projektantowi pod względem mocy i momentu projektowanego napędu, a same uzwojenia fazowe są połączone zgodnie z gwiazdą lub trójkątem, jak asynchroniczne lub synchroniczne trójfazowe silniki prądu przemiennego.

Czujniki położenia wirnika można zainstalować w stojanie. Często używane czujniki halowe, dają sygnał do kontrolera, gdy są pod wpływem pola magnetycznego magnesów wirnika. Jest to konieczne, aby sterownik „znał” położenie wirnika i dostarczał zasilanie do odpowiednich uzwojeń. Jest to konieczne, aby poprawić wydajność i stabilność pracy, a jeśli na krótko, wycisnąć całą możliwą moc z silnika. Czujniki są zwykle instalowane 3 sztuki. Jednak obecność czujników komplikuje urządzenie bezszczotkowego silnika elektrycznego, należy do nich podłączyć dodatkowe przewody zasilające i linie danych.

W BDBT magnesy stałe zamontowane na wirniku służą do wzbudzania, a stojan jest kotwicą. Przypomnijmy, że w maszynach kolektorowych jest odwrotnie (wirnik jest kotwicą), a do wzbudzenia na płycie CD używane są zarówno magnesy trwałe, jak i elektromagnesy (uzwojenia).

Magnesy są instalowane z naprzemiennymi biegunami i odpowiednio ich liczba określa liczbę par biegunów. Ale to nie znaczy, że tyle magnesów, a potem ta sama para biegunów. Kilka magnesów może tworzyć jeden biegun. Liczba obrotów na minutę zależy od liczby biegunów, jak w przypadku silnika asynchronicznego (i innych). Oznacza to, że z jednego sterownika przy tych samych ustawieniach silniki bezszczotkowe o różnej liczbie par biegunów będą się obracać z różnymi prędkościami.

Rodzaje BDPT

Teraz zobaczmy, jakie są silniki bezszczotkowe z magnesami trwałymi. Są one klasyfikowane według formy anty-EMF, konstrukcji, a także obecności czujników położenia wirnika. Tak więc dwa główne typy różnią się w postaci przeciw-EMF, która jest indukowana w uzwojeniach podczas obrotu wirnika:

  • BLDC - trapezoidalny tylny EMF;
  • PMSM - sinusoidalny powrót EMF.

W idealnym przypadku potrzebują różnych źródeł zasilania (kontrolerów), ale w praktyce są one wymienne. Ale jeśli używasz kontrolera z prostokątnym lub trapezowym napięciem wyjściowym z silnikiem PMSM, usłyszysz charakterystyczne dźwięki, takie jak stukanie podczas obrotu.

Konstrukcja bezszczotkowych silników prądu stałego to:

  • Z wewnętrznym wirnikiem. Jest to bardziej znane przedstawienie silnika elektrycznego, gdy stojan jest ciałem, a wał się w nim obraca. Często nazywane są angielskim słowem „Inrunner”. Ta opcja jest zwykle stosowana w silnikach elektrycznych o dużej prędkości.
  • Z zewnętrznym wirnikiem. Tutaj zewnętrzna część silnika obraca się z zamocowanym na nim wałem, w angielskich źródłach nazywa się go „outrunner”. Ten schemat urządzenia jest używany, gdy potrzebny jest wysoki moment.

Wybierz projekt w zależności od tego, dlaczego potrzebujesz silnika bezszczotkowego w konkretnej aplikacji.

Nowoczesny przemysł wytwarza bezszczotkowe silniki z obydwoma czujnikami położenia wirnika i bez nich. Faktem jest, że istnieje wiele sposobów sterowania BDPT, dla niektórych z nich potrzebne są czujniki położenia, inne określają położenia EMF w uzwojeniach, jeszcze inne po prostu dostarczają zasilanie do niezbędnych faz, a silnik elektryczny synchronizuje się z taką mocą i wchodzi w tryb pracy.

Główne cechy bezszczotkowych silników prądu stałego:

  1. Tryb działania - długi lub krótki.
  2. Maksymalne napięcie robocze.
  3. Maksymalny prąd roboczy.
  4. Maksymalna moc.
  5. Maksymalne obroty często nie oznaczają obrotów, ale KV - obroty / v, czyli liczba obrotów na 1 wolt przyłożonego napięcia (bez obciążenia na wale). Aby uzyskać maksymalną prędkość, pomnóż tę liczbę przez maksymalne napięcie.
  6. Opór uzwojenia (im jest mniejsza, tym wyższa wydajność) wynosi zazwyczaj setne i tysięczne Ohma.
  7. Kąt przesunięcia fazowego (czas) to czas, po którym prąd w uzwojeniu osiągnie maksimum, jest to spowodowane jego indukcyjnością i prawami przełączania (prąd w indukcyjności nie może się natychmiast zmienić.

Schemat połączeń

Jak wspomniano powyżej, do obsługi silnika bezszczotkowego potrzebny jest specjalny sterownik. Aliexpress można znaleźć jako zestaw silnika i kontrolera oraz oddzielnie. Kontroler nazywany jest również ESC Motor lub Electric Speed Controller. Wybierz je siłą prądu podanego do obciążenia.

Zazwyczaj podłączenie silnika do kontrolera jest proste i zrozumiałe nawet dla czajników. Najważniejszą rzeczą, którą musisz wiedzieć, jest to, że aby zmienić kierunek obrotów, musisz zmienić połączenie dwóch dowolnych faz, jak również trójfazowych asynchronicznych lub synchronicznych silników elektrycznych.

Sieć ma wiele rozwiązań technicznych i schematów zarówno złożonych, jak i czajników, które można zobaczyć poniżej.

W tym filmie autor opowiada, jak zaprzyjaźnić się z silnikiem BC za pomocą „Arduina”.

W tym filmie dowiesz się o różnych sposobach łączenia się z różnymi regulatorami oraz o tym, jak możesz to zrobić samodzielnie. Autor demonstruje to na przykładzie silnika z dysku twardego i pary potężnych kopii - najkrótszych i najkrótszych.

Nawiasem mówiąc, schemat z wideo do powtórzenia jest również dołączony:

Gdzie używane są silniki bezszczotkowe

Zakres zastosowania takich silników elektrycznych jest bardzo szeroki. Są one używane zarówno do sterowania małymi mechanizmami: w napędach CD, napędach DVD, dyskach twardych oraz w wydajnych urządzeniach: akumulatorach i elektronarzędziach sieciowych (o mocy około 12 V), modelach sterowanych radiowo (na przykład quadkopterach), maszynach CNC do napędu narzędzi roboczych (zwykle silniki o napięciu znamionowym 24 V lub 48 V).

BDPT znalazło szerokie zastosowanie w transporcie elektrycznym, prawie wszystkie nowoczesne koła skuterów elektrycznych, rowerów, motocykli i samochodów są silnikami bezszczotkowymi. Nawiasem mówiąc, nominalne napięcie silników elektrycznych do transportu leży w szerokim zakresie, na przykład koło silnikowe do roweru często jeździ od 36V lub 48V, z rzadkimi wyjątkami i więcej, aw samochodach, na przykład, Toyota Prius około 120V i Nissan Leaf - do 400, podczas ładowania od 220 V (jest to realizowane za pomocą wbudowanego konwertera).

W rzeczywistości zakres bezszczotkowych silników elektrycznych jest bardzo obszerny, brak węzła kolektora pozwala na stosowanie go w miejscach niebezpiecznych, jak również w miejscach o dużej wilgotności, bez obawy przed zwarciem, iskrami lub pożarem z powodu wad jednostki szczotkowej. Dzięki wysokiej wydajności i dobrym wskaźnikom masy i wielkości znalazły zastosowanie w przemyśle kosmicznym.

Zalety i wady

Bezszczotkowe silniki prądu stałego, podobnie jak inne typy maszyn elektrycznych, mają pewne zalety i wady.

Zalety BDPT są następujące:

  • Ze względu na wzbudzenie przez silne magnesy trwałe (na przykład neodym), są one lepsze pod względem momentu obrotowego i mocy i mają mniejsze wymiary niż silniki asynchroniczne. Czego używa większość producentów pojazdów elektrycznych - od skuterów po samochody.
  • Brak iskrzącego zespołu zbierającego szczotki, który wymaga regularnej konserwacji.
  • Używając kontrolera jakości, w przeciwieństwie do tego samego dysku CD, nie kolidują one z siecią zasilania, co jest szczególnie ważne w urządzeniach sterowanych radiowo i pojazdach z zaawansowanym sprzętem elektronicznym w sieci pokładowej.
  • Wydajność ponad 80, częściej i 90%.
  • Wysoka prędkość obrotowa, w niektórych przypadkach do 100 000 obr./min.

Istnieje jednak poważna wada: bezszczotkowy silnik bez sterownika to tylko kawałek żelaza z miedzianym uzwojeniem. Nie będzie mógł pracować. Kontrolery są drogie i najczęściej muszą być zamawiane w sklepach internetowych lub z aliexpress. Z tego powodu nie zawsze jest możliwe użycie silników BC w domowych modelach i urządzeniach.

Teraz wiesz, co to jest bezszczotkowy silnik prądu stałego, jak działa i gdzie ma zastosowanie. Mamy nadzieję, że nasz artykuł pomógł ci zrozumieć wszystkie problemy!

Materiały na ten temat:

  • Czym jest wirnik i stojan
  • Jak zmontować najprostszy silnik elektryczny w domu
  • Różnica między DC i AC

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Baza wiedzy