Què és un motor de corrent continu sense escombretes, com es construeix i funciona

Definició

Un motor de corrent continu sense escombretes s'anomena motor de corrent continu, el corrent en el que els bobinaments és commutat per un dispositiu de commutació especial, s'anomena "conductor" o "inversor" i aquests enrotllaments es troben sempre a l'estator. L’interruptor consta de 6 transistors, subministren corrent a un enrotllament determinat, segons la posició del rotor.

A la literatura domèstica, aquests motors s'anomenen "vàlvula" (perquè els interruptors de semiconductor s'anomenen "vàlvules"), i hi ha una separació d'aquestes màquines elèctriques en dos tipus en forma de contraemf. En la literatura estrangera, aquesta diferència persisteix, una d'elles s'anomena anàlogament al "BLDC" rus (unitat de corrent directa o sense motor sense escombretes), que literalment sona com a "motor DC sense escombretes" en els seus bobinats apareix un EMF trapezoïdal. Els motors de vàlvules amb un EMF sinusoidal s’anomenen PMSM (màquina síncrona d’imant permanent), que es tradueix com a "motor elèctric síncron amb excitació per imants permanents".

El dispositiu i principi de funcionament

El col·lector del KDPT serveix de node per a canviar el corrent als enrotllaments de l'armadura. En un motor DC sense escombretes (BDT), aquest paper el juguen no els raspalls de làmina, sinó el commutador del mateix per interruptors semiconductors: transistors. Els transistors canvien els bobinatges de l'estator, creant un camp magnètic giratori que interactua amb el camp de l'imant del rotor. I quan el corrent flueix a través d’un conductor que es troba en un camp magnètic, actua sobre ell Amperi força, degut a l’acció d’aquesta força, es genera un parell a l’eix de les màquines elèctriques. El principi de funcionament de qualsevol motor elèctric es basa en això.

Analitzem ara com funciona el motor sense escombretes. Generalment, els tres enrotllaments estan situats a l'estator BDPT; per analogia amb els motors CA, se'ls sol anomenar trifàsics. Això és parcialment cert: els motors sense escombretes funcionen amb una font de corrent directe (sovint procedent de bateries), però el controlador activa els enrotllaments. Tanmateix, no és del tot cert dir que el corrent altern flueix a través de les bobines. La forma final del bobinat de tensió d'alimentació està formada per polsos de control de transistor rectangulars.

Un motor sense raspall trifàsic pot ser de tres fils o de quatre fils, on el quart filferro és un toc des del punt mig (si els enrotllaments estan connectats al llarg de patró d’estrelles).

Els bobinatges o, en paraules simples, bobines de fil de coure s’encaixen a les dents del nucli de l’estator. Segons el disseny i la finalitat del variador, l'estator pot tenir un nombre diferent de dents. Hi ha diferents opcions per a la distribució dels enrotllaments de fase al llarg de les dents del rotor, cosa que es mostra a la figura següent.

Els enrotllaments de cadascuna de les dents dins d’una fase es poden connectar en sèrie o en paral·lel, depenent de les tasques assignades al dissenyador en termes de potència i del moment de l’accionament dissenyat, i els bobinats de fase estan interconnectats segons el patró d’una estrella o d’un triangle, com asíncron o sincrònica motors trifàsics de CA

Els sensors de posició del rotor es poden instal·lar a l'estator. Els sensors de sala sovint s’utilitzen, donen un senyal al controlador quan es veuen afectats pel camp magnètic dels imants del rotor. Això és necessari per tal que el controlador “conegui” en quina posició es troba el rotor i subministre energia als enrotllaments corresponents. Això és necessari per augmentar l'eficiència i l'estabilitat del treball i, en definitiva, per extreure tota la potència possible del motor. Els sensors normalment instal·len 3 peces. Però la presència de sensors complica el dispositiu d’un motor sense escombretes, necessiten conduir cables addicionals per a les línies d’alimentació i dades.

Al BDTT s’utilitzen imants permanents muntats al rotor per excitació i l’estator és un àncora. Recordeu que a les màquines col·lectores és al revés (el rotor és una àncora), i per excitar al CD s’utilitzen tant imants permanents com electroimants.

Els imants estan muntats amb pols alterns i, en conseqüència, el seu nombre determina el nombre de parells de pals. Però això no significa que quants imants, tants parells de pals. Diversos imants poden formar un pol. El nombre de revolucions per minut depèn del nombre de pals, com és el cas d’un motor d’inducció (i d’altres). És a dir, des d’un controlador amb els mateixos paràmetres, els motors sense raspall amb un nombre diferent de parells de pols giraran a diferents velocitats.

Tipus de BDTT

Ara veiem com són els motors d’imant permanent sense escombretes. Es classifiquen tant per la forma del disseny contra-EMF, com per la presència de sensors de posició del rotor. Així doncs, hi ha dos tipus principals que difereixen en forma de contraemf, que s'indueix en els bobinats quan gira el rotor:

• BLDC: en ells un trapezoïdal anti-EMF;
• PMSM - anti-emf sinusoïdal.

L’ideal és que necessitin diferents fonts d’energia (controladors), però a la pràctica són intercanviables. Però si utilitzeu un controlador amb tensió de sortida rectangular o trapezoïdal amb un motor PMSM, sentireu sons característics, similars a un cop de mà durant la rotació.

I per disseny, els motors de corrent continu sense escombretes són:

• Amb rotor intern. Es tracta d’una representació més familiar del motor elèctric, quan l’estator és un cos i l’eix situat en ell gira. Sovint se'ls anomena la paraula anglesa "Inrunner". Aquesta opció s’utilitza normalment per a motors elèctrics d’alta velocitat.
• Amb rotor extern. Aquí la part exterior del motor gira amb un eix fixat a ell; en fonts angleses, es diu "outrunner". Aquest circuit de dispositiu s’utilitza quan necessiteu un moment alt.

El disseny es tria depenent de per què cal un motor sense escombretes en una aplicació determinada.

La indústria moderna produeix motors sense escombretes amb i sense sensors de posició del rotor. El fet és que hi ha moltes maneres de controlar la BDTT, ja que per a alguns d'ells es necessiten sensors de posició, d'altres determinen les posicions per EMF en els bobinatges,els tercers simplement subministren energia a les fases necessàries i el motor es sincronitza de manera independent amb aquesta font d’alimentació i entra al mode de funcionament.

Principals característiques dels motors de corrent continu sense raspall:

1. Mode de funcionament: llarg o curt.
2. Tensió de funcionament màxima.
3. Màxim corrent de treball.
4. Potència màxima.
5. Les revolucions màximes, sovint indiquen no revolucions, sinó KV - r / v, és a dir, el nombre de revolucions per 1 volt de la tensió aplicada (sense càrrega a l’eix). Per obtenir la velocitat màxima: multiplica aquest número pel voltatge màxim.
6. La resistència del bobinatge (com més petita sigui, més gran és l’eficiència), sol ascendir a centèsimes i mil·lèsimes d’Ohm.
7. L’angle d’avançament de fase (cronometratge) és el temps després del qual la corrent del bobinat arriba al seu màxim, això es deu a les seves lleis d’inductància i commutació (la corrent de la inductància no pot canviar a l’instant.

Diagrama de cablejat

Com s'ha esmentat anteriorment, per al funcionament d'un motor sense escombretes es necessita un controlador especial. A aliexpress, podeu trobar els dos kits del motor i el controlador, o per separat. El controlador també s’anomena ESC Motor o Electric Speed ​​Controller. Es seleccionen per la força del corrent donat a la càrrega.

En general, connectar el motor elèctric al controlador és senzill i és comprensible fins i tot per a maniquins. El principal que cal saber és que per canviar el sentit de gir cal canviar la connexió de les dues fases, de fet, així com en motors asíncrons o sincrònics trifàsics.

A continuació, es poden trobar diverses solucions i solucions tècniques, tant complexes com per a maniquins, que podeu veure a continuació.

En aquest vídeo, l’autor explica com fer amistat amb el motor BC "Arduino".

I en aquest vídeo coneixereu diferents maneres de connectar-vos a diferents controladors i com podeu fer-ho vosaltres mateixos. L’autor ho demostra amb un exemple d’un motor de HDD i un parell d’instàncies potents: inrunner i outrunner.

Per cert, també apliquem el diagrama del vídeo per a la repetició:

Quan s’utilitzen motors sense escombretes

L'abast d'aquests motors elèctrics està molt previst. S'utilitzen tant per a la conducció de petits mecanismes: en unitats de CD, unitats de DVD, discs durs i en dispositius potents: una bateria i una eina elèctrica (amb una font d'alimentació d'aproximadament 12 V), models controlats per ràdio (per exemple, quadrocopters), màquines CNC per conduir un cos de treball (generalment motors amb una tensió nominal de 24V o 48V).

Els BDTT s’utilitzen àmpliament en vehicles elèctrics, gairebé totes les rodes modernes de motors scooters elèctrics, bicicletes, motos i cotxes són motors sense raspall. Per cert, la tensió nominal dels motors elèctrics per al transport es troba en una àmplia gamma, per exemple, el motor de les rodes de les bicicletes sovint funciona des de 36V o 48V, amb excepcions rares i més, i en cotxes, per exemple, el Toyota Prius és d’uns 120V i el Nissan Leaf - arriba a 400, mentre es carrega des d'una xarxa de 220V (això s'implementa mitjançant el convertidor integrat).

De fet, l’abast dels motors elèctrics sense escombretes és molt extens, l’absència d’un node col·lector permet utilitzar-lo en llocs perillosos, així com en llocs amb alta humitat, sense pors de curtcircuits, arcs o incendis per defectes en el conjunt del raspall. Per la seva gran eficiència i bones dimensions generals, han trobat aplicacions a la indústria espacial.

Avantatges i desavantatges

Els motors de corrent continu sense escombretes, com altres tipus de màquines elèctriques, presenten certs avantatges i inconvenients.

Els avantatges del BDTT són els següents:

• Gràcies a l'excitació per potents imants permanents (neodimi, per exemple), són superiors en el moment i la potència i tenen dimensions menors que els motors d'inducció. Què utilitza la majoria dels fabricants de vehicles elèctrics: des de scooters a vehicles.
• No hi ha cap conjunt col·leccionista de raspalls que faça un manteniment regular.
• Quan s'utilitza un controlador d'alta qualitat, a diferència del mateix CD, no interfereixen amb la xarxa de subministrament d'energia, que és especialment important en els dispositius i vehicles controlats per ràdio amb equips electrònics avançats de la xarxa a bord.
• Eficàcia superior a 80, més sovint i 90%.
• Alta velocitat de rotació, en alguns casos fins a 100.000 rpm.

Però hi ha un menys important: un motor sense escombretes sense controlador és només una peça de ferro amb una bobina de coure. No podrà treballar. Els controladors no són barats i sovint s’han d’ordenar en botigues en línia o amb aliexpress. Per això, no sempre és possible utilitzar motors BC en models i dispositius casolans.

Ara sabeu què és un motor de corrent continu sense escombretes, com funciona i on s’utilitza. Esperem que el nostre article us hagi ajudat a resoldre tots els problemes!

Materials relacionats:

• Què és un rotor i un estator
• Com muntar el motor elèctric més senzill a casa
• La diferència entre corrent continu i corrent alterna