Mikä on harjaton DC-moottori, miten se rakennetaan ja käy

määritelmä

Harjatonta tasavirtamoottoria kutsutaan tasavirtamoottoriksi, jonka käämissä oleva virta kytketään erityisellä kytkinlaitteella - sitä kutsutaan “ohjaimeksi” tai “invertteriksi” ja nämä käämit sijaitsevat aina staattorissa. Kytkin koostuu 6 transistorista, jotka syöttävät virtaa tiettyyn käämiin roottorin asennosta riippuen.

Kotimaan kirjallisuudessa tällaisia ​​moottoreita kutsutaan ”venttiiliksi” (koska puolijohdekytkimiä kutsutaan “venttiileiksi”), ja tällaiset sähkökoneet on erotettu kahteen tyyppiin vasta-EMF: n muodossa. Ulkomaisessa kirjallisuudessa tällainen ero jatkuu, yhtä niistä kutsutaan analogisesti venäjän "BLDC": ksi (harjaton tasavirtalaite tai moottori), joka kuulostaa kirjaimellisesti "harjattomalle tasavirran moottorille" käämityksissään, trapetsimuotoinen EMF. Venttiilimoottoreita, joissa on sinimuotoinen EMF, kutsutaan PMSM (pysyvä magneettisynkroninen kone), joka tarkoittaa "synkronista sähkömoottoria, jonka viritys kestomagneeteilla".

Laite ja toimintaperiaate

KDPT: n kollektori toimii solmuna virran kytkemiseksi ankkurikäämiin. Harjattomassa tasavirtamoottorissa (BDT) tätä roolia eivät peitä lamelliharjat, vaan kommuttori, se on puolijohdekytkimet - transistorit. Transistorit kytkevät staattorin käämitykset muodostaen pyörivän magneettikentän, joka on vuorovaikutuksessa roottorin magneettikentän kanssa. Ja kun virta virtaa magneettikentässä olevan johtimen läpi, se toimii siihen Ampere voimaTämän voiman vaikutuksesta syntyy vääntömomentti sähkökoneiden akselille. Minkä tahansa sähkömoottorin toimintaperiaate perustuu tähän.

Nyt selvitetään kuinka harjaton moottori toimii. 3 käämiä sijaitsee yleensä BDPT-staattorissa, analogisesti vaihtovirtamoottoreiden kanssa niitä kutsutaan usein kolmivaiheisiksi. Tämä on osittain totta: harjattomat moottorit saavat tasavirtalähteen (usein paristoista), mutta ohjain kytkee käämit vuorotellen. Ei kuitenkaan ole täysin totta sanoa, että vaihtovirta virtaa käämien läpi. Syöttöjännitekäämin lopullinen muoto muodostuu suorakulmaisista transistoriohjauspulsseista.

Kolmivaiheinen harjaton moottori voi olla kolme- tai nelijohdin, jossa neljäs johdin on keskipisteestä tuleva hana (jos käämit on kytketty pitkin tähti kuvio).

Käämitykset tai yksinkertaisesti sanottuna kuparilangan kelat sopivat staattorin ytimen hampaisiin. Staattorilla voi olla erilainen määrä hampaita käytön suunnittelusta ja tarkoituksesta riippuen. Vaihekäämien jakautumiseksi roottorin hampaita pitkin on erilaisia ​​vaihtoehtoja, mitä havainnollistaa seuraava kuva.

Yhden vaiheen kunkin hampaan käämit voidaan kytkeä sarjaan tai rinnakkain suunnittelijalle tehon ja suunnitellun käytön momentin mukaan liittyvien tehtävien mukaan, ja vaiheen käämitykset itse ovat kytketty toisiinsa tähden tai kolmion kuvion mukaan, kuten asynkroninen tai synkroninen kolmivaiheiset vaihtovirtamoottorit.

Roottorin asentoanturit voidaan asentaa staattoriin. Hall-antureita käytetään usein, ne antavat signaalin ohjaimelle, kun roottorimagneettien magneettikenttä vaikuttaa niihin. Tämä on välttämätöntä, jotta ohjain voi "tietää" roottorin asennossa ja syöttää virtaa vastaaville käämille. Tämä on välttämätöntä työn tehokkuuden ja vakauden parantamiseksi ja lyhyesti sanottuna kaiken mahdollisen tehon purkamiseksi moottorista. Anturit asennettiin yleensä 3 kpl. Mutta anturien läsnäolo vaikeuttaa harjattoman moottorin laitetta, niiden on johdettava lisäjohtoja sähkö- ja datajohtoihin.

BDTT: ssä roottoriin asennettuja kestomagneetteja käytetään viritykseen ja staattori on ankkuri. Muista, että keräyskoneissa se on päinvastoin (roottori on ankkuri), ja CD: n viritykseen käytetään sekä kestomagneetteja että sähkömagneetteja (käämiä).

Magneetit on asennettu vuorottelevilla napoilla, ja vastaavasti niiden lukumäärä määrää napojen parien lukumäärän. Mutta tämä ei tarkoita sitä, kuinka monta magneettia, niin monta nappiparia. Useat magneetit voivat muodostaa yhden navan. Kierrosten lukumäärä minuutissa riippuu napojen lukumäärästä, kuten induktiomoottorin (ja muiden) tapauksessa. Toisin sanoen yhdestä samojen asetusten ohjaimesta harjattomat moottorit, joilla on eri määrä napaparia, pyörivät eri nopeuksilla.

BDTT: n tyypit

Katsotaan nyt, millaiset harjattomat kestomagneettimoottorit ovat. Ne luokitellaan vasta-EMF: n muodon, rakenteen sekä roottorin sijaintianturien läsnäolon perusteella. Joten on olemassa kaksi päätyyppiä, jotka eroavat vasta-EMF: n muodossa, joka indusoituu käämille roottorin pyöriessä:

• BLDC - niissä trapetsimuotoinen anti-EMF;
• PMSM - anti-emf-sinimuotoinen.

Ihannetapauksessa he tarvitsevat erilaisia ​​virtalähteitä (ohjaimia), mutta käytännössä ne ovat vaihdettavissa. Mutta jos käytät ohjainta, jolla on suorakaiteen muotoinen tai puolisuunnikkaan ulostulojännite PMSM-moottorilla, kuulet ominaisia ​​ääniä, kuten kolkutuksen aikana.

Ja suunnittelun mukaan harjattomat tasavirtamoottorit ovat:

• Sisäisellä roottorilla. Tämä on tutumpi esitys sähkömoottorista, kun staattori on runko ja siinä oleva akseli pyörii. Usein niitä kutsutaan englannin kieleksi "Inrunner". Tätä vaihtoehtoa käytetään yleensä nopeisiin sähkömoottoreihin.
• Ulkoisella roottorilla. Tässä moottorin ulkoosa pyörii siihen kiinnitetyllä akselilla; englanninkielisissä lähteissä sitä kutsutaan ”outrunner”. Tätä laitepiiriä käytetään, kun tarvitset suurta hetkeä.

Suunnittelu valitaan sen mukaan, miksi harjatonta moottoria tarvitaan tietyssä sovelluksessa.

Moderni teollisuus tuottaa harjattomia moottoreita roottorin asentoanturilla ja ilman. Tosiasia on, että BDTT: n hallitsemiseksi on monia tapoja, sillä joihinkin niistä tarvitaan sijainti-antureita, toiset määrittävät EMF: n sijainnit käämityksissä,kolmannet vain syöttävät virtaa tarvittaviin vaiheisiin ja sähkömoottori synkronoituu itsenäisesti sellaisen virtalähteen kanssa ja siirtyy toimintatilaan.

Harjattomien tasavirtamoottoreiden pääominaisuudet:

1. Käyttötila - pitkä tai lyhyt.
2. Suurin käyttöjännite.
3. Suurin käyttövirta.
4. Suurin teho.
5. Suurimmat kierrokset ilmaisevat usein ei kierroksia, vaan KV - r / v, toisin sanoen kierrosten lukumäärä käytetyn jännitteen 1 volttia kohti (ilman akselin kuormitusta). Maksimi nopeuden saamiseksi kerrotaan tämä luku suurimmalla jännitteellä.
6. Käämityksen vastus (mitä pienempi se on, sitä korkeampi hyötysuhde) on yleensä sata- ja tuhannesosaa Ohmista.
7. Vaiheen etenemiskulma (ajoitus) on aika, jonka jälkeen käämin virta saavuttaa maksimiarvonsa, mikä johtuu induktanssista ja kytkentälaista (induktanssin virta ei voi muuttua välittömästi.

Kytkentäkaavio

Kuten edellä mainittiin, harjattoman moottorin käyttämiseen tarvitaan erityinen ohjain. Aliexpressistä löydät molemmat sarjat moottorista ja ohjaimesta tai erikseen. Säädintä kutsutaan myös ESC-moottoriksi tai sähköiseksi nopeussäätimeksi. Ne valitaan kuormalle annetun virran voimakkuuden perusteella.

Yleensä sähkömoottorin kytkeminen ohjaimeen on yksinkertaista ja ymmärrettävää jopa tutteille. Tärkeintä on tietää, että pyörimissuunnan muuttamiseksi sinun on vaihdettava kahden vaiheen yhteys, itse asiassa samoin kuin kolmivaiheisissa asynkronisissa tai synkronisissa moottoreissa.

Verkossa on useita teknisiä ratkaisuja ja järjestelmiä, sekä monimutkaisia ​​että nukkeille, jotka näet alla.

Tässä videossa kirjoittaja kertoo kuinka ystävystyä moottorin BC "Arduino" kanssa.

Ja tästä videosta opit erilaisista tavoista muodostaa yhteyden erilaisiin ohjaimiin ja kuinka voit tehdä sen itse. Kirjailija osoittaa tämän esimerkillä moottorista kiintolevyltä, ja parilla tehokkaita tapauksia - sisääntulossa ja ylösalaisimessa.

Muuten, käytämme myös videon kaaviota toistamiseen:

Missä käytetään harjattomia moottoreita

Tällaisten sähkömoottoreiden laajuus on aikataulusta edellä. Niitä käytetään sekä pienten mekanismien ajamiseen: CD-asemissa, DVD-asemissa, kiintolevyissä että voimakkaissa laitteissa: akku ja sähkötyökalu (joiden virransyöttö on noin 12 V), radio-ohjattavat mallit (esimerkiksi nelikopterit), CNC-koneet työkappaleen ajamiseen (yleensä moottorit, joiden nimellisjännite on 24 V tai 48 V).

BDTT-moottoreita käytetään laajasti sähköajoneuvoissa, melkein kaikki skootterien, polkupyörien, moottoripyörien ja autojen nykyaikaiset moottoripyörät ovat harjattomia moottoreita. Muuten, kuljetukseen tarkoitettujen sähkömoottoreiden nimellisjännite on laajassa valikoimassa, esimerkiksi polkupyörän pyörämoottori käy usein 36 V: n tai 48 V: n välillä, harvinaisilla poikkeuksilla ja enemmän, ja esimerkiksi autoissa Toyota Prius on noin 120 V, ja Nissan Leaf -levyllä. - tulee 400, kun se latautuu 220 V verkosta (tämä toteutetaan sisäänrakennetulla muuntimella).

Itse asiassa harjattomien sähkömoottoreiden laajuus on hyvin laaja, kollektorisolmun puuttuminen mahdollistaa sen käytön vaarallisissa paikoissa sekä paikoissa, joissa on korkea kosteus, pelkäämättä oikosulkua, kipinöintiä tai tulipaloa harjakokoonpanon vioista. Korkean hyötysuhteensa ja hyvien kokonaismittojensa ansiosta ne ovat löytäneet sovelluksen avaruusteollisuudessa.

Edut ja haitat

Harjattomilla tasavirtamoottoreilla, kuten muun tyyppisillä sähkökoneilla, on tiettyjä etuja ja haittoja.

BDTT: n edut ovat seuraavat:

• Voimakkaiden kestomagneettien (esimerkiksi neodyymi) virityksen ansiosta ne ovat vääntömomentissa ja tehossa parempia ja niiden mitat ovat pienemmät kuin induktiomoottorien. Mitä useimmat sähköajoneuvojen valmistajat käyttävät - skoottereista autoihin.
• Mikään kipinöivä harjakeräinkokoonpano ei vaadi säännöllistä huoltoa.
• Käytettäessä korkealaatuista ohjainta, toisin kuin samassa CD-levyssä, ne eivät häiritse virransyöttöverkkoa, mikä on erityisen tärkeää radio-ohjatuissa laitteissa ja ajoneuvoissa, joissa on edistyksellisiä elektronisia laitteita kiinteän verkon sisällä.
• Tehokkuus yli 80, useammin ja 90%.
• Suuri pyörimisnopeus, joissakin tapauksissa jopa 100 000 rpm.

Mutta siinä on merkittävä miinus: harjaton moottori ilman ohjainta on vain rautapala, jossa on kuparikäämi. Hän ei pysty työskentelemään. Ohjaimet eivät ole halpoja ja useimmiten ne on tilattava verkkokaupoista tai aliexpress-palvelusta. Tämän takia BC-moottorien käyttö kotitekoisissa malleissa ja laitteissa ei ole aina mahdollista.

Nyt tiedät mitä harjaton DC-moottori on, miten se toimii ja missä sitä käytetään. Toivomme artikkelisi auttaneet sinua selvittämään kaikki ongelmat!

Aiheeseen liittyvät materiaalit:

• Mikä on roottori ja staattori
• Kuinka koota yksinkertaisin sähkömoottori kotona
• Tasavirta- ja vaihtovirtavirtojen välinen ero