Wat is een borstelloze gelijkstroommotor, hoe is hij gebouwd en loopt hij

Definitie

Een borstelloze gelijkstroommotor wordt een gelijkstroommotor genoemd, waarvan de stroom in de wikkelingen wordt geschakeld door een speciaal schakelapparaat - het wordt de 'driver' of 'inverter' genoemd en deze wikkelingen bevinden zich altijd op de stator. De schakelaar bestaat uit 6 transistors, deze leveren stroom aan een bepaalde wikkeling, afhankelijk van de positie van de rotor.

In de binnenlandse literatuur worden dergelijke motoren "klep" genoemd (omdat halfgeleiderschakelaars "kleppen" worden genoemd), en er is een scheiding van dergelijke elektrische machines in twee typen in de vorm van tegen-EMV. In de buitenlandse literatuur blijft zo'n verschil bestaan, een daarvan wordt analoog genoemd aan de Russische "BLDC" (borstelloze gelijkstroomaandrijving of motor), die letterlijk klinkt als "borstelloze gelijkstroommotor" in hun wikkelingen verschijnt een trapeziumvormige EMF. Klepmotoren met een sinusvormige EMF worden PMSM (Permanent Magnet Synchronous Machine) genoemd, wat zich vertaalt als "synchrone elektromotor met excitatie door permanente magneten".

Het apparaat en het werkingsprincipe

De collector in de KDPT dient als knooppunt voor het schakelen van stroom in de ankerwikkelingen. In een borstelloze gelijkstroommotor (BDT) wordt deze rol niet gespeeld door borstels met lamellen, maar door een commutator, het zijn halfgeleiderschakelaars - transistors. Transistors schakelen de statorwikkelingen, waardoor een roterend magnetisch veld ontstaat dat in wisselwerking staat met het rotormagneetveld. En wanneer stroom door een geleider stroomt die zich in een magnetisch veld bevindt, werkt het erop in Ampere krachtdoor de werking van deze kracht wordt een koppel gegenereerd op de as van elektrische machines. Het werkingsprincipe van elke elektromotor is hierop gebaseerd.

Laten we nu kijken hoe de borstelloze motor werkt. 3 wikkelingen bevinden zich meestal op de BDPT-stator, naar analogie met AC-motoren worden ze vaak driefasig genoemd. Dit is gedeeltelijk waar: borstelloze motoren worden aangedreven door een gelijkstroombron (vaak van batterijen), maar de controller zet afwisselend de wikkelingen aan. Het is echter niet helemaal waar dat wisselstroom door de wikkelingen stroomt. De uiteindelijke vorm van de voedingsspanningswikkeling wordt gevormd door rechthoekige transistorstuurpulsen.

Een driefasige borstelloze motor kan driedraads of vierdraads zijn, waarbij de vierde draad een tik is vanuit het midden (als de wikkelingen zijn aangesloten langs sterpatroon).

In de tanden van de statorkern passen wikkelingen of, in eenvoudige bewoordingen, koperen draad. Afhankelijk van het ontwerp en het doel van de aandrijving, kan de stator een verschillend aantal tanden hebben. Er zijn verschillende opties voor de verdeling van fasewikkelingen langs de tanden van de rotor, wat wordt geïllustreerd door de volgende afbeelding.

De wikkelingen van elk van de tanden binnen één fase kunnen in serie of parallel worden geschakeld, afhankelijk van de taken die aan de ontwerper zijn toegewezen in termen van vermogen en het moment van de ontworpen aandrijving, en de fasewikkelingen zelf zijn onderling verbonden volgens het patroon van een ster of een driehoek, zoals asynchroon of synchroon draaistroommotoren.

Rotorpositiesensoren kunnen in de stator worden geïnstalleerd. Hall-sensoren worden vaak gebruikt, ze geven een signaal aan de controller wanneer ze worden beïnvloed door het magnetische veld van de rotormagneten. Dit is nodig om de controller te laten "weten" in welke positie de rotor is en om de bijbehorende wikkelingen van stroom te voorzien. Dit is nodig om de efficiëntie en stabiliteit van het werk te vergroten, en kortom, om alle mogelijke kracht uit de motor te persen. Sensoren zijn meestal 3 stuks geïnstalleerd. Maar de aanwezigheid van sensoren compliceert het apparaat van een borstelloze motor, ze moeten extra draden geleiden voor stroom- en datalijnen.

In de BDTT worden permanente magneten op de rotor gebruikt voor excitatie en de stator is een anker. Bedenk dat het in collectormachines andersom is (de rotor is een anker) en voor excitatie op de CD worden zowel permanente magneten als elektromagneten (wikkelingen) gebruikt.

De magneten zijn gemonteerd met afwisselende polen en daarom bepaalt hun aantal het aantal paar polen. Maar dit betekent niet hoeveel magneten, dan evenveel polen. Meerdere magneten kunnen één pool vormen. Het aantal omwentelingen per minuut hangt af van het aantal polen, zoals het geval is bij een inductiemotor (en andere). Dat wil zeggen, vanaf één controller met dezelfde instellingen draaien borstelloze motoren met een ander aantal poolparen met verschillende snelheden.

Soorten BDTT

Laten we nu eens kijken hoe borstelloze motoren met permanente magneet eruit zien. Ze worden geclassificeerd op basis van de vorm van het tegen-EMV-ontwerp, evenals op de aanwezigheid van rotorpositiesensoren. Er zijn dus twee hoofdtypen die verschillen in de vorm van tegen-EMV, die wordt opgewekt in de wikkelingen wanneer de rotor draait:

• BLDC - daarin een trapeziumvormige anti-EMF;
• PMSM - anti-emf sinusoïdaal.

Idealiter hebben ze verschillende stroombronnen (controllers) nodig, maar in de praktijk zijn ze onderling uitwisselbaar. Maar als je een controller gebruikt met een rechthoekige of trapeziumvormige uitgangsspanning met een PMSM-motor, hoor je karakteristieke geluiden, vergelijkbaar met een klop tijdens rotatie.

En door het ontwerp zijn borstelloze gelijkstroommotoren:

• Met een interne rotor. Dit is een meer bekende weergave van de elektromotor, wanneer de stator een lichaam is en de daarin geplaatste as roteert. Vaak worden ze het Engelse woord "Inrunner" genoemd. Deze optie wordt meestal gebruikt voor snelle elektromotoren.
• Met een externe rotor. Hier draait het buitenste deel van de motor met een as eraan vast, in Engelse bronnen heet het "outrunner". Dit apparaatcircuit wordt gebruikt wanneer u een hoog moment nodig heeft.

Het ontwerp wordt gekozen afhankelijk van waarom een ​​borstelloze motor nodig is in een bepaalde toepassing.

De moderne industrie produceert borstelloze motoren met en zonder rotorpositiesensoren. Feit is dat er veel manieren zijn om de BDTT te besturen, voor sommigen van hen zijn positiesensoren nodig, anderen bepalen de posities door EMF in de wikkelingen,de derde leveren eenvoudig stroom aan de noodzakelijke fasen en de motor synchroniseert onafhankelijk met een dergelijke voeding en komt in de bedrijfsmodus.

Belangrijkste kenmerken van borstelloze gelijkstroommotoren:

1. Bedrijfsmodus - lang of kort.
2. Maximale bedrijfsspanning.
3. Maximale werkstroom.
4. Maximaal vermogen.
5. De maximale omwentelingen duiden vaak niet op omwentelingen, maar op KV - r / v, dat wil zeggen het aantal omwentelingen per 1 volt van de aangelegde spanning (zonder belasting op de as). Om de maximale snelheid te krijgen, vermenigvuldig je dit aantal met de maximale spanning.
6. De weerstand van de wikkeling (hoe kleiner deze is, hoe hoger de efficiëntie), bedraagt ​​gewoonlijk honderdsten en duizendsten van Ohm.
7. De fase-voortgangshoek (timing) is de tijd waarna de stroom in de wikkeling het maximum bereikt, dit komt door de inductantie en schakelwetten (de stroom in de inductie kan niet onmiddellijk veranderen.

Bedradingsschema

Zoals hierboven vermeld, heeft u voor de bediening van een borstelloze motor een speciale controller nodig. Op AliExpress vindt u beide sets van de motor en de controller, of afzonderlijk. De controller wordt ook wel de ESC-motor of elektrische snelheidsregelaar genoemd. Ze worden geselecteerd op basis van de sterkte van de stroom die aan de belasting wordt gegeven.

Meestal is het aansluiten van de elektromotor op de controller eenvoudig en zelfs voor dummy's begrijpelijk. Het belangrijkste dat u moet weten, is dat om de draairichting te veranderen, u de verbinding van twee fasen moet veranderen, in feite ook in driefasige asynchrone of synchrone motoren.

Het netwerk heeft een aantal technische oplossingen en schema's, zowel complex als voor dummies, die je hieronder kunt zien.

In deze video vertelt de auteur hoe je vrienden kunt maken met de motor BC "Arduino".

En in deze video leer je over verschillende manieren om verbinding te maken met verschillende controllers en hoe je dit zelf kunt doen. De auteur demonstreert dit met een voorbeeld van een motor van de harde schijf en een paar krachtige instanties - inrunner en outrunner.

Trouwens, we passen het diagram uit de video ook toe voor herhaling:

Waar borstelloze motoren worden gebruikt

De reikwijdte van dergelijke elektromotoren loopt voor op schema. Ze worden zowel gebruikt voor het aansturen van kleine mechanismen: in cd-stations, dvd-stations, harde schijven en in krachtige apparaten: een batterij en een elektrisch gereedschap (met een voeding van ongeveer 12 V), radiogestuurde modellen (bijvoorbeeld quadrocopters), CNC-machines voor het besturen van een werkend lichaam (meestal motoren met een nominale spanning van 24 V of 48 V).

BDTT's worden veel gebruikt in elektrische voertuigen, bijna alle moderne motorwielen van elektrische scooters, fietsen, motorfietsen en auto's zijn borstelloze motoren. Trouwens, de nominale spanning van elektromotoren voor transport ligt in een breed bereik, de fietswielmotor loopt bijvoorbeeld vaak van 36V of 48V, met zeldzame uitzonderingen en meer, en in auto's is de Toyota Prius bijvoorbeeld ongeveer 120V en op de Nissan Leaf - komt op 400, terwijl het opladen van een 220V-netwerk (dit wordt geïmplementeerd met behulp van de ingebouwde converter).

In feite is de reikwijdte van borstelloze elektromotoren zeer uitgebreid, de afwezigheid van een collectorknoop maakt het mogelijk om het op gevaarlijke plaatsen te gebruiken, maar ook op plaatsen met een hoge luchtvochtigheid, zonder angst voor kortsluiting, vonken of vuur als gevolg van defecten in de borstelassemblage. Vanwege hun hoge efficiëntie en goede algemene afmetingen hebben ze toepassing gevonden in de ruimtevaartindustrie.

Voor- en nadelen

Borstelloze gelijkstroommotoren hebben, net als andere soorten elektrische machines, bepaalde voor- en nadelen.

De voordelen van de BDTT zijn als volgt:

• Dankzij excitatie door krachtige permanente magneten (bijvoorbeeld neodymium), zijn ze superieur in koppel en vermogen en hebben ze kleinere afmetingen dan inductiemotoren. Wat wordt gebruikt door de meeste fabrikanten van elektrische voertuigen - van scooters tot auto's.
• Er is geen vonkenborstelcollector die regelmatig onderhoud vereist.
• Bij gebruik van een hoogwaardige controller, in tegenstelling tot dezelfde cd, interfereren ze niet met het voedingsnetwerk, wat vooral belangrijk is in radiogestuurde apparaten en voertuigen met geavanceerde elektronische apparatuur in het boordnetwerk.
• Rendement meer dan 80, vaker en 90%.
• Hoge rotatiesnelheid, in sommige gevallen tot 100.000 tpm.

Maar er is een belangrijk minpuntje: een borstelloze motor zonder controller is slechts een stuk ijzer met een koperen wikkeling. Hij zal niet kunnen werken. Controllers zijn niet goedkoop en moeten meestal worden besteld in online winkels of met AliExpress. Hierdoor is het gebruik van BC motoren in zelfgemaakte modellen en apparaten niet altijd mogelijk.

Nu weet u wat een borstelloze gelijkstroommotor is, hoe hij werkt en waar hij wordt gebruikt. We hopen dat ons artikel je heeft geholpen bij het oplossen van alle problemen!

Gerelateerde materialen:

• Wat is een rotor en stator
• Hoe u de eenvoudigste elektromotor thuis kunt monteren
• Het verschil tussen DC en AC