O que é um motor CC sem escova, como é construído e funcionando

Definição

Um motor DC sem escova é chamado de motor DC, cuja corrente nos enrolamentos é comutada por um dispositivo de comutação especial - é chamado de “driver” ou “inversor” e esses enrolamentos estão sempre localizados no estator. O comutador consiste em 6 transistores, eles fornecem corrente para um enrolamento específico, dependendo da posição do rotor.

Na literatura doméstica, esses motores são chamados de "válvulas" (porque os comutadores de semicondutores são chamados de "válvulas"), e há uma separação dessas máquinas elétricas em dois tipos na forma de contra-EMF. Na literatura estrangeira, essa diferença persiste, uma delas é chamada analogamente ao russo "BLDC" (acionamento ou motor de corrente contínua sem escova), que literalmente soa como "motor CC sem escova" em seus enrolamentos, aparece uma EMF trapezoidal. Motores de válvulas com EMF sinusoidal são chamados PMSM (máquina síncrona de ímã permanente), que se traduz como "motor elétrico síncrono com excitação por ímãs permanentes".

O dispositivo e princípio de operação

O coletor no KDPT serve como um nó para alternar a corrente nos enrolamentos da armadura. Em um motor CC sem escova (BDT), esse papel é desempenhado não pelas escovas de lamela, mas pelo comutador dele por interruptores semicondutores - transistores. Os transistores alternam os enrolamentos do estator, criando um campo magnético rotativo que interage com o campo dos ímãs do rotor. E quando a corrente flui através de um condutor que está em um campo magnético, ela age sobre ele Força ampères, devido à ação dessa força, um torque é gerado no eixo das máquinas elétricas. O princípio de operação de qualquer motor elétrico é baseado nisso.

Agora vamos descobrir como o motor sem escova funciona. Normalmente, três enrolamentos estão localizados no estator BDPT. Por analogia com os motores de corrente alternada, eles são chamados de trifásicos. Isso é parcialmente verdade: os motores sem escova funcionam com uma fonte de corrente direta (geralmente a partir de baterias), mas o controlador liga os enrolamentos alternadamente. No entanto, não é inteiramente verdade dizer que a corrente alternada flui através dos enrolamentos. A forma final do enrolamento da tensão de alimentação é formada por pulsos de controle de transistor retangulares.

Um motor sem escova trifásico pode ser de três ou quatro fios, onde o quarto fio é uma torneira do ponto médio (se os enrolamentos estiverem conectados ao longo padrão de estrela).

Enrolamentos ou, em palavras simples, bobinas de fio de cobre encaixam nos dentes do núcleo do estator. Dependendo do design e da finalidade da unidade, o estator pode ter um número diferente de dentes. Existem diferentes opções para a distribuição dos enrolamentos de fase ao longo dos dentes do rotor, ilustradas na figura a seguir.

Os enrolamentos de cada um dos dentes em uma fase podem ser conectados em série ou em paralelo, dependendo das tarefas atribuídas ao projetista em termos de potência e no momento do acionamento projetado, e os enrolamentos de fase são interconectados de acordo com o padrão de uma estrela ou triângulo, como assíncrono ou síncrono motores CA trifásicos.

Os sensores de posição do rotor podem ser instalados no estator. Os sensores Hall são frequentemente usados, eles emitem um sinal ao controlador quando são afetados pelo campo magnético dos ímãs do rotor. Isso é necessário para que o controlador “saiba” em que posição o rotor está e forneça energia aos enrolamentos correspondentes. Isso é necessário para aumentar a eficiência e a estabilidade do trabalho e, em suma, para extrair toda a potência possível do motor. Os sensores geralmente instalam 3 peças. Mas a presença de sensores complica o dispositivo de um motor sem escova, eles precisam conduzir fios adicionais para linhas de energia e dados.

No BDTT, ímãs permanentes montados no rotor são usados ​​para excitação e o estator é uma âncora. Lembre-se de que, nas máquinas coletoras, é o contrário (o rotor é uma âncora) e, para excitação no CD, são usados ​​ímãs permanentes e eletroímãs (enrolamentos).

Os ímãs são montados com pólos alternados e, consequentemente, seu número determina o número de pares de pólos. Mas isso não significa que quantos ímãs, e quantos pares de pólos. Vários ímãs podem formar um poste. O número de rotações por minuto depende do número de pólos, como é o caso de um motor de indução (e outros). Ou seja, de um controlador nas mesmas configurações, motores sem escova com um número diferente de pares de pólos girarão em velocidades diferentes.

Tipos de BDTT

Agora vamos ver como são os motores de ímã permanente sem escova. Eles são classificados pela forma do contra-EMF, design e pela presença de sensores de posição do rotor. Portanto, existem dois tipos principais que diferem na forma de contra-CEM, que é induzida nos enrolamentos quando o rotor gira:

• BLDC - neles um anti-EMF trapezoidal;
• PMSM - anti-fem sinusoidal.

Idealmente, eles precisam de diferentes fontes de energia (controladores), mas na prática são intercambiáveis. Mas se você usar um controlador com uma tensão de saída retangular ou trapezoidal com um motor PMSM, ouvirá sons característicos, semelhantes a uma batida durante a rotação.

E, por design, os motores CC sem escova são:

• Com um rotor interno. Essa é uma representação mais familiar do motor elétrico, quando o estator é um corpo e o eixo localizado nele gira. Muitas vezes, eles são chamados de palavra inglesa "Inrunner". Essa opção geralmente é usada para motores elétricos de alta velocidade.
• Com um rotor externo. Aqui, a parte externa do motor gira com um eixo fixo; em fontes inglesas, é chamado de "outrunner". Este circuito do dispositivo é usado quando você precisa de um momento alto.

O design é escolhido dependendo do motivo pelo qual um motor sem escova é necessário em uma aplicação específica.

A indústria moderna produz motores sem escova com e sem sensores de posição do rotor. O fato é que existem muitas maneiras de controlar o BDTT, para algumas delas são necessários sensores de posição, outras determinam as posições por EMF nos enrolamentosos terceiros simplesmente fornecem energia às fases necessárias e o motor elétrico sincroniza independentemente com essa fonte de energia e entra no modo de operação.

Principais características dos motores de corrente contínua sem escova:

1. Modo de operação - longo ou curto.
2. Tensão operacional máxima.
3. Corrente de trabalho máxima.
4. Força maxima.
5. As rotações máximas geralmente indicam não rotações, mas KV - r / v, ou seja, o número de rotações por 1 volt da tensão aplicada (sem carga no eixo). Para obter a velocidade máxima - multiplique esse número pela tensão máxima.
6. A resistência do enrolamento (quanto menor, maior a eficiência), geralmente é de centésimos e milésimos de Ohm.
7. O ângulo de avanço de fase (tempo) é o tempo após o qual a corrente no enrolamento atinge seu máximo, devido às leis de indutância e comutação (a corrente na indutância não pode mudar instantaneamente.

Diagrama de fiação

Como mencionado acima, para a operação de um motor sem escova, você precisa de um controlador especial. No aliexpress, você pode encontrar os dois kits do motor e do controlador ou separadamente. O controlador também é chamado de Motor ESC ou Controlador de Velocidade Elétrico. Eles são selecionados pela força da corrente fornecida à carga.

Normalmente, conectar o motor elétrico ao controlador é simples e é compreensível até para manequins. O principal que você precisa saber é que, para alterar o sentido de rotação, é necessário alterar a conexão de duas fases, de fato, bem como nos motores assíncronos ou síncronos trifásicos.

A rede possui várias soluções e esquemas técnicos, complexos e para manequins, que você pode ver abaixo.

Neste vídeo, o autor conta como fazer amizade com o motor BC "Arduino".

E neste vídeo, você aprenderá sobre diferentes maneiras de conectar-se a diferentes controladores e como você pode fazer isso sozinho. O autor demonstra isso com um exemplo de um motor do HDD e um par de instâncias poderosas - inrunner e outrunner.

A propósito, também aplicamos o diagrama do vídeo para repetição:

Onde motores sem escova são usados

O escopo desses motores elétricos está adiantado em relação ao cronograma. Eles são usados ​​tanto para acionar pequenos mecanismos: em unidades de CD, DVD, discos rígidos e em dispositivos poderosos: uma bateria e uma ferramenta elétrica (com uma fonte de alimentação de cerca de 12V), modelos controlados por rádio (por exemplo, quadrocopters), máquinas CNC para dirigir um corpo de trabalho (geralmente motores com tensão nominal de 24V ou 48V).

Os BDTTs são amplamente utilizados em veículos elétricos, quase todas as rodas de motor modernas de scooters, bicicletas, motocicletas e carros são motores sem escova. A propósito, a tensão nominal dos motores elétricos para transporte encontra-se em uma ampla gama, por exemplo, o motor de roda de bicicleta costuma rodar de 36V ou 48V, com raras exceções e muito mais, e em carros, por exemplo, no Toyota Prius de 120V e no Nissan Leaf - chega a 400 enquanto carrega de uma rede de 220V (isso é implementado usando o conversor embutido).

De fato, o escopo dos motores elétricos sem escova é muito extenso, a ausência de um nó coletor permite que seja utilizado em locais perigosos, bem como em locais com alta umidade, sem medo de curtos-circuitos, faíscas ou incêndio devido a defeitos na montagem da escova. Devido à sua alta eficiência e boas dimensões gerais, eles encontraram aplicação na indústria espacial.

Vantagens e desvantagens

Os motores CC sem escova, como outros tipos de máquinas elétricas, têm certas vantagens e desvantagens.

As vantagens do BDTT são as seguintes:

• Graças à excitação por ímãs permanentes poderosos (neodímio, por exemplo), eles são superiores em torque e potência e têm dimensões menores que os motores de indução. O que é usado pela maioria dos fabricantes de veículos elétricos - de scooters a carros.
• Não existe um conjunto coletor de escovas que requeira manutenção regular.
• Ao usar um controlador de alta qualidade, diferentemente do mesmo CD, eles não interferem na rede de fonte de alimentação, o que é especialmente importante em dispositivos controlados por rádio e veículos com equipamentos eletrônicos avançados na rede de bordo.
• Eficiência superior a 80, mais frequente e 90%.
• Alta velocidade de rotação, em alguns casos até 100.000 rpm.

Mas há um ponto negativo significativo: um motor sem escova sem um controlador é apenas um pedaço de ferro com um enrolamento de cobre. Ele não será capaz de trabalhar. Os controladores não são baratos e, na maioria das vezes, precisam ser pedidos em lojas on-line ou com aliexpress. Por esse motivo, nem sempre é possível usar motores BC em modelos e dispositivos caseiros.

Agora você sabe o que é um motor CC sem escova, como ele funciona e onde é usado. Esperamos que nosso artigo tenha ajudado você a resolver todos os problemas!

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