Ce este un motor cu curent continuu fără perie, cum este construit și funcționat

definiție

Un motor continuu fără perie se numește motor continuu, al cărui curent înfășurările este comutat de un dispozitiv de comutare special - este numit „șofer” sau „invertor”, iar aceste înfășurări sunt întotdeauna amplasate pe stator. Comutatorul este format din 6 tranzistoare, acestea furnizează curent la o înfășurare particulară, în funcție de poziția rotorului.

În literatura internă, astfel de motoare sunt denumite "valve" (deoarece întrerupătoarele cu semiconductor sunt numite "valve") și există o separare a acestor mașini electrice în două tipuri sub formă de contra-EMF. În literatura străină, o astfel de diferență persistă, una dintre ele fiind denumită în mod analog „BLDC” rusesc (acționare continuă fără perie sau motor), care literalmente sună ca „motor DC fără perii” în înfășurările lor apare un EMF trapezoidal. Motoarele cu supapă cu EMF sinusoidal sunt numite PMSM (mașină sincronă cu magnet permanent), care se traduce prin „motor electric sincron cu excitație de către magneți permanenți”.

Dispozitivul și principiul funcționării

Colectorul din KDPT servește ca nod pentru comutarea curentului în înfășurările armăturii. Într-un motor DC fără perii (BDT), acest rol este jucat nu de perii lamelare, ci de comutatorul acestuia prin întrerupătoare cu semiconductor - tranzistoare. Tranzistoarele comută înfășurările statorului, creând un câmp magnetic rotativ care interacționează cu câmpul magnetic al rotorului. Și când curentul curge printr-un conductor care se află într-un câmp magnetic, acționează asupra lui Forță ampere, datorită acțiunii acestei forțe, pe arborele mașinilor electrice este generat un cuplu. Principiul funcționării oricărui motor electric se bazează pe acest lucru.

Acum să ne dăm seama cum funcționează motorul fără perii. 3 înfășurări sunt de obicei localizate pe statorul BDPT, prin analogie cu motoarele AC sunt adesea numite trifazate. Acest lucru este parțial adevărat: motoarele fără perii sunt alimentate de o sursă de curent continuu (adesea de la baterii), dar regulatorul pornește înfășurările alternativ. Cu toate acestea, nu este în întregime adevărat să spunem că curentul alternativ curge prin înfășurări. Forma finală a înfășurării tensiunii de alimentare este formată din impulsuri dreptunghiulare de control a tranzistorului.

Un motor fără perii trifazat poate fi cu trei fire sau cu patru fire, unde al patrulea fir este un robinet din punctul mijlociu (dacă înfășurările sunt conectate de-a lungul model de stele).

Înfășurări sau, în cuvinte simple, bobine de sârmă de cupru se încadrează în dinții miezului statorului. În funcție de proiectarea și scopul acționării, statorul poate avea un număr diferit de dinți. Există diferite opțiuni pentru distribuirea înfășurărilor de fază de-a lungul dinților rotorului, ceea ce este ilustrat de figura următoare.

Înfășurările fiecăruia dintre dinți dintr-o singură fază pot fi conectate în serie sau în paralel, în funcție de sarcinile atribuite proiectantului în ceea ce privește puterea și momentul antrenării proiectate, iar înfășurările de fază în sine sunt interconectate după modelul unei stele sau al unui triunghi, cum ar fi asincron sau sincronic motoare de curent trifazat.

Senzorii de poziție a rotorului pot fi instalați în stator. Senzorii de sală sunt adesea folosiți, dau un semnal controlerului atunci când sunt afectați de câmpul magnetic al magneților rotorilor. Acest lucru este necesar pentru ca regulatorul să „știe” în ce poziție se află rotorul și să furnizeze energie înfășurărilor corespunzătoare. Acest lucru este necesar pentru a crește eficiența și stabilitatea lucrării și, pe scurt, pentru a stoarce toată puterea posibilă din motor. Senzorii au instalat de obicei 3 bucăți. Însă prezența senzorilor complică dispozitivul unui motor fără perii, trebuie să conducă fire suplimentare pentru liniile de alimentare și de date.

În BDTT, pentru excitație sunt folosiți magneți permanenți montați pe rotor, iar statorul este o ancoră. Reamintim că la mașinile colectoare este invers (rotorul este o ancoră), iar pentru excitație în CD, se folosesc atât magneți permanenți, cât și electromagneti (înfășurări).

Magneții sunt montați cu poli alternanți și, în consecință, numărul lor determină numărul de perechi de poli. Dar acest lucru nu înseamnă că câți magneți, apoi câte perechi de poli. Mai mulți magneți pot forma un pol. Numărul de rotații pe minut depinde de numărul de poli, cum este cazul unui motor cu inducție (și altele). Adică, de la un controler pe aceleași setări, motoarele fără perii cu un număr diferit de perechi de poli se vor roti la viteze diferite.

Tipuri de BDTT

Acum să vedem cum sunt motoarele cu magnet permanent fără perii. Acestea sunt clasificate în funcție de forma contragazetului EMF, design, precum și de prezența senzorilor de poziție a rotorului. Deci, există două tipuri principale care diferă sub formă de contra-EMF, care este indus în înfășurări atunci când rotorul se rotește:

• BLDC - în ele un anti-EMF trapezoidal;
• PMSM - anti-emf sinusoidal.

În mod ideal, au nevoie de surse de alimentare diferite (controlere), dar în practică sunt schimbabile. Dar dacă utilizați un controler cu tensiune de ieșire dreptunghiulară sau trapezoidală cu un motor PMSM, veți auzi sunete caracteristice, similare cu o lovitură în timpul rotirii.

Iar prin design, motoarele cu perie continuă fără perii sunt:

• Cu rotor intern. Aceasta este o reprezentare mai familiară a motorului electric, atunci când statorul este un corp, iar arborele situat în el se rotește. Adesea sunt numite cuvântul englezesc „Inrunner”. Această opțiune este utilizată de obicei pentru motoare electrice de mare viteză.
• Cu rotor extern. Aici partea exterioară a motorului se rotește cu un arbore fixat la el, în surse englezești se numește „outrunner”. Acest circuit de dispozitiv este utilizat atunci când aveți nevoie de un moment înalt.

Designul este ales în funcție de motivul pentru care este nevoie de un motor fără perii într-o anumită aplicație.

Industria modernă produce motoare fără perii cu și fără senzori de poziție a rotorului. Cert este că există multe moduri de a controla BDTT, pentru că unii dintre aceștia sunt necesari senzori de poziție, alții determină pozițiile de către EMF în înfășurări,al treilea alimentează pur și simplu alimentarea cu fazele necesare, iar motorul se sincronizează independent cu o astfel de sursă de alimentare și intră în modul de operare.

Principalele caracteristici ale motoarelor DC fără perii:

1. Mod de operare - lung sau scurt.
2. Tensiunea maximă de funcționare.
3. Curent maxim de lucru.
4. Putere maxima
5. Revoluțiile maxime, adesea indică nu revoluții, ci KV - r / v, adică numărul de rotații la 1 volt din tensiunea aplicată (fără sarcină pe ax). Pentru a obține viteza maximă - înmulțiți acest număr cu tensiunea maximă.
6. Rezistența înfășurării (cu cât este mai mică, cu atât este mai mare eficiența), de obicei se ridică la sutimi și miimi de Ohm.
7. Unghiul de avansare a fazei (sincronizarea) este timpul după care curentul înfășurării atinge valoarea maximă, acest lucru se datorează legilor sale de inductanță și de comutare (curentul în inductanță nu se poate modifica instantaneu.

Schema de cablare

După cum am menționat mai sus, pentru funcționarea unui motor fără perii aveți nevoie de un controler special. Pe aliexpress, puteți găsi ambele kituri de la motor și controler, sau separat. Controlerul se mai numește și ESC Motor sau Electric Speed ​​Controller. Sunt selectate după puterea curentului dat sarcinii.

De obicei conectarea motorului electric la regulator este simplă și este de înțeles chiar și pentru manechine. Principalul lucru pe care trebuie să-l știți este că, pentru a schimba direcția de rotație, trebuie să schimbați conexiunea oricărei două faze, de fapt, precum și în motoare asincrone sau sincrone trifazate.

Rețeaua are o serie de soluții și scheme tehnice, atât complexe cât și pentru manechine, pe care le puteți vedea mai jos.

În acest videoclip, autorul povestește cum să se împrietenească cu motorul BC "Arduino".

Și în acest videoclip veți afla despre diferite moduri de a vă conecta la diferite controlere și cum puteți face asta singur. Autorul demonstrează acest lucru cu un exemplu de motor de la HDD și o pereche de cazuri puternice - inrunner și outrunner.

Apropo, aplicăm și diagrama din videoclip pentru repetare:

Unde se folosesc motoare fără perii

Domeniul de aplicare al acestor motoare electrice este în termen de termen. Sunt utilizate atât pentru a conduce mecanisme mici: în unități CD, DVD-uri, hard disk-uri, cât și în dispozitive puternice: o baterie și o unealtă electrică (cu o sursă de alimentare de aproximativ 12V), modele controlate radio (de exemplu, quadrocoptere), mașini CNC pentru conducerea unui corp de lucru (de obicei motoare cu o tensiune nominală de 24V sau 48V).

BDTT-urile sunt utilizate pe scară largă în vehiculele electrice, aproape toate roțile motoare moderne de scutere electrice, biciclete, motociclete și mașini sunt motoare fără perii. Apropo, tensiunea nominală a motoarelor electrice pentru transport se află într-o gamă largă, de exemplu, motorul roții pentru biciclete rulează adesea de la 36V sau 48V, cu excepții rare și mai mult, iar la mașini, de exemplu, Toyota Prius este de aproximativ 120V, iar pe frunza Nissan - vine la 400, în timp ce se încarcă de la o rețea de 220V (aceasta este implementată folosind convertorul încorporat).

De fapt, amploarea motoarelor electrice fără perie este foarte extinsă, absența unui nod colector permite utilizarea acestuia în locuri periculoase, precum și în locuri cu umiditate ridicată, fără temeri de scurtcircuite, arcuire sau foc din cauza defectelor din ansamblul periei. Datorită eficienței ridicate și a dimensiunilor generale bune, au găsit aplicații în industria spațială.

Avantaje și dezavantaje

Motoarele fără perie cu curent continuu, ca și alte tipuri de mașini electrice, au anumite avantaje și dezavantaje.

Avantajele BDTT sunt următoarele:

• Datorită excitației de către magneți puternici permanenți (neodim, de exemplu), sunt superiori în cuplu și putere și au dimensiuni mai mici decât motoarele cu inducție. Ce este folosit de majoritatea producătorilor de vehicule electrice - de la scutere la mașini.
• Nu există un ansamblu de colector cu perii scântei care necesită întreținere periodică.
• Când utilizați un controler de înaltă calitate, spre deosebire de același CD, acestea nu interferează cu rețeaua de alimentare, care este deosebit de importantă pentru dispozitivele controlate radio și vehiculele cu echipamente electronice avansate din rețeaua de bord.
• Eficiență mai mare de 80, mai des și 90%.
• Viteza mare de rotație, în unele cazuri până la 100.000 rpm.

Există însă un minus semnificativ: un motor fără perie fără controler este doar o bucată de fier cu o înfășurare de cupru. Nu va putea lucra. Controlerele nu sunt ieftine și cel mai adesea trebuie comandate în magazinele online sau cu aliexpress. Din această cauză, utilizarea motoarelor BC în modele și dispozitive de casă nu este întotdeauna posibilă.

Acum știți ce este un motor DC fără perii, cum funcționează și unde este folosit. Sperăm că articolul nostru te-a ajutat să rezolvi toate problemele!

Materiale conexe:

• Ce este un rotor și un stator
• Cum se asamblează cel mai simplu motor electric acasă
• Diferența dintre curent continuu și curent alternativ