Fırçasız DC motor nedir, nasıl kurulur ve çalışır

Tanım

Fırçasız DC motora DC motor denir, sargılarındaki akım özel bir anahtar cihazı ile değiştirilir - buna “sürücü” veya “invertör” denir ve bu sargılar her zaman statorda bulunur. Anahtar 6 transistörden oluşur, rotorun konumuna bağlı olarak belirli bir sargıya akım sağlarlar.

Yerli literatürde, bu tür motorlara “valf” denir (çünkü yarı iletken anahtarlara “valfler” denir) ve bu tür elektrikli makinelerin karşı EMF şeklinde iki tipe ayrılması vardır. Yabancı literatürde böyle bir fark devam ediyor, bunlardan birine, sargılarında tam anlamıyla "trapezoidal EMF" gibi görünen "fırçasız DC motor" gibi ses veren Rus "BLDC" (fırçasız doğru akım sürücü veya motor) benzer şekilde çağrılıyor. Sinüzoidal EMF'ye sahip valf motorlarına "sabit mıknatıslarla uyarmalı senkron elektrik motoru" anlamına gelen PMSM (Kalıcı mıknatıslı senkron makine) denir.

Cihaz ve çalışma prensibi

KDPT'deki toplayıcı, armatür sargılarındaki akımı anahtarlamak için bir düğüm görevi görür. Fırçasız DC motorda (BDT), bu rol lamelli fırçalar tarafından değil, bir komütatör tarafından yarı iletken anahtarlar - transistörlerdir. Transistörler, rotor mıknatısları alanıyla etkileşime giren dönen bir manyetik alan oluşturarak stator sargılarını değiştirir. Ve akım manyetik alandaki bir iletkenden geçtiğinde, Amper kuvveti, bu kuvvetin etkisi nedeniyle, elektrikli makinelerin şaftında bir tork üretilir. Herhangi bir elektrik motorunun çalışma prensibi buna dayanmaktadır.

Şimdi fırçasız motorun nasıl çalıştığını anlayalım. 3 sargı genellikle BDPT statorunda bulunur, AC motorlara benzetilerek genellikle üç faz denir. Bu kısmen doğrudur: fırçasız motorlar doğru akım kaynağında (genellikle pillerden) çalışır, ancak kontrolör sargıları dönüşümlü olarak açar. Bununla birlikte, alternatif akımın sargılardan aktığını söylemek tamamen doğru değildir. Besleme gerilimi sargısının son şekli dikdörtgen transistör kontrol darbeleri ile oluşturulur.

Üç fazlı fırçasız motor, üç telli veya dört telli olabilir, burada dördüncü tel, orta noktadan bir musluktur (sargılar boyunca bağlanırsa) yıldız deseni).

Sargılar veya basit bir şekilde, bakır tel bobinleri stator çekirdeğinin dişlerine oturur. Sürücünün tasarımına ve amacına bağlı olarak, statorun farklı sayıda dişi olabilir. Faz sargılarının, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi rotor dişleri boyunca dağılımı için farklı seçenekler vardır.

Bir faz içindeki dişlerin her birinin sargıları, güç ve tasarlanan tahrikin momenti açısından tasarımcıya verilen görevlere bağlı olarak seri veya paralel olarak bağlanabilir ve faz sargıları, bir yıldızın veya bir üçgenin desenine göre birbirine bağlanır, örneğin eşzamanlı olmayan veya senkron üç fazlı AC motorlar.

Rotor konum sensörleri statöre monte edilebilir. Hall sensörleri sıklıkla kullanılır, rotor mıknatıslarının manyetik alanından etkilendiklerinde kontrolöre bir sinyal verir. Bu, kontrolörün rotorun hangi konumda olduğunu “bilmesi” ve karşılık gelen sargılara güç beslemesi için gereklidir. Bu, işin verimliliğini ve istikrarını arttırmak ve kısaca motordan mümkün olan tüm gücü sıkmak için gereklidir. Sensörler genellikle 3 adet monte edilir. Ancak sensörlerin varlığı fırçasız bir motorun cihazını zorlaştırır, güç ve veri hatları için ek kablolar yapmaları gerekir.

BDTT'de, uyarma için rotor üzerine monte edilmiş sabit mıknatıslar kullanılır ve stator bir çapadır. Toplayıcı makinelerde bunun tam tersi olduğunu (rotorun bir çapa olduğunu) ve CD'de uyarma için hem kalıcı mıknatısların hem de elektromıknatısların (sargılar) kullanıldığını hatırlayın.

Mıknatıslar alternatif kutuplarla monte edilir ve buna göre sayıları kutup çiftlerinin sayısını belirler. Ancak bu, kaç mıknatıs, daha sonra çift kutup sayısı anlamına gelmez. Birkaç mıknatıs bir kutup oluşturabilir. Dakikadaki devir sayısı, bir endüksiyon motorunda (ve diğerlerinde) olduğu gibi kutup sayısına bağlıdır. Yani, aynı ayarlardaki bir denetleyiciden, farklı sayıda kutup çiftine sahip fırçasız motorlar farklı hızlarda dönecektir.

BDTT Çeşitleri

Şimdi fırçasız sabit mıknatıslı motorların nasıl olduğunu görelim. Karşı EMF'nin şekli, tasarımı ve rotor pozisyon sensörlerinin varlığı ile sınıflandırılırlar. Bu nedenle, rotor döndüğünde sargılarda indüklenen karşı EMF şeklinde farklılık gösteren iki ana tip vardır:

• BLDC - içlerinde trapezoidal bir anti-EMF;
• PMSM - anti-emf sinüzoidal.

İdeal olarak, farklı güç kaynaklarına (kontrolörlere) ihtiyaç duyarlar, ancak pratikte değiştirilebilirler. Ancak, PMSM motorlu dikdörtgen veya trapez çıkış voltajı olan bir kontrol cihazı kullanırsanız, dönüş sırasındaki vuruntuya benzer karakteristik sesler duyarsınız.

Ve tasarım gereği, fırçasız DC motorlar:

• Dahili bir rotor ile. Bu, stator bir gövde olduğunda ve içinde bulunan mil döndüğünde elektrik motorunun daha tanıdık bir temsilidir. Genellikle İngilizce kelime "Inrunner" denir. Bu seçenek genellikle yüksek hızlı elektrik motorları için kullanılır.
• Harici bir rotor ile. Burada motorun dış kısmı sabitlenmiş bir şaft ile döner; İngilizce kaynaklarda buna “dışlayıcı” denir. Bu cihaz devresi yüksek bir ana ihtiyacınız olduğunda kullanılır.

Tasarım, belirli bir uygulamada neden fırçasız bir motora ihtiyaç duyulduğuna bağlı olarak seçilir.

Modern endüstri, rotor konum sensörleri olan ve olmayan fırçasız motorlar üretir. Gerçek şu ki, BDTT'yi kontrol etmenin birçok yolu vardır, bazıları için konum sensörlerine ihtiyaç vardır, diğerleri EMF tarafından sargılardaki konumları belirler,üçüncü olanlar sadece gerekli fazlara güç sağlar ve motor bağımsız olarak bu güç kaynağı ile senkronize olur ve çalışma moduna girer.

Fırçasız DC motorların ana özellikleri:

1. Çalışma modu - uzun veya kısa.
2. Maksimum çalışma gerilimi.
3. Maksimum çalışma akımı.
4. Maksimum güç.
5. Maksimum devir, genellikle devirleri değil, KV - r / v yani, uygulanan voltajın 1 volt başına (mil üzerinde yük olmadan) devir sayısını gösterir. Maksimum hızı elde etmek için - bu sayıyı maksimum voltajla çarpın.
6. Sargının direnci (ne kadar küçükse, verimlilik o kadar yüksektir), genellikle Ohm'in yüzüncü ve binde biridir.
7. Faz ilerleme açısı (zamanlama), sarımdaki akımın maksimuma ulaştığı süredir, bunun nedeni endüktans ve anahtarlama yasalarıdır (endüktanstaki akım anında değişemez.

Bağlantı şeması

Yukarıda belirtildiği gibi, fırçasız bir motorun çalışması için özel bir denetleyiciye ihtiyacınız vardır. Aliexpress, bulabilirsiniz her iki kit motor ve denetleyici, veya ayrı. Denetleyiciye ESC Motor veya Elektrikli Hız Denetleyici de denir. Yüke verilen akımın gücü ile seçilirler.

Genellikle elektrik motorunu denetleyiciye bağlamak basittir ve aptallar için bile anlaşılabilir. Bilmeniz gereken ana şey - dönme yönünü değiştirmek için, herhangi bir iki fazın bağlantısını, aslında üç fazlı asenkron veya senkron motorlarda değiştirmeniz gerekir.

Ağ, aşağıda görebileceğiniz, hem karmaşık hem de aptallar için bir dizi teknik çözüm ve şemaya sahiptir.

Bu videoda, yazar motor "BC" Arduino "ile nasıl arkadaş olunacağını anlatıyor.

Ve bu videoda farklı denetleyicilere bağlanmak için farklı yollar ve bunu kendiniz nasıl yapabileceğiniz hakkında bilgi edineceksiniz. Yazar bunu HDD'den bir motor örneği ve bir çift güçlü örnekle (inrunner ve outrunner) gösterir.

Bu arada, tekrar için videodaki diyagramı da uyguluyoruz:

Fırçasız motorların kullanıldığı yerler

Bu tür elektrik motorlarının kapsamı zamanlamanın ötesindedir. Her ikisi de küçük mekanizmaları sürmek için kullanılır: CD sürücülerinde, DVD sürücülerinde, sabit sürücülerinde ve güçlü cihazlarda: pil ve elektrikli alet (yaklaşık 12 V güç kaynağı ile), radyo kontrollü modeller (örneğin, quadrocopters), çalışan bir gövdeyi çalıştırmak için CNC makineleri (genellikle 24V veya 48V nominal gerilime sahip motorlar).

BDTT'ler elektrikli araçlarda yaygın olarak kullanılmaktadır, elektrikli scooter, bisiklet, motosiklet ve arabaların neredeyse tüm modern motor tekerlekleri fırçasız motorlardır. Bu arada, taşıma için elektrikli motorların nominal gerilimi geniş bir aralıkta yer alır, örneğin, bisiklet tekerleği motoru genellikle nadir istisnalar ve daha fazlası ile 36V veya 48V'den çalışır ve örneğin otomobillerde, Toyota Prius yaklaşık 120V'dir ve Nissan Yaprağı - 220V ağdan şarj olurken 400'e gelir (bu, dahili dönüştürücü kullanılarak gerçekleştirilir).

Aslında, fırçasız elektrik motorlarının kapsamı çok geniştir, bir toplayıcı düğümün olmaması, fırça tertibatındaki kusurlardan dolayı kısa devre, kıvılcım veya ateş korkusu olmadan tehlikeli yerlerde ve yüksek nemli yerlerde kullanılmasına izin verir. Yüksek verimlilikleri ve iyi toplam boyutları nedeniyle uzay endüstrisinde uygulama bulmuşlardır.

Avantajlar ve dezavantajlar

Fırçasız DC motorlar, diğer elektrikli makine tipleri gibi, bazı avantaj ve dezavantajlara sahiptir.

BDTT'nin avantajları aşağıdaki gibidir:

• Güçlü sabit mıknatısların (örneğin neodimyum) uyarılması sayesinde, tork ve güç bakımından üstündürler ve asenkron motorlardan daha küçük boyutlara sahiptirler. Çoğu elektrikli araç üreticisi tarafından kullanılanlar - scooterlardan arabalara.
• Düzenli bakım gerektiren kıvılcım fırçası toplayıcı düzeneği yoktur.
• Yüksek kaliteli bir denetleyici kullanırken, aynı CD'den farklı olarak, özellikle radyo kontrollü cihazlarda ve yerleşik ağda gelişmiş elektronik ekipmanı olan araçlarda önemli olan güç kaynağı ağına müdahale etmezler.
• Verimlilik 80'den fazla, daha sık ve% 90.
• Bazı durumlarda 100.000 rpm'ye kadar yüksek dönme hızı.

Ancak önemli bir eksi var: denetleyicisiz fırçasız motor, sadece bakır sargılı bir demir parçası. Çalışamayacak. Kontrolörler ucuz değildir ve çoğu zaman çevrimiçi mağazalarda veya aliexpress ile sipariş edilmelidir. Bu nedenle, BC motorları ev yapımı modellerde ve cihazlarda kullanmak her zaman mümkün değildir.

Artık fırçasız bir DC motorun ne olduğunu, nasıl çalıştığını ve nerede kullanıldığını biliyorsunuz. Yazımızın tüm sorunları çözmenize yardımcı olmasını umuyoruz!

İlgili malzemeler:

• Rotor ve stator nedir
• Evde en basit elektrik motoru nasıl monte edilir
• DC ve AC arasındaki fark