Co je to střídavý stejnosměrný motor, jak je postaven a spuštěn

Definice

Stejnosměrný motor se střídavým proudem se nazývá stejnosměrný motor, jehož proud ve vinutích se spíná speciálním spínacím zařízením - nazývá se „řidič“ nebo „střídač“ a tato vinutí jsou vždy umístěna na statoru. Spínač se skládá ze 6 tranzistorů, které dodávají proud do konkrétního vinutí v závislosti na poloze rotoru.

V domácí literatuře se takové motory nazývají „ventily“ (protože polovodičové spínače se nazývají „ventily“) a tyto elektrické stroje se dělí na dva typy ve formě proti EMF. V zahraniční literatuře takový rozdíl přetrvává, jedna z nich se nazývá analogicky jako ruský „BLDC“ (bezkartáčový stejnosměrný pohon nebo motor), který doslova zní jako „bezkartáčový stejnosměrný motor“ ve svých vinutích a objevuje se lichoběžníkový elektromagnetický výboj. Ventilové motory se sinusovým EMF se nazývají PMSM (synchronní stroj s permanentními magnety), který se překládá jako „synchronní elektromotor s buzením permanentními magnety“.

Zařízení a princip činnosti

Kolektor v KDPT slouží jako uzel pro přepínání proudu ve vinutí kotvy. U stejnosměrného motoru bez střídavého proudu (BDT) tuto roli nehrají kartáče s lamelami, ale komutátor, jsou to polovodičové spínače - tranzistory. Tranzistory přepínají vinutí statoru a vytvářejí rotující magnetické pole, které interaguje s polem rotorových magnetů. A když proud protéká vodičem, který je v magnetickém poli, působí na něj Ampérová sílaV důsledku působení této síly se na hřídeli elektrických strojů vytváří točivý moment. Z toho vychází princip fungování jakéhokoli elektromotoru.

Nyní pojďme zjistit, jak funguje bezkomutátorový motor. 3 vinutí se obvykle nacházejí na statoru BDPT, analogicky s AC motory se často nazývají třífázové. To je částečně pravda: bezkomutátorové motory pracují na stejnosměrném zdroji (obvykle z baterií), ale regulátor střídavě zapíná vinutí. Není však úplně pravda, že střídavý proud protéká vinutím. Konečný tvar vinutí napájecího napětí je tvořen obdélníkovými tranzistorovými řídicími impulsy.

Trojfázový bezkartáčový motor může být třívodičový nebo čtyřvodičový, přičemž čtvrtým drátem je kohout ze středu (pokud jsou vinutí spojena podél hvězda vzor).

Vinutí nebo jednoduše řečeno cívky měděného drátu zapadají do zubů jádra statoru. V závislosti na konstrukci a účelu pohonu může mít stator různý počet zubů. Existují různé možnosti rozložení fázových vinutí podél zubů rotoru, což je znázorněno na následujícím obrázku.

Vinutí každého ze zubů v jedné fázi může být spojeno v sérii nebo paralelně, v závislosti na úkolech přidělených projektantovi, pokud jde o výkon a moment navrženého pohonu, a fázová vinutí jsou vzájemně propojena podle vzoru hvězdy nebo trojúhelníku, jako je asynchronní nebo synchronní třífázové střídavé motory.

Do statoru lze nainstalovat snímače polohy rotoru. Hallovy senzory se často používají, dávají ovladači signál, když jsou ovlivněny magnetickým polem rotorových magnetů. To je nezbytné, aby řídicí jednotka „věděla“, v jaké poloze je rotor, a aby dodávala energii odpovídajícím vinutím. To je nezbytné ke zvýšení účinnosti a stability práce a zkráceně k vytlačení veškerého možného výkonu z motoru. Senzory obvykle instalovaly 3 kusy. Přítomnost senzorů však komplikuje zařízení bezkomutátorového motoru, musí vést další vodiče pro napájení a datové vedení.

V BDTT se pro buzení používají permanentní magnety namontované na rotoru a stator je kotva. Připomeňme, že v kolektorových strojích je to naopak (rotor je kotva) a pro buzení v CD se používají permanentní magnety i elektromagnetické (vinutí).

Magnety jsou osazeny střídavými póly, a proto jejich počet určuje počet párů pólů. Ale to neznamená, že kolik magnetů, pak tolik párů pólů. Jeden pól může tvořit několik magnetů. Počet otáček za minutu závisí na počtu pólů, jako je tomu u indukčního motoru (a dalších). To znamená, že od jednoho regulátoru se stejným nastavením se budou střídavé motory s různým počtem párů pólů otáčet různými rychlostmi.

Typy BDTT

Nyní se podívejme, jaké jsou motory bez permanentního magnetu bez kartáčů. Jsou klasifikovány podle tvaru čítače EMF, konstrukce a přítomnosti snímačů polohy rotoru. Existují tedy dva hlavní typy, které se liší ve formě počítadla EMF, které je indukováno ve vinutí, když se rotor otáčí:

• BLDC - v nich lichoběžníkový anti-EMF;
• PMSM - sinusový anti-emf.

V ideálním případě potřebují různé zdroje energie (regulátory), ale v praxi jsou vzájemně zaměnitelné. Pokud ale použijete ovladač s pravoúhlým nebo lichoběžníkovým výstupním napětím s motorem PMSM, uslyšíte během rotace charakteristické zvuky podobné klepání.

A stejnosměrné stejnosměrné motory jsou:

• S vnitřním rotorem. Toto je známější znázornění elektromotoru, když je stator tělesem a hřídel v něm uložená se otáčí. Často se jim říká anglické slovo „Inrunner“. Tato možnost se obvykle používá pro vysokorychlostní elektrické motory.
• S externím rotorem. Zde se vnější část motoru otáčí s upevněnou hřídelí, v anglických zdrojích se nazývá „outrunner“. Tento obvod zařízení se používá, když potřebujete vysoký okamžik.

Konstrukce je volena v závislosti na tom, proč je v konkrétní aplikaci potřeba bezkomutátorový motor.

Moderní průmysl vyrábí bezkartáčové motory se snímači polohy rotoru i bez nich. Faktem je, že existuje mnoho způsobů, jak ovládat BDTT, pro některé z nich jsou zapotřebí polohové senzory, jiné určují polohy pomocí EMF ve vinutí,třetí z nich jednoduše dodávají energii do potřebných fází a motor se s tímto zdrojem energie synchronizuje a přejde do provozního režimu.

Hlavní vlastnosti bezkartáčových stejnosměrných motorů:

1. Provozní režim - dlouhý nebo krátký.
2. Maximální provozní napětí.
3. Maximální pracovní proud.
4. Maximální výkon.
5. Maximální otáčky často označují nikoli otáčky, ale KV - r / v, tj. Počet otáček na 1 volt aplikovaného napětí (bez zatížení na hřídeli). Chcete-li získat maximální rychlost - vynásobte toto číslo maximálním napětím.
6. Odpor vinutí (čím menší je, tím vyšší je účinnost), obvykle činí stotiny a tisíciny Ohmu.
7. Úhel fázového posunu (časování) je čas, po kterém proud vinutí dosáhne svého maxima, je to kvůli zákonům indukčnosti a spínání (proud v indukčnosti se nemůže okamžitě změnit.

Schéma zapojení

Jak bylo uvedeno výše, pro provoz bezkomutátorového motoru potřebujete speciální ovladač. Na aliexpressu najdete obě sady z motoru a ovladače, nebo samostatně. Regulátor se také nazývá motor ESC nebo elektrický regulátor rychlosti. Jsou vybírány podle síly proudu danému zatížení.

Připojení elektrického motoru k ovladači je obvykle jednoduché a pochopitelné i pro figuríny. Hlavní věc, kterou potřebujete vědět, je, že ke změně směru otáčení je třeba změnit připojení jakýchkoli dvou fází, ve skutečnosti i třífázových asynchronních nebo synchronních motorů.

Síť má řadu technických řešení a schémat, jak složitých, tak i pro figuríny, které můžete vidět níže.

V tomto videu autor říká, jak se spřátelit s motorem BC „Arduino“.

A v tomto videu se dozvíte o různých způsobech připojení k různým řadičům a o tom, jak to můžete udělat sami. Autor to demonstruje na příkladu motoru z HDD a pár výkonných instancí - inrunner a outrunner.

Mimochodem, použijeme také diagram z videa pro opakování:

Tam, kde se používají střídavé motory

Rozsah těchto elektrických motorů je před plánem široký. Používají se jak pro řízení malých mechanismů: v jednotkách CD, DVD, pevných discích, tak ve výkonných zařízeních: baterie a elektrické nářadí (s napájecím zdrojem asi 12 V), rádiem řízené modely (například kvadrokoptéry), CNC stroje pro řízení pracovního těla (obvykle motory se jmenovitým napětím 24 V nebo 48 V).

BDTT se běžně používají v elektrických vozidlech, téměř všechna moderní motorová kola elektrických skútrů, jízdních kol, motocyklů a automobilů jsou bezkomutátorové. Mimochodem, jmenovité napětí elektromotorů pro dopravu leží v širokém rozmezí, například, motor kola kola často běží od 36V nebo 48V, se vzácnými výjimkami a více, a v autech, například, Toyota Prius je asi 120V, a na Nissan Leaf - dosahuje 400, při nabíjení ze sítě 220V (je implementováno pomocí vestavěného převodníku).

Ve skutečnosti je rozsah bezkomutátorových elektromotorů velmi rozsáhlý, protože nepřítomnost kolektorového uzlu umožňuje jeho použití na nebezpečných místech, jakož i na místech s vysokou vlhkostí, bez obav z zkratů, jiskření nebo požáru v důsledku závad v sestavě kartáčů. Díky své vysoké účinnosti a dobrým celkovým rozměrům našli uplatnění ve vesmírném průmyslu.

Výhody a nevýhody

Stejnosměrné motory bez střídavého proudu, stejně jako jiné typy elektrických strojů, mají určité výhody a nevýhody.

Výhody BDTT jsou následující:

• Díky buzení silnými permanentními magnety (například neodym) jsou vynikající v kroutícím momentu a výkonu a mají menší rozměry než indukční motory. Co používá většina výrobců elektrických vozidel - od skútrů po auta.
• Neexistuje žádná sestava kolektoru jiskření, která vyžaduje pravidelnou údržbu.
• Při použití vysoce kvalitního kontroléru na rozdíl od stejného CD nenarušují napájecí síť, což je důležité zejména u rádiem ovládaných zařízení a vozidel s vyspělým elektronickým zařízením v palubní síti.
• Účinnost více než 80, častěji a 90%.
• Vysoká rychlost otáčení, v některých případech až 100 000 ot / min.

Ale je tu významný minus: bezkomutátorový motor bez ovladače je jen kus železa s měděným vinutím. Nebude schopen pracovat. Ovladače nejsou levné a nejčastěji je nutné je objednávat v internetových obchodech nebo u aliexpress. Z tohoto důvodu není používání motorů BC v domácích modelech a zařízeních vždy možné.

Nyní víte, co je bezkomutátorový stejnosměrný motor, jak to funguje a kde se používá. Doufáme, že vám náš článek pomohl vyřešit všechny problémy!

Související materiály:

• Co je rotor a stator
• Jak sestavit nejjednodušší elektrický motor doma
• Rozdíl mezi DC a AC