Che cos'è un motore DC senza spazzole, come è costruito e funzionante

definizione

Un motore CC senza spazzole viene chiamato motore CC, la cui corrente negli avvolgimenti viene commutata da uno speciale dispositivo di commutazione - si chiama "driver" o "inverter" e questi avvolgimenti si trovano sempre sullo statore. L'interruttore è composto da 6 transistor, forniscono corrente ad un particolare avvolgimento, a seconda della posizione del rotore.

Nella letteratura domestica, tali motori sono chiamati "valvola" (perché gli interruttori a semiconduttore sono chiamati "valvole") e vi è una separazione di tali macchine elettriche in due tipi sotto forma di contro-EMF. Nella letteratura straniera, una tale differenza persiste, uno di questi è chiamato in modo analogo al "BLDC" russo (motore o motore a corrente continua senza spazzole), che letteralmente suona come "motore CC senza spazzole" nei loro avvolgimenti appare un EMF trapezoidale. I motori delle valvole con un EMF sinusoidale sono chiamati PMSM (macchina sincrona a magnete permanente), che si traduce come "motore elettrico sincrono con eccitazione di magneti permanenti".

Il dispositivo e il principio di funzionamento

Il collettore nel KDPT funge da nodo per la commutazione della corrente negli avvolgimenti dell'armatura. In un motore DC senza spazzole (BDT), questo ruolo non è svolto dalle spazzole a lamella, ma dal commutatore di esso da interruttori a semiconduttore - transistor. I transistor commutano gli avvolgimenti dello statore, creando un campo magnetico rotante che interagisce con il campo dei magneti del rotore. E quando la corrente fluisce attraverso un conduttore che si trova in un campo magnetico, agisce su di esso Forza Ampere, a causa dell'azione di questa forza, viene generata una coppia sull'albero delle macchine elettriche. Il principio di funzionamento di qualsiasi motore elettrico si basa su questo.

Ora scopriamo come funziona il motore brushless. Di solito 3 avvolgimenti si trovano sullo statore BDPT, per analogia con i motori AC sono spesso chiamati trifase. Ciò è in parte vero: i motori brushless funzionano con una sorgente di corrente continua (solitamente da batterie), ma il controller accende gli avvolgimenti alternativamente. Tuttavia, non è del tutto vero dire che la corrente alternata scorre attraverso gli avvolgimenti. La forma finale dell'avvolgimento della tensione di alimentazione è formata da impulsi di controllo a transistor rettangolari.

Un motore brushless trifase può essere a tre o quattro fili, in cui il quarto filo è un rubinetto dal punto medio (se gli avvolgimenti sono collegati lungo motivo a stelle).

Avvolgimenti o, in parole semplici, bobine di filo di rame si adattano ai denti del nucleo dello statore. A seconda del design e dello scopo dell'unità, lo statore può avere un numero diverso di denti. Esistono diverse opzioni per la distribuzione degli avvolgimenti di fase lungo i denti del rotore, come illustrato nella figura seguente.

Gli avvolgimenti di ciascuno dei denti all'interno di una fase possono essere collegati in serie o in parallelo, a seconda dei compiti assegnati al progettista in termini di potenza e momento dell'azionamento progettato, e gli avvolgimenti di fase stessi sono interconnessi secondo il modello di una stella o un triangolo, come asincrono o sincrono motori trifase AC.

I sensori di posizione del rotore possono essere installati nello statore. I sensori Hall vengono spesso utilizzati, forniscono un segnale al controller quando sono influenzati dal campo magnetico dei magneti del rotore. Ciò è necessario per consentire al controller di "sapere" in quale posizione si trova il rotore e di fornire energia agli avvolgimenti corrispondenti. Ciò è necessario per aumentare l'efficienza e la stabilità del lavoro e, in breve, per spremere tutta la potenza possibile dal motore. I sensori di solito installati 3 pezzi. Ma la presenza di sensori complica il dispositivo di un motore brushless, devono condurre fili aggiuntivi per linee di alimentazione e dati.

Nel BDTT, i magneti permanenti montati sul rotore vengono utilizzati per l'eccitazione e lo statore è un ancoraggio. Ricordiamo che nelle macchine per collettori è il contrario (il rotore è un'ancora) e per l'eccitazione nel CD vengono utilizzati sia magneti permanenti che elettromagneti (avvolgimenti).

I magneti sono montati con poli alternati e di conseguenza il loro numero determina il numero di coppie di poli. Ma questo non significa che quanti magneti, quindi quante coppie di poli. Diversi magneti possono formare un polo. Il numero di giri al minuto dipende dal numero di poli, come nel caso di un motore a induzione (e altri). Cioè, da un controller con le stesse impostazioni, i motori brushless con un numero diverso di coppie di poli ruoteranno a velocità diverse.

Tipi di BDTT

Ora vediamo come sono i motori a magneti permanenti senza spazzole. Sono classificati in base alla forma del contro-EMF, al design e alla presenza di sensori di posizione del rotore. Quindi, ci sono due tipi principali che differiscono nella forma di contro-EMF, che viene indotta negli avvolgimenti quando il rotore ruota:

• BLDC - in essi un anti-EMF trapezoidale;
• PMSM - sinusoidale anti-emf.

Idealmente, hanno bisogno di diverse fonti di alimentazione (controller), ma in pratica sono intercambiabili. Ma se usi un controller con una tensione di uscita rettangolare o trapezoidale con un motore PMSM, sentirai suoni caratteristici, simili a un bussare durante la rotazione.

E per progettazione, i motori DC senza spazzole sono:

• Con un rotore interno. Questa è una rappresentazione più familiare del motore elettrico, quando lo statore è un corpo e l'albero situato in esso ruota. Spesso sono chiamati la parola inglese "Inrunner". Questa opzione viene generalmente utilizzata per motori elettrici ad alta velocità.
• Con un rotore esterno. Qui la parte esterna del motore ruota con un albero fissato ad esso, nelle fonti inglesi è chiamato "outrunner". Questo circuito del dispositivo viene utilizzato quando è necessario un momento elevato.

Il design viene scelto in base al motivo per cui è necessario un motore brushless in una particolare applicazione.

L'industria moderna produce motori brushless con e senza sensori di posizione del rotore. Il fatto è che ci sono molti modi per controllare il BDTT, per alcuni di essi sono necessari sensori di posizione, altri determinano le posizioni di EMF negli avvolgimentii terzi forniscono semplicemente energia alle fasi necessarie e il motore elettrico si sincronizza in modo indipendente con tale alimentazione ed entra in modalità operativa.

Caratteristiche principali dei motori DC senza spazzole:

1. Modalità operativa - lunga o corta.
2. Tensione operativa massima.
3. Massima corrente di lavoro.
4. Potenza massima.
5. I giri massimi, spesso indicano non giri, ma KV - r / v, ovvero il numero di giri per 1 volt della tensione applicata (senza carico sull'albero). Per ottenere la velocità massima, moltiplicare questo numero per la tensione massima.
6. La resistenza dell'avvolgimento (più piccola è, maggiore è l'efficienza), di solito ammonta a centesimi e millesimi di Ohm.
7. L'angolo di avanzamento di fase (temporizzazione) è il tempo trascorso il quale la corrente nell'avvolgimento raggiunge il massimo, a causa della sua induttanza e delle leggi di commutazione (la corrente nell'induttanza non può cambiare istantaneamente.

Schema elettrico

Come accennato in precedenza, per il funzionamento di un motore brushless è necessario un controller speciale. Su aliexpress, puoi trovare entrambi i kit dal motore e dal controller o separatamente. Il controller è anche chiamato motore ESC o regolatore di velocità elettrico. Sono selezionati dalla forza della corrente data al carico.

Di solito il collegamento del motore elettrico al controller è semplice ed è comprensibile anche per i manichini. La cosa principale che devi sapere è che per cambiare il senso di rotazione, è necessario cambiare la connessione di due fasi qualsiasi, in realtà così come nei motori trifase asincroni o sincroni.

La rete ha una serie di soluzioni tecniche e schemi, sia complessi che per manichini, che puoi vedere di seguito.

In questo video, l'autore racconta come fare amicizia con il motore BC "Arduino".

E in questo video imparerai diversi modi per collegarti a diversi controller e come puoi farlo tu stesso. L'autore lo dimostra con un esempio di un motore da HDD e un paio di potenti istanze: inrunner e outrunner.

A proposito, applichiamo anche il diagramma dal video per la ripetizione:

Dove vengono utilizzati motori brushless

L'ambito di tali motori elettrici è in anticipo sui tempi previsti. Sono utilizzati sia per azionare piccoli meccanismi: in unità CD, unità DVD, dischi rigidi, sia in potenti dispositivi: una batteria e un elettroutensile (con un alimentatore di circa 12 V), modelli radiocomandati (ad esempio quadrocopter), macchine CNC per la guida di un corpo di lavoro (di solito motori con una tensione nominale di 24 V o 48 V).

I BDTT sono ampiamente utilizzati nei veicoli elettrici, quasi tutte le moderne ruote motrici di scooter elettrici, biciclette, motociclette e automobili sono motori brushless. A proposito, la tensione nominale dei motori elettrici per il trasporto si trova in una vasta gamma, ad esempio, il motore della ruota di bicicletta corre spesso da 36 V o 48 V, con rare eccezioni e altro ancora, e nelle auto, ad esempio, la Toyota Prius è di circa 120 V e sulla Nissan Leaf - arriva a 400, mentre si sta caricando da una rete 220V (questo è implementato utilizzando il convertitore integrato).

In effetti, la portata dei motori elettrici senza spazzole è molto ampia, l'assenza di un nodo collettore consente di utilizzarlo in luoghi pericolosi, nonché in luoghi con elevata umidità, senza timore di cortocircuiti, scintille o incendi a causa di difetti nel gruppo spazzole. Grazie alla loro alta efficienza e buone dimensioni generali, hanno trovato applicazione nel settore spaziale.

Vantaggi e svantaggi

I motori DC senza spazzole, come altri tipi di macchine elettriche, presentano alcuni vantaggi e svantaggi.

I vantaggi del BDTT sono i seguenti:

• Grazie all'eccitazione di potenti magneti permanenti (neodimio, ad esempio), hanno una coppia e una potenza superiori e dimensioni inferiori rispetto ai motori a induzione. Ciò che viene utilizzato dalla maggior parte dei produttori di veicoli elettrici, dagli scooter alle automobili.
• Non esiste un gruppo collettore di spazzole scintillanti che richiede una manutenzione regolare.
• Quando usano un controller di alta qualità, a differenza dello stesso CD, non interferiscono con la rete di alimentazione, che è particolarmente importante nei dispositivi radiocomandati e nei veicoli con apparecchiature elettroniche avanzate nella rete di bordo.
• Efficienza superiore all'80, più spesso e al 90%.
• Alta velocità di rotazione, in alcuni casi fino a 100.000 giri / min.

Ma c'è un aspetto negativo: un motore brushless senza controller è solo un pezzo di ferro con un avvolgimento di rame. Non sarà in grado di lavorare. I controller non sono economici e molto spesso devono essere ordinati nei negozi online o con aliexpress. Per questo motivo, non è sempre possibile utilizzare motori BC in modelli e dispositivi fatti in casa.

Ora sai cos'è un motore DC senza spazzole, come funziona e dove viene utilizzato. Speriamo che il nostro articolo ti abbia aiutato a risolvere tutti i problemi!

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