מהו מנוע DC נטול מברשות, איך הוא בנוי ופועל

הגדרה

מנוע DC נטול מברשות נקרא מנוע DC, הזרם שבפתליו מתפתל על ידי מכשיר מתג מיוחד - הוא מכונה "הנהג" או "המהפך" והתנודות הללו ממוקמות תמיד על הסטטור. המתג מורכב מ- 6 טרנזיסטורים, הם מספקים זרם לפיתול מסוים, תלוי במיקום הרוטור.

בספרות המקומית מכונים מנועים כאלה "שסתום" (מכיוון שמתגי מוליכים למחצה נקראים "שסתומים"), ויש הפרדה של מכונות חשמליות כאלה לשני סוגים בצורה של EMF נגדי. ההבדל נמשך בספרות זרה, ואחת מהן נקראת באופן דומה ל- "BLDC" הרוסי (הנעה או מנוע זרם ישר ישיר ללא מברשות), שנשמע ממש כ"מנוע DC ללא מברשות "במפתוליהם מופיע EMF טרפזי. מנועי שסתום עם EMF סינוסואיד נקראים PMSM (מכונה סינכרונית מגנט קבוע), המתורגמת כ"מנוע חשמלי סינכרוני עם עירור על ידי מגנטים קבועים. "

המכשיר ועקרון הפעולה

האספן ב- KDPT משמש כצומת להחלפת זרם בסבביות הצבא. במנוע DC ללא מברשות (BDT), תפקיד זה ממלא לא על ידי מברשות עם למללות, אלא על ידי קומוטטור, מדובר במתגי מוליכים למחצה - טרנזיסטורים. טרנזיסטורים מחליפים את פיתולי הסטטור, ויוצרים שדה מגנטי מסתובב האינטראקציה עם שדה מגנטים הרוטור. וכשזרם זורם במוליך שנמצא בשדה מגנטי הוא פועל עליו כוח אמפרבגלל הפעולה של כוח זה נוצר מומנט על ציר של מכונות חשמליות. עיקרון הפעולה של כל מנוע חשמלי מבוסס על זה.

עכשיו בואו נראה איך המנוע ללא מברשות עובד. 3 פיתולים ממוקמים בדרך כלל בסטטור BDPT, על ידי אנלוגיה עם מנועי AC הם נקראים לרוב תלת פאזיים. זה נכון בחלקו: מנועים ללא מברשות פועלים על מקור זרם ישר (בדרך כלל מסוללות), אך הבקר מדליק את הפיתולים לסירוגין. עם זאת, לא לגמרי נכון לומר כי זרם חילופין זורם דרך הפיתולים. הצורה הסופית של סלילת מתח האספקה ​​נוצרת על ידי פולסי בקרת טרנזיסטור מלבניים.

מנוע ללא מברשות תלת פאזי יכול להיות תלת-תילי או ארבע-חוטים, כאשר החוט הרביעי הוא ברז מנקודת האמצע (אם הסיבובים קשורים לאורך דפוס כוכב).

פיתולים או במילים פשוטות סלילי חוטי נחושת נכנסים לשיניים של ליבת הסטטור. תלוי בעיצוב הכונן ומטרתו, ייתכן שהסטטור מכיל מספר שונה של שיניים. ישנן אפשרויות שונות להפצה של פיתולי פאזות לאורך שיני הרוטור, שמודגם על ידי האיור הבא.

ניתן לחבר את הפיתולים של כל אחת מהשיניים בתוך שלב אחד בסדרות או במקביל, תלוי במשימות שהוטלו על המעצב מבחינת הכוח וברגע הכונן המעוצב, ופיתולי השלבים עצמם קשורים זה לזה על פי תבנית של כוכב או משולש, כמו אסינכרוני או סינכרוני מנועי AC שלושה תקעים.

ניתן להתקין חיישני מיקום רוטור בסטטור. לעתים קרובות משתמשים בחיישני הול, הם נותנים אות לבקר כאשר הם מושפעים מהשדה המגנטי של מגנטים הרוטור. זה הכרחי על מנת שהבקר "יידע" באיזו מיקום הרוטור ואספקת חשמל לפתלים המתאימים. זה הכרחי כדי להגביר את היעילות והיציבות של העבודה, ובקיצור, כדי לסחוט את כל הכוח האפשרי מהמנוע. חיישנים התקנו בדרך כלל 3 חלקים. אבל נוכחותם של חיישנים מסבכת את המכשיר של מנוע ללא מברשות, הם צריכים להוביל חוטים נוספים עבור קווי חשמל וקווי נתונים.

ב BDTT משמשים מגנטים קבועים המותקנים על הרוטור לעירור, והסטטור הוא עוגן. נזכיר שבמכונות אספנים זה הפוך (הרוטור הוא עוגן), ולצורך עירור בתקליטור משתמשים גם במגנטים קבועים וגם באלקטרומגנטים (פיתולים).

המגנטים מותקנים בקטבים לסירוגין ובהתאם למספרם קובע את מספר זוגות הקטבים. אבל זה לא אומר שכמה מגנטים, אז כמה זוגות קטבים. מספר מגנטים יכולים ליצור עמוד אחד. מספר הסיבובים לדקה תלוי במספר הקטבים, כמו במקרה של מנוע אינדוקציה (ואחרים). כלומר, מבקר אחד באותה הגדרות, מנועים ללא מברשות עם מספר שונה של זוגות מוט יסתובבו במהירויות שונות.

סוגי BDTT

עכשיו נראה איך מנועי מגנט קבוע ללא מברשות נראים. הם מסווגים לפי צורת ה- EMF הנגדית, העיצוב, וכן על ידי נוכחותם של חיישני מיקום הרוטור. אז ישנם שני סוגים עיקריים הנבדלים זה מזה בצורת EMF נגדי, אשר נוצר בסיבובים כאשר הרוטור מסתובב:

• BLDC - בתוכם אנטי EMF טרפזי;
• PMSM - סינוסואידי נגד emf.

באופן אידיאלי, הם זקוקים למקורות כוח שונים (בקרים), אך בפועל הם ניתנים להחלפה. אבל אם אתה משתמש בבקר עם מתח יציאה מלבני או טרפזי עם מנוע PMSM, תשמע צלילים אופייניים, הדומים לנקישה במהלך סיבוב.

ובעיצוב, מנועי DC ללא מברשות הם:

• עם רוטור פנימי. זהו ייצוג מוכר יותר של המנוע החשמלי, כאשר הסטטור הוא גוף, והציר שנמצא בתוכו מסתובב. לעתים קרובות הם נקראים המילה האנגלית "Inrunner". אפשרות זו משמשת בדרך כלל למנועים חשמליים במהירות גבוהה.
• עם רוטור חיצוני. כאן החלק החיצוני של המנוע מסתובב עם פיר קבוע אליו: במקורות באנגלית הוא נקרא "outrunner". מעגל התקנים זה משמש כשאתה זקוק לרגע גבוה.

העיצוב נבחר בהתאם למה יש צורך במנוע ללא מברשות ביישום מסוים.

התעשייה המודרנית מייצרת מנועים ללא מברשות עם ובלי חיישני מיקום רוטור. העובדה היא שישנן דרכים רבות לשלוט על ה- BDTT, עבור חלק מהם יש חיישני מיקום, אחרים קובעים את המיקומים של EMF בסבב,השלישיים פשוט מספקים חשמל לשלבים הדרושים והמנוע מסתנכרן באופן עצמאי עם ספק כוח כזה ונכנס למצב ההפעלה.

המאפיינים העיקריים של מנועי DC ללא מברשות:

1. מצב הפעלה - ארוך או קצר.
2. מתח הפעלה מרבי.
3. זרם עבודה מקסימאלי.
4. כוח מקסימלי.
5. המהפכות המרביות, לרוב לא מצביעות על סיבובים, אלא KV - r / v, כלומר מספר הסיבובים לכל וולט של המתח המופעל (ללא עומס על הפיר). כדי להשיג את המהירות המרבית - הכפלו את המספר הזה במתח המרבי.
6. ההתנגדות של המתפתל (ככל שהיא קטנה יותר, כך היעילות גבוהה יותר) מסתכמת בדרך כלל במאות ואלפיות של אוהם.
7. זווית התקדמות הבמה (תזמון) היא הזמן שאחריו הזרם המתפתל מגיע למקסימום שלו, זה נובע מחוקי השראות שלו ומיתוג (הזרם במשרן אינו יכול להשתנות באופן מיידי.

תרשים חיווט

כאמור לעיל, להפעלת מנוע ללא מברשות אתה זקוק לבקר מיוחד. ב- aliexpress, תוכלו למצוא את שתי הערכות מהמנוע והבקר, או בנפרד. הבקר נקרא גם מנוע ESC או בקר מהירות חשמלית. הם נבחרים לפי חוזק הזרם שניתן לעומס.

בדרך כלל חיבור המנוע החשמלי לבקר הוא פשוט ומובן אפילו עבור בובות. הדבר העיקרי שעליך לדעת הוא שכדי לשנות את כיוון הסיבוב, אתה צריך לשנות את החיבור של כל שני שלבים, למעשה כמו גם במנועים אסינכרוניים או סינכרוניים תלת-פאזיים.

לרשת מספר פתרונות ותכניות טכניות, מורכבות וגם עבור בובות, שתוכלו לראות בהמשך.

בסרטון זה המחבר מספר כיצד להתיידד עם המנוע לפני הספירה "ארדואינו".

ובסרטון זה תלמדו על דרכים שונות להתחבר לבקרים שונים ואיך תוכלו לעשות זאת בעצמכם. המחבר מדגים זאת באמצעות דוגמה למנוע מ- HDD, וזוג מקרים חזקים - inrunner ו- outrunner.

אגב, אנו מיישמים גם את התרשים מהסרטון לצורך חזרה:

שם משתמשים במנועים ללא מברשות

היקף מנועי חשמל כאלה מקדים את לוח הזמנים. הם משמשים הן לנהיגת מנגנונים קטנים: בכונני CD, כונני DVD, כוננים קשיחים, ובמכשירים רבי עוצמה: סוללה וכלי חשמל (עם אספקת חשמל בערך 12 וולט), דגמים נשלטים על ידי רדיו (למשל, קוואטרופופטרים), מכונות CNC לנהיגה של גוף עובד. (בדרך כלל מנועים עם מתח מדורג של 24 וולט או 48 וולט).

BDTTs נמצאים בשימוש נרחב בכלי רכב חשמליים, כמעט כל גלגלי המנוע המודרניים של קלנועיות חשמליות, אופניים, אופנועים ומכוניות הם מנועים ללא מברשות. אגב, המתח המדורג של מנועים חשמליים להובלה נע בין מגוון רחב, למשל, מנוע גלגל האופניים לרוב פועל מ 36 וולט או 48 וולט, למעט חריגים נדירים ועוד, ובמכוניות, למשל, טויוטה פריוס הוא בערך 120 וולט, ועל עלה ניסן - מגיע ל -400, בזמן טעינה מרשת 220 וולט (זה מיושם באמצעות הממיר המובנה).

למעשה, היקף מנועי החשמל ללא מברשות הוא נרחב מאוד, היעדר צומת אספן מאפשרת להשתמש בו במקומות מסוכנים, כמו גם במקומות עם לחות גבוהה, ללא חשש ממעגלים קצרים, ניצוץ או שריפה בגלל פגמים במכלול המברשת. בשל היעילות הגבוהה והמידות הכלליות הטובות שלהם, הם מצאו יישום בענף החלל.

יתרונות וחסרונות

מנועי DC נטולי מברשות, כמו סוגים אחרים של מכונות חשמליות, הם בעלי יתרונות וחסרונות מסוימים.

היתרונות של ה- BDTT הם כדלקמן:

• הודות לעירור באמצעות מגנטים קבועים חזקים (ניאודימיום, למשל), הם מעולים במומנט ובעוצמה ובעלי מידות קטנות יותר ממנועי אינדוקציה. מה משמש לרוב יצרני הרכב החשמלי - מקלנועיות ועד מכוניות.
• אין מכלול אספן מברשות נוצץ המצריך תחזוקה שוטפת.
• כאשר משתמשים בבקר איכותי, בשונה מאותו תקליטור, הם אינם מפריעים לרשת אספקת החשמל, דבר שחשוב במיוחד במכשירים נשלטים על ידי רדיו וכלי רכב עם ציוד אלקטרוני מתקדם ברשת הלוח.
• יעילות יותר מ 80, לעיתים קרובות יותר ו 90%.
• מהירות סיבוב גבוהה, בחלק מהמקרים עד 100,000 סל"ד.

אבל יש מינוס משמעותי: מנוע ללא מברשות ללא בקר הוא רק חתיכת ברזל עם סליל נחושת. הוא לא יצליח לעבוד. בקרים אינם זולים ולעיתים קרובות יש להזמין אותם בחנויות מקוונות או באמצעות aliexpress. בגלל זה, השימוש במנועי BC בדגמים ומכשירים תוצרת בית אינו תמיד אפשרי.

עכשיו אתה יודע מהו מנוע DC נטול מברשות, איך הוא עובד ואיפה משתמשים בו. אנו מקווים שהמאמר שלנו עזר לך למיין את כל הנושאים!

חומרים קשורים:

• מה זה רוטור וסטטור
• כיצד להרכיב את המנוע החשמלי הפשוט ביותר בבית
• ההבדל בין DC ל AC