Kas yra nuolatinės srovės variklis be šepetėlių, kaip jis pastatytas ir veikia

Apibrėžimas

Nuolatinis variklis be šepetėlių vadinamas nuolatinės srovės varikliu, kurio srovė apvijose perjungiama specialiu jungikliu - jis vadinamas „vairuotoju“ arba „keitikliu“ ir šios apvijos visada yra statoriuje. Jungiklį sudaro 6 tranzistoriai, jie tiekia srovę į vieną ar kitą apviją, priklausomai nuo rotoriaus padėties.

Šalies literatūroje tokie varikliai yra vadinami „vožtuvais“ (nes puslaidininkiniai jungikliai yra vadinami „vožtuvais“), ir tokius elektrinius aparatus galima atskirti į du tipus kaip priešpriešinį EML. Užsienio literatūroje toks skirtumas išlieka, vienas iš jų vadinamas analogiškai rusiškam „BLDC“ (be šepetėlio nuolatinės srovės pavara arba variklis), kuris pažodžiui skamba kaip „be šepetėlio nuolatinės srovės variklis“ jų apvijose, atsirandantis trapecijos formos EML. Vožtuvų varikliai su sinusoidiniu EML yra vadinami PMSM (nuolatinio magneto sinchronine mašina), kuris verčiamas kaip „sinchroninis elektrinis variklis, kurį sužadina nuolatiniai magnetai“.

Prietaisas ir veikimo principas

KDPT kolektorius tarnauja kaip mazgas srovės perjungimui armatūros apvijose. Be šepetėlių be maitinimo variklyje (BDT) šį vaidmenį atlieka ne šepečiai su lamelėmis, bet jo komutatorius puslaidininkių jungikliais - tranzistoriais. Tranzistoriai perjungia statoriaus apvijas, sukurdami besisukantį magnetinį lauką, kuris sąveikauja su rotoriaus magneto lauku. Ir kai srovė teka per laidininką, esantį magnetiniame lauke, ji veikia Ampere jėga, dėl šios jėgos veikimo elektrinių mašinų velenui sukuriamas sukimo momentas. Bet kurio elektros variklio veikimo principas grindžiamas tuo.

Dabar išsiaiškinkime, kaip veikia variklis be šepetėlių. 3 apvijos paprastai yra ant BDPT statoriaus, pagal analogiją su kintamosios srovės varikliais jie dažnai vadinami trifaziais. Iš dalies tai tiesa: varikliai be šepetėlių veikia nuo nuolatinės srovės šaltinio (dažnai iš akumuliatorių), tačiau valdiklis pakaitomis įjungia apvijas. Tačiau ne visai tiesa sakyti, kad kintamoji srovė teka per apvijas. Galutinę maitinimo įtampos apvijos formą suformuoja stačiakampiai tranzistoriaus valdymo impulsai.

Trifazis variklis be šepetėlių gali būti trijų arba keturių laidų, kai ketvirtasis laidas yra čiaupas nuo vidurio taško (jei apvijos yra sujungtos išilgai žvaigždės raštas).

Apvijos arba, paprasčiau tariant, varinės vielos ritės tinka statoriaus šerdies dantims. Priklausomai nuo pavaros konstrukcijos ir paskirties, statorius gali turėti skirtingą dantų skaičių. Yra įvairių variantų, kaip paskirstyti fazines apvijas išilgai rotoriaus dantų, tai parodyta šiame paveiksle.

Kiekvieno danties apvijos vienoje fazėje gali būti sujungtos nuosekliai arba lygiagrečiai, atsižvelgiant į užduotis, paskirtas projektuotojui pagal galią ir suprojektuotos pavaros momentą, o pačių fazių apvijos yra sujungtos pagal žvaigždės ar trikampio modelį, pvz. asinchroninis arba sinchroninis trifaziai kintamosios srovės varikliai.

Rotoriaus padėties jutiklius galima įmontuoti į statorių. Salės davikliai dažnai naudojami, jie perduoda signalą valdikliui, kai juos paveikia rotoriaus magnetų magnetinis laukas. Tai reikalinga tam, kad valdiklis galėtų „žinoti“, kokia yra rotoriaus padėtis, ir tiekti energiją atitinkamoms apvijoms. Tai būtina norint padidinti darbo efektyvumą ir stabilumą ir, trumpai tariant, išspausti visą įmanomą variklio galią. Jutikliai paprastai montuojami po 3 dalis. Bet jutiklių buvimas apsunkina variklio be šepetėlių įrenginį, jiems reikia atlikti papildomus maitinimo ir duomenų perdavimo laidus.

BDTT sužadinimui naudojami ant rotoriaus pritvirtinti nuolatiniai magnetai, o statorius - inkaras. Prisiminkite, kad kolektorinėse mašinose yra atvirkščiai (rotorius yra inkaras), o sužadinimui kompaktiniame diske naudojami ir nuolatiniai magnetai, ir elektromagnetai (apvijos).

Magnetai montuojami su kintamais poliais, ir atitinkamai jų skaičius lemia polių porų skaičių. Bet tai nereiškia, kad kiek magnetų, tada tiek porų polių. Keletas magnetų gali sudaryti vieną polių. Sukimosi per minutę skaičius priklauso nuo polių skaičiaus, kaip tai daroma su indukciniu varikliu (ir kitais). Tai yra, iš vieno valdiklio tuo pačiu nustatymu varikliai be šepetėlių su skirtingu polių porų skaičiumi suksis skirtingais greičiais.

BDTT tipai

Dabar pažiūrėkime, kokie yra nuolatinių magnetų varikliai be šepetėlių. Jie klasifikuojami pagal priešpriešinio EML formą, dizainą, taip pat pagal rotoriaus padėties jutiklių buvimą. Taigi, yra du pagrindiniai tipai, kurie skiriasi priešpriešiniu EML, kuris atsiranda apvijose, kai rotorius sukasi:

• BLDC - juose trapecijos formos anti-EMF;
• PMSM - sintezinis anti-emf.

Idealiu atveju jiems reikia skirtingų maitinimo šaltinių (valdiklių), tačiau praktiškai jie yra keičiami. Bet jei su PMSM varikliu naudosite valdiklį, turintį stačiakampę ar trapecijos formos išėjimo įtampą, sukimosi metu girdėsite būdingus garsus, panašius į trankymą.

Pagal dizainą, be šepetėlių skirti nuolatinės srovės varikliai yra šie:

• Su vidiniu rotoriu. Tai yra labiau žinomas elektrinio variklio vaizdas, kai statorius yra kūnas, o jame esantis velenas sukasi. Dažnai jie vadinami anglišku žodžiu „Inrunner“. Ši parinktis paprastai naudojama greitaeigiams elektros varikliams.
• Su išoriniu rotoriu. Išorinė variklio dalis sukasi pritvirtintu velenu, angliškuose šaltiniuose ji vadinama „outrunner“. Ši prietaiso grandinė naudojama, kai jums reikia didelio momento.

Konstrukcija pasirenkama atsižvelgiant į tai, kodėl tam tikroje taikymo srityje reikalingas variklis be šepetėlių.

Šiuolaikinė pramonė gamina variklius be šepetėlių su rotoriaus padėties jutikliais ir be jų. Faktas yra tas, kad yra daug būdų valdyti BDTT, nes kai kuriems iš jų reikia padėties jutiklių, kitiems - EMF nustato apvijų vietas,trečiosios tiesiog tiekia energiją reikalingoms fazėms ir variklis savarankiškai sinchronizuojasi su tokiu maitinimo šaltiniu ir pereina į darbo režimą.

Pagrindinės šepečių neturinčių nuolatinės srovės variklių charakteristikos:

1. Darbinis režimas - ilgas arba trumpalaikis.
2. Maksimali darbinė įtampa.
3. Maksimali darbinė srovė.
4. Maksimali galia.
5. Maksimalios apsisukimai, dažnai rodo ne apsisukimus, o KV - r / v, tai yra apsisukimų skaičių 1 voltui naudojamos įtampos (be veleno apkrovos). Norėdami gauti maksimalų greitį - padauginkite šį skaičių iš didžiausios įtampos.
6. Apvijos varža (kuo ji mažesnė, tuo didesnis efektyvumas), paprastai siekia šimtas ir tūkstantąsias Ohmo dalis.
7. Fazės judėjimo kampas (laikas) yra laikas, po kurio srovė apvijoje pasiekia maksimalią reikšmę, atsirandančią dėl jo induktyvumo ir perjungimo dėsnių (induktyvumo srovė negali akimirksniu pasikeisti.

Elektros schema

Kaip minėta aukščiau, varikliui be šepetėlio naudoti reikia specialaus valdiklio. „Aliexpress“ galite rasti tiek variklio, tiek valdiklio rinkinius arba atskirai. Valdiklis taip pat vadinamas ESC varikliu arba elektriniu greičio reguliatoriumi. Jie parenkami pagal apkrovai suteikiamos srovės stiprį.

Paprastai elektros variklio prijungimas prie valdiklio yra paprastas ir suprantamas net manekenams. Pagrindinis dalykas, kurį turite žinoti, yra tai, kad norint pakeisti sukimosi kryptį, reikia pakeisti bet kurių dviejų fazių jungtį, iš tikrųjų, taip pat ir trifaziuose asinchroniniuose ar sinchroniniuose varikliuose.

Tinkle yra nemažai techninių sprendimų ir schemų, tiek sudėtingų, tiek ir skirtų manekenams, kuriuos galite pamatyti žemiau.

Šiame vaizdo įraše autorius pasakoja, kaip susidraugauti su varikliu BC „Arduino“.

Šiame vaizdo įraše sužinosite apie skirtingus prisijungimo prie skirtingų valdiklių būdus ir tai, kaip tai galite padaryti patys. Autorius tai demonstruoja naudodamas variklio iš HDD pavyzdį ir porą galingų pavyzdžių - įsibrovėlį ir pranašumą.

Beje, kartojimui taip pat naudojame vaizdo įrašo schemą:

Kur naudojami varikliai be šepetėlių

Tokių elektrinių variklių apimtys yra pranašesnės už tvarkaraštį. Jie naudojami tiek dirbant su mažais mechanizmais: tiek kompaktiniuose diskuose, DVD diskų įrenginiuose, kietuosiuose diskuose, tiek galinguose įrenginiuose: akumuliatoriuje ir elektriniame įrankyje (kurio maitinimo šaltinis yra apie 12 V), radijo bangomis valdomuose modeliuose (pavyzdžiui, keturračiuose įrenginiuose), CNC mašinose darbiniam kūnui vairuoti. (paprastai varikliai, kurių vardinė įtampa yra 24 V arba 48 V).

BDTT yra plačiai naudojami elektrinėse transporto priemonėse, beveik visi šiuolaikiniai elektrinių paspirtukų, dviračių, motociklų ir automobilių varikliai yra be šepetėlių. Beje, transporto priemonių elektrinių variklių vardinė įtampa slypi plačiame diapazone, pavyzdžiui, dviračių ratų variklis dažnai veikia nuo 36 V arba 48 V, su retomis išimtimis ir daugiau, o automobiliuose, pavyzdžiui, „Toyota Prius“ yra apie 120 V, o ant „Nissan Leaf“. - pasiekia 400, o kraunama iš 220 V tinklo (tai įgyvendinama naudojant įmontuotą keitiklį).

Tiesą sakant, elektrinių variklių be šepetėlių taikymo sritis yra labai plati, nes kolektoriaus mazgo nebuvimas leidžia jį naudoti pavojingose ​​vietose, taip pat vietose, kuriose yra didelis drėgnumas, nebijant trumpo jungimo, lankų ar gaisro dėl šepečio mazgo trūkumų. Dėl didelio efektyvumo ir gerų bendrų matmenų jie buvo pritaikyti kosmoso pramonėje.

Privalumai ir trūkumai

DC varikliai be šepetėlių, kaip ir kitų tipų elektrinės mašinos, turi tam tikrų pranašumų ir trūkumų.

BDTT pranašumai yra šie:

• Dėl sužadinimo galingais nuolatiniais magnetais (pavyzdžiui, neodimiu) jie pasižymi pranašesniu sukimo momentu ir galia ir turi mažesnius matmenis nei indukciniai varikliai. Tai, ką naudoja dauguma elektromobilių gamintojų - nuo motorolerių iki automobilių.
• Nėra putojančio šepetėlio kolektoriaus, kurį reikia reguliariai prižiūrėti.
• Naudodamiesi aukštos kokybės valdikliu, skirtingai nuo to paties kompaktinio disko, jie netrukdo maitinimo tinklui, o tai ypač svarbu radijo bangomis valdomuose įrenginiuose ir transporto priemonėse su pažangia elektronine įranga, įmontuotame borto tinkle.
• Efektyvumas didesnis nei 80, dažniau ir 90%.
• Didelis sukimosi greitis, kai kuriais atvejais iki 100 000 aps / min.

Tačiau yra reikšmingas minusas: variklis be šepetėlių be valdiklio yra tik geležies gabalas su varine apvija. Jis negalės dirbti. Valdikliai nėra pigūs ir dažniausiai juos reikia užsisakyti internetinėse parduotuvėse arba su „aliexpress“. Dėl šios priežasties BC variklius ne visada įmanoma naudoti namų gamybos modeliuose ir prietaisuose.

Dabar jūs žinote, kas yra nuolatinės srovės variklis be šepetėlių, kaip jis veikia ir kur naudojamas. Tikimės, kad mūsų straipsnis padėjo jums išspręsti visas problemas!

Susijusios medžiagos:

• Kas yra rotorius ir statorius
• Kaip surinkti paprasčiausią elektrinį variklį namuose
• Skirtumas tarp nuolatinės ir kintamosios