Bezszczotkowy silnik o dużej mocy. program edukacyjny i projekt „silniki bezszczotkowe”. Cechy maszyn bezszczotkowych

Opublikowano 11.04.2014

Obwód regulatora

Układ jest warunkowo podzielony na dwie części: lewa to mikrokontroler z logiką, prawa to część zasilająca. Sekcję mocy można zmodyfikować do pracy z silnikami o innej mocy lub z innym napięciem zasilania.

Kontroler - ATMEGA168. Smakosze mogą powiedzieć, że wystarczy i ATMEGA88, A AT90PWM3- byłoby to „bardziej jak Feng Shui”. Właśnie zrobiłem pierwszy regulator „według Feng Shui”. Jeśli masz możliwość aplikowania AT90PWM3- to będzie najbardziej odpowiedni wybór. Ale dla moich pomysłów 8 kilobajtów pamięci to zdecydowanie za mało. Użyłem więc mikrokontrolera ATMEGA168.

Ten schemat został pomyślany jako stanowisko testowe. Na którym miał powstać uniwersalny regulowany regulator do pracy z różnymi „kalibrami” silników bezszczotkowych: zarówno z czujnikami, jak i bez czujników położenia. W tym artykule opiszę schemat i zasadę działania oprogramowania regulatora do sterowania silnikami bezszczotkowymi z czujnikiem Halla i bez.

Odżywianie

Obwód zasilania jest oddzielny. Ponieważ kluczowe sterowniki wymagają zasilania od 10 V do 20 V, używany jest zasilacz 12 V. Mikrokontroler jest zasilany przez przetwornicę DC-DC zamontowaną na mikroukładzie. Możesz użyć regulatora liniowego o napięciu wyjściowym 5V. Przyjmuje się, że napięcie VD może wynosić od 12V i więcej i jest ograniczone możliwościami sterownika kluczyka oraz samych kluczy.

Sygnały PWM i klawiszy

przy wyjściu OC0B(PD5) mikrokontroler U1 Generowany jest sygnał PWM. Wchodzi w przełączniki JP2, JP3. Za pomocą tych przełączników możesz wybrać opcję zastosowania PWM do klawiszy (górny, dolny lub wszystkie klawisze). Na schemacie przełącznik JP2 jest ustawiony w pozycji do dostarczania sygnału PWM do górnych klawiszy. Przełącznik JP3 na schemacie jest ustawiony w pozycji wyłączającej podawanie sygnału PWM do dolnych klawiszy. Nietrudno się domyślić, że jeśli wyłączymy PWM na górnym i dolnym klawiszu, otrzymamy na wyjściu stałą „pełną prędkość do przodu”, co może rozbić silnik lub regulator do śmietnika. Dlatego nie zapomnij włączyć głowy, przełączając je. Jeśli nie potrzebujesz takich eksperymentów - i wiesz, do których klawiszy zastosujesz PWM, a do których nie, po prostu nie rób przełączników. Po przełączeniu PWM sygnał podawany jest na wejścia elementów logicznych „&” ( U2, U3). Ta sama logika odbiera 6 sygnałów z pinów mikrokontrolera PB0..PB5, które są sygnałami sterującymi dla 6 klawiszy. Zatem elementy logiczne ( U2, U3) narzucić sygnał PWM na sygnały sterujące. Jeśli jesteś pewien, że zastosujesz PWM, powiedzmy, tylko do dolnych przełączników, to zbędne elementy ( U2) można wyłączyć z obwodu, a odpowiednie sygnały z mikrokontrolera przesłać do kluczowych sterowników. Te. sygnały do sterowników górnych klawiszy trafią bezpośrednio z mikrokontrolera, a do dolnych - przez elementy logiczne.

Sprzężenie zwrotne (monitorowanie napięcia fazowego silnika)

Napięcie fazowe silnika W,V,u przez dzielniki rezystancyjne W - (R17, R25), V - (R18, R24), U - (R19, R23) dojść do wejścia kontrolera ADC0(PC0), ADC1(PC1), ADC2(PC2). Piny te są używane jako wejścia komparatora. (W przykładzie opisanym w AVR444.pdf z firmy Atmel nie stosuje się komparatorów, ale pomiar napięcia za pomocą ADC (ADC). Porzuciłem tę metodę, ponieważ czas konwersji ADC nie pozwalał na szybkie silniki.) Dzielniki rezystancyjne dobiera się tak, aby napięcie podawane na wejście mikrokontrolera nie przekraczało napięcia dopuszczalnego. W tym przypadku rezystory 10K i 5K są dzielone przez 3. Tj. Gdy silnik jest zasilany napięciem 12 V. do mikrokontrolera zostaną dostarczone 12V*5K/(10K+5K)=4V. Napięcie odniesienia dla komparatora (wejście AIN1) jest zasilany z połowy napięcia zasilania silnika przez dzielnik ( R5, R6, R7, R8). Zauważ, że rezystory ( R5, R6) według wartości nominalnej są takie same jak ( R17, R25), (R18, R24),(R19, R23). Ponadto dzielnik zmniejsza o połowę napięcie R7, R8, po czym idzie do nogi AIN1 wewnętrzny komparator mikrokontrolera. Przełącznik JP1 umożliwia przełączenie napięcia odniesienia na napięcie „środkowe” generowane przez rezystory ( R20, R21, R22). Zrobiono to dla eksperymentów i nie usprawiedliwiało się. Jeśli nie w potrzebie, JP1, R20, R21, R22 można wykluczyć z diagramu.

Czujniki Halla

Ponieważ regulator jest uniwersalny, w przypadku zastosowania silnika z czujnikami musi odbierać sygnały z czujników Halla. Przyjmuje się, że czujniki Halla są typu dyskretnego SS41. Możliwe jest również zastosowanie innych typów czujników z wyjściem dyskretnym. Sygnały z trzech czujników są odbierane przez rezystory R11, R12, R13 na przełącznikach JP4, JP5, JP6. Rezystory R16, R15, R14 działać jako rezystory podciągające. C7, C8, C9- kondensatory filtrujące. przełączniki JP4, JP5, JP6 wybrany jest typ sprzężenia zwrotnego silnika. Oprócz zmiany położenia przełączników w ustawieniach programowych sterownika należy określić odpowiedni typ silnika ( Bezczujnikowy Lub Czujnik).

Pomiary sygnału analogowego

Przy wejściu ADC5(PC5) przez rozdzielacz R5, R6 napięcie zasilania silnika. Napięcie to jest kontrolowane przez mikrokontroler.

Przy wejściu ADC3(PC3) sygnał analogowy jest odbierany z czujnika prądu. Czujnik prądu ACS756SA. Jest to czujnik prądu oparty na efekcie Halla. Zaletą tego czujnika jest to, że nie wykorzystuje bocznika, co oznacza, że ma rezystancję wewnętrzną bliską zeru, więc nie wytwarza się na nim ciepło. Ponadto wyjście czujnika jest analogowe w granicach 5V, dlatego bez żadnej konwersji jest podawane na wejście ADC mikrokontrolera, co upraszcza obwód. Jeśli potrzebujesz czujnika o dużym zakresie pomiaru prądu, wystarczy wymienić istniejący czujnik na nowy, bez zmiany obwodu.

Jeśli chcesz zastosować bocznik z późniejszym schematem wzmocnienia, dopasowanie - proszę.

Sygnały poleceń

Sygnał prędkości obrotowej silnika z potencjometru RV1 wchodzi na wejście ADC4(PC4). Zwróć uwagę na rezystor R9- bocznikuje sygnał w przypadku przerwania przewodu do potencjometru.

Dodatkowo jest wejście RC sygnału, który jest powszechnie stosowany w modelach zdalnie sterowanych. Wybór wejścia sterującego oraz jego kalibracja odbywa się w ustawieniach programowych sterownika.

Interfejs UART

Sygnały TX, RX służą do regulacji sterownika oraz wydawania informacji o stanie sterownika - obrotach silnika, prądzie, napięciu zasilania itp. W celu skonfigurowania kontrolera można go podłączyć do portu USB komputera za pomocą . Konfiguracja odbywa się za pomocą dowolnego programu terminala. Na przykład: Hyperterminal Lub Kit .

Inny

Są też styki odwrotne - wyjście mikrokontrolera PD3. Jeśli te styki zostaną zamknięte przed uruchomieniem silnika, silnik będzie się obracał w odwrotnym kierunku.

Do wyjścia podłączona jest dioda LED sygnalizująca stan regulatora PD4.

Część mocy

Zastosowano kluczowe sterowniki IR2101. Ten sterownik ma jedną zaletę - niską cenę. Nadaje się do systemów niskoprądowych, do kluczy o dużej mocy IR2101 będzie słaby. Jeden sterownik steruje dwoma tranzystorami MOSFET z kanałem „N” (górny i dolny). Potrzebujemy trzech takich żetonów.

Klucze należy dobierać w zależności od maksymalnego prądu i napięcia zasilania silnika (doborowi kluczy i sterowników poświęcony zostanie osobny artykuł). Diagram pokazuje IR540, w rzeczywistości używaliśmy K3069. K3069 przeznaczony na napięcie 60V i prąd 75A. To ewidentna przesada, ale dostałem je za darmo w dużych ilościach (też Tobie życzę takiego szczęścia).

Kondensator C19 połączone równolegle z baterią zasilającą. Im większa jego pojemność, tym lepiej. Kondensator ten chroni akumulator przed przepięciami, a klawisze przed znacznymi spadkami napięcia. W przypadku braku tego kondensatora masz co najmniej problemy z kluczami. Jeśli podłączysz akumulator bezpośrednio do VD- iskra może skoczyć. rezystor gaszący iskry R32 używany po podłączeniu do akumulatora. Łączenie od razu – „baterie, potem służ” + ” do kontaktu antyiskrowe. Prąd przepływa przez rezystor i powoli ładuje kondensator. C19. Po kilku sekundach podłącz styk akumulatora do VD. Przy zasilaniu 12V nie zrobisz Antispark.

Możliwości oprogramowania układowego

możliwość sterowania silnikami z czujnikami i bez;
w przypadku silnika bezczujnikowego istnieją trzy rodzaje rozruchu: bez określania pozycji początkowej; z określeniem pozycji początkowej; łączny;
ustawienie kąta wyprzedzenia fazy dla silnika bezczujnikowego w krokach co 1 stopień;
możliwość wykorzystania jednego z dwóch wejść referencyjnych: 1-analogowe, 2-RC;
kalibracja sygnałów wejściowych;
bieg wsteczny silnika;
regulacja regulatora poprzez port UART i odbieranie danych z regulatora podczas pracy (prędkość, prąd, napięcie akumulatora);
Częstotliwość PWM 16, 32 KHz.
ustawienie poziomu sygnału PWM do uruchomienia silnika;
kontrola napięcia akumulatora. Dwa progi: limit i odcięcie. Gdy napięcie akumulatora spadnie do wartości granicznej, prędkość obrotowa silnika spada. Po spadku poniżej progu odcięcia następuje całkowite zatrzymanie;
kontrola prądu silnika. Dwa progi: limit i odcięcie;
regulowany tłumik sygnału nastawczego;
ustawienie czasu martwego dla kluczy

Działanie regulatora

Włączenie

Napięcie zasilania regulatora i silnika jest osobne, więc może pojawić się pytanie: w jakiej kolejności podawać napięcie. Zalecam podanie napięcia na obwód regulatora. A następnie podłącz zasilanie do silnika. Chociaż inna sekwencja problemów nie wystąpiła. W związku z tym przy jednoczesnym dostarczaniu napięcia również nie było problemów.

Po włączeniu silnik wydaje 1 krótki dźwięk (jeśli dźwięk nie jest wyłączony), włącza się, a dioda świeci światłem ciągłym. Regulator jest gotowy do pracy.

Aby uruchomić silnik, zwiększ wartość sygnału nastawczego. W przypadku zastosowania potencjometru wartości zadanej silnik uruchomi się, gdy napięcie zadane osiągnie około 0,14 V. W razie potrzeby można skalibrować sygnał wejściowy, co pozwala na wykorzystanie wcześniejszych zakresów napięcia sterującego. Domyślnie ustawiony jest tłumik wartości zadanej. Przy ostrym skoku sygnału ustawienia prędkość obrotowa silnika będzie płynnie wzrastać. Amortyzator ma asymetryczną charakterystykę. Resetowanie następuje bez opóźnienia. W razie potrzeby przepustnicę można wyregulować lub całkowicie wyłączyć.

początek

Rozruch silnika bezczujnikowego odbywa się z ustawionym w ustawieniach poziomem napięcia rozruchowego. W momencie startu położenie drążka gazu nie ma znaczenia. Jeśli próba rozruchu nie powiedzie się, próba rozruchu jest powtarzana, aż silnik zacznie normalnie się obracać. Jeśli silnik nie uruchomi się w ciągu 2-3 sekund, przerwij próby, usuń gaz i przystąp do regulacji regulatora.

W przypadku zgaśnięcia silnika lub mechanicznego zablokowania wirnika następuje zadziałanie zabezpieczenia i regulator podejmuje próbę ponownego uruchomienia silnika.

Rozruch silnika z czujnikami Halla odbywa się również za pomocą ustawień uruchamiania silnika. Te. jeśli dasz pełny gaz, aby uruchomić silnik z czujnikami, regulator poda napięcie określone w ustawieniach rozruchu. I dopiero gdy silnik zacznie się obracać, zostanie zastosowane pełne napięcie. Jest to dość niezwykłe w przypadku silnika z czujnikami, ponieważ takie silniki są używane głównie jako silniki trakcyjne iw tym przypadku osiągnięcie maksymalnego momentu obrotowego na starcie może być trudne. Jednak ten regulator ma funkcję zabezpieczającą silnik i regulator przed awarią w przypadku mechanicznego zablokowania silnika.

Podczas pracy sterownik wysyła dane o prędkości obrotowej silnika, prądzie, napięciu akumulatora przez port UART w następującym formacie:

E: minimalne napięcie akumulatora: maksymalne napięcie akumulatora: maksymalny prąd: prędkość obrotowa silnika (obr/min) A: aktualne napięcie akumulatora: aktualne prąd: aktualna prędkość obrotowa silnika (obr/min)

Dane są wydawane w odstępach około 1 sekundy. Szybkość transferu na porcie 9600.

Ustawienie regulatora

W celu skonfigurowania kontrolera należy podłączyć go do komputera za pomocą . Szybkość transferu na porcie 9600.

Przejście sterownika do trybu nastaw następuje w momencie włączenia sterownika, gdy sygnał nastawczy potencjometru jest większy od zera. Te. Aby przełączyć regulator w tryb nastaw należy obrócić pokrętło potencjometru nastawczego, a następnie włączyć regulator. Terminal wyświetli monit w postaci symbolu „ > „. Następnie możesz wprowadzić polecenia.

Sterownik akceptuje następujące komendy (w różnych wersjach oprogramowania zestaw ustawień i komend może się różnić):

H- wyświetlanie listy poleceń;
? - ustawienia wyjściowe;
C– kalibracja sygnału jazdy;
D– Resetowanie ustawień do ustawień fabrycznych.

zespół " ? ” drukuje na terminalu listę wszystkich dostępnych ustawień wraz z ich wartością. Na przykład:

typ.silnika=0 magnesy.silnika=12 kąt.silnika=7 typ.rozruchu silnika=0 czas.rozruchu silnika=10 pwm=32 pwm.start=15 pwm.min=10 limit napięcia=128 odcięcie napięcia =120 current.limit=200 current.cutoff=250 system.sound=1 system.input=0 system.damper=10 system.deadtime=1

Możesz zmienić żądane ustawienie za pomocą następującego polecenia:

<настройка>=<значение>

Na przykład:

pwm.start=15

Jeśli polecenie zostało wydane poprawnie, ustawienie zostanie zastosowane i zapisane. Bieżące ustawienia można sprawdzić po ich zmianie za pomocą polecenia „ ? “.

Pomiary sygnałów analogowych (napięcie, prąd) wykonywane są za pomocą przetwornika ADC mikrokontrolera. ADC pracuje w trybie 8-bitowym. Dokładność pomiaru jest celowo niedoszacowana, aby zapewnić akceptowalną szybkość konwersji sygnału analogowego. Odpowiednio, sterownik wyprowadza wszystkie wartości analogowe w postaci liczby 8-bitowej, tj. od 0 do 255.

Cel ustawień:

Lista ustawień, ich opis:

Parametr	Opis	Oznaczający
typ silnika	typ silnika	0-bezczujnikowy; 1-czujnik
magnesy silnikowe	Liczba magnesów w wirniku silnika. Służy tylko do obliczania prędkości obrotowej silnika.	0..255, szt.
kąt silnika	Kąt wyprzedzenia fazy. Używany tylko do silników bezczujnikowych.	0..30 stopni
typ.rozruchu.silnika	Typ startu. Używany tylko do silników bezczujnikowych.	0-bez określenia położenia wirnika; 1-z określeniem położenia wirnika; 2-połączone;
czas.rozruchu.silnika	Czas rozpoczęcia.	0..255, ms
pwm	Częstotliwość PWM	16, 32 kHz
pwm.start	Wartość PWM (%) do uruchomienia silnika.	0..50 %
pwm.min	Wartość minimalnej wartości PWM (%), przy której obraca się silnik.	0..30 %
granica napięcia	Napięcie akumulatora, przy którym należy ograniczyć moc dostarczaną do silnika. Wskazane w odczytach ADC.	0..255*
odcięcie napięcia	Napięcie akumulatora, przy którym należy wyłączyć silnik. Wskazane w odczytach ADC.	0..255*
obecny limit	Prąd, przy którym należy ograniczyć moc dostarczaną do silnika. Wskazane w odczytach ADC.	0..255**
aktualne odcięcie	Prąd, przy którym silnik powinien zostać wyłączony. Wskazane w odczytach ADC.	0..255**
dźwięk.systemowy	Włącz / wyłącz sygnał dźwiękowy emitowany przez silnik	0-wyłączony; 1-włączony;
system.wejście	Sygnał rozkazu	0-potencjometr; sygnał 1-RC;
system.przepustnica	Tłumienie wejściowe	0..255, jednostki konwencjonalne
system.czas martwy	Wartość czasu martwego dla kluczy w mikrosekundach	0..2, μs

* – wartość liczbowa 8-bitowego przetwornika analogowo-cyfrowego.
Obliczone według wzoru: ADC = (U*R6/(R5+R6))*255/5
Gdzie: u- napięcie w woltach; R5, R6 jest rezystancją rezystorów dzielnika w omach.

Zasada działania bezszczotkowego silnika prądu stałego (BCDM) znana jest od bardzo dawna, a silniki bezszczotkowe zawsze stanowiły ciekawą alternatywę dla tradycyjnych rozwiązań. Mimo to takie maszyny elektryczne znalazły szerokie zastosowanie w technice dopiero w XXI wieku. Decydującym czynnikiem o szerokim zastosowaniu było wielokrotne obniżenie kosztów elektroniki sterującej napędem BDKP.

Problemy z silnikiem kolektora

Na podstawowym poziomie zadaniem każdego silnika elektrycznego jest zamiana energii elektrycznej na energię mechaniczną. Istnieją dwa główne zjawiska fizyczne leżące u podstaw projektowania maszyn elektrycznych:

Silnik jest zaprojektowany w taki sposób, że pola magnetyczne wytwarzane na każdym z magnesów zawsze oddziałują na siebie, powodując obrót wirnika. Tradycyjny silnik prądu stałego składa się z czterech głównych części:

stojan (element stały z pierścieniem magnesów);
kotwica (element obrotowy z uzwojeniami);
szczotki węglowe;
kolektor.

Taka konstrukcja zapewnia obrót twornika i komutatora na tym samym wale względem nieruchomych szczotek. Prąd przepływa ze źródła przez sprężynowe szczotki zapewniające dobry kontakt z komutatorem, który rozprowadza energię elektryczną między uzwojeniami twornika. Pole magnetyczne indukowane w tym ostatnim oddziałuje z magnesami stojana, co powoduje obrót stojana.

Główną wadą tradycyjnego silnika jest to, że mechanicznego kontaktu szczotek nie można osiągnąć bez tarcia. Wraz ze wzrostem prędkości problem staje się bardziej wyraźny. Zespół kolektora zużywa się z czasem, a ponadto jest podatny na iskrzenie i jonizację otaczającego powietrza. Tak więc, pomimo prostoty i niskich kosztów produkcji, takie silniki elektryczne mają pewne wady nie do pokonania:

zużycie pędzla;
zakłócenia elektryczne w wyniku iskrzenia;
ograniczenia maksymalnej prędkości;
trudności z chłodzeniem wirującego elektromagnesu.

Pojawienie się technologii procesorowej i tranzystorów mocy pozwoliło projektantom zrezygnować z mechanicznej jednostki przełączającej i zmienić rolę wirnika i stojana w silniku elektrycznym prądu stałego.

Zasada działania BDKP

W bezszczotkowym silniku elektrycznym, w przeciwieństwie do swojego poprzednika, rolę mechanicznego przełącznika pełni elektroniczny przetwornik. Umożliwia to realizację obwodu BDKP „na lewą stronę” - jego uzwojenia znajdują się na stojanie, co eliminuje potrzebę stosowania kolektora.

Innymi słowy, główna podstawowa różnica między klasycznym silnikiem a BDCT polega na tym, że zamiast stacjonarnych magnesów i obracających się cewek, ten drugi składa się ze stacjonarnych uzwojeń i obracających się magnesów. Pomimo tego, że samo przełączanie odbywa się w podobny sposób, to jego fizyczna realizacja w napędach bezszczotkowych jest znacznie bardziej złożona.

Głównym problemem jest precyzyjne sterowanie silnikiem bezszczotkowym, co implikuje poprawną kolejność i częstotliwość przełączania poszczególnych sekcji uzwojenia. Problem ten jest konstruktywnie rozwiązywalny tylko wtedy, gdy możliwe jest ciągłe określanie aktualnego położenia wirnika.

Dane niezbędne do przetwarzania przez elektronikę uzyskuje się na dwa sposoby:

wykrywanie bezwzględnego położenia wału;
pomiar napięcia indukowanego w uzwojeniach stojana.

Do realizacji sterowania w pierwszy sposób najczęściej stosuje się pary optyczne lub czujniki Halla przymocowane do stojana, które reagują na strumień magnetyczny wirnika. Główną zaletą takich systemów zbierania informacji o położeniu wału jest ich wydajność nawet przy bardzo niskich prędkościach iw stanie spoczynku.

Sterowanie bezczujnikowe do oceny napięcia w cewkach wymaga co najmniej minimalnego obrotu wirnika. Dlatego w takich konstrukcjach zapewniony jest tryb rozruchu silnika do prędkości obrotowej, przy której można oszacować napięcie na uzwojeniach, a stan spoczynku badać analizując wpływ pola magnetycznego na przebieg impulsów prądu testowego cewki.

Pomimo tych wszystkich trudności konstrukcyjnych silniki bezszczotkowe zyskują coraz większą popularność ze względu na swoje osiągi i zestaw cech niedostępnych dla kolekcjonerów. Krótka lista głównych przewag BDKP nad klasycznymi wygląda następująco:

brak strat energii mechanicznej na skutek tarcia szczotki;
porównawcza bezgłośność pracy;
łatwość przyspieszania i zwalniania obrotów dzięki małej bezwładności wirnika;
dokładność kontroli obrotów;
możliwość zorganizowania chłodzenia dzięki przewodności cieplnej;
zdolność do pracy z dużymi prędkościami;
trwałość i niezawodność.

Nowoczesna aplikacja i perspektywy

Istnieje wiele urządzeń, dla których wydłużenie czasu sprawności ma kluczowe znaczenie. W takich urządzeniach zastosowanie BDCT jest zawsze uzasadnione, pomimo ich stosunkowo wysokich kosztów. Mogą to być pompy wody i paliwa, turbiny chłodzące do klimatyzatorów i silników itp. Silniki bezszczotkowe stosowane są w wielu modelach pojazdów elektrycznych. Obecnie silniki bezszczotkowe cieszą się dużym zainteresowaniem przemysłu motoryzacyjnego.

BDKP idealnie nadają się do małych napędów pracujących w trudnych warunkach lub z dużą dokładnością: podajniki i przenośniki taśmowe, roboty przemysłowe, systemy pozycjonowania. Są obszary, w których bezkonkurencyjnie dominują silniki bezszczotkowe: dyski twarde, pompy, ciche wentylatory, małe AGD, napędy CD/DVD. Niewielka waga i duża moc wyjściowa sprawiły, że BDCT stał się również podstawą do produkcji nowoczesnych bezprzewodowych narzędzi ręcznych.

Można powiedzieć, że obecnie dokonuje się znaczny postęp w dziedzinie napędów elektrycznych. Ciągły spadek cen elektroniki cyfrowej stworzył trend w kierunku powszechnego stosowania silników bezszczotkowych w celu zastąpienia tradycyjnych.

Silniki bezszczotkowe są dziś dość powszechne. Urządzenia te są najczęściej używane z napędami elektrycznymi. Można je również znaleźć na różnych urządzeniach chłodniczych. W sektorze przemysłowym zajmują się systemami grzewczymi.

Dodatkowo modyfikacje bezszczotkowe są instalowane w konwencjonalnych wentylatorach do klimatyzacji. Obecnie na rynku dostępnych jest wiele modeli z czujnikami i bez. Jednocześnie, w zależności od rodzaju regulatorów, modyfikacje są zupełnie różne. Aby jednak dokładniej zrozumieć to zagadnienie, konieczne jest przestudiowanie struktury prostego silnika.

Bezszczotkowe urządzenie modelowe

Jeśli weźmiemy pod uwagę konwencjonalny trójfazowy silnik bezszczotkowy, to zainstalowana jest w nim miedziana cewka indukcyjna. Stojany są używane zarówno szeroko, jak i impulsowo. Ich zęby są różnej wielkości. Jak wspomniano wcześniej, istnieją modele z czujnikami, a także bez nich.

Bloki służą do mocowania stojana. Sam proces indukcji zachodzi z powodu uzwojenia stojana. Najczęściej stosowane są wirniki typu bipolarnego. Posiadają stalowe rdzenie. Do mocowania magnesów na modelach służą specjalne rowki. Bezpośrednie sterowanie silnikiem bezszczotkowym odbywa się za pomocą regulatorów, które znajdują się na stojanie. Aby dostarczyć napięcie do uzwojenia zewnętrznego, w urządzeniach zainstalowane są bramki izolacyjne.

Modele dwucyfrowe

bezkolektorowy el. silniki tego typu są często stosowane w urządzeniach zamrażających. Jednocześnie odpowiednia jest dla nich szeroka gama sprężarek. Średnio moc modelu może osiągnąć 3 kW. Obwód bezszczotkowego silnika cewkowego najczęściej zawiera podwójny typ z uzwojeniem miedzianym. Stojany są instalowane tylko impulsowo. W zależności od producenta długość zębów może się różnić. Stosowane są czujniki zarówno elektryczne, jak i indukcyjne. W przypadku systemów grzewczych modyfikacje te są złe.

Należy również pamiętać, że rdzenie w silnikach bezszczotkowych są wykonane głównie ze stali. Jednocześnie rowki na magnesy są dość szerokie i znajdują się bardzo blisko siebie. Z tego powodu częstotliwość urządzeń może być wysoka. Regulatory do takich modyfikacji są najczęściej wybierane jako jednokanałowe.

Modyfikacje trzycyfrowe

Trzybitowy silnik bezszczotkowy doskonale sprawdza się w systemach wentylacyjnych. Jego czujniki są zwykle typu elektrycznego. W tym przypadku cewki są instalowane dość szeroko. Dzięki temu proces indukcji przebiega szybko. W takim przypadku częstotliwość urządzenia zależy od stojana. Uzwojenie jest najczęściej typu miedzianego.

Trzycyfrowe silniki bezszczotkowe wytrzymują maksymalne napięcie na poziomie 20 V. Modyfikacje tyrystorów są obecnie dość rzadkie. Należy również zaznaczyć, że magnesy w takich konfiguracjach mogą być montowane zarówno po zewnętrznej, jak i wewnętrznej stronie tarczy wirnika.

Czterocyfrowe modyfikacje zrób to sam

Wykonanie czterobitowego silnika bezszczotkowego własnymi rękami jest absolutnie proste. Aby to zrobić, musisz najpierw przygotować płytkę z rowkami. Grubość metalu w tym przypadku powinna wynosić około 2,3 mm. Rowki w tej sytuacji muszą znajdować się w odległości 1,2 cm.Jeśli weźmiemy pod uwagę prosty model, należy wybrać cewkę o średnicy 3,3 cm.Jednocześnie musi wytrzymać napięcie progowe przy 20 V.

Podkładki pod urządzenie to najczęściej wybierana stal. W tym przypadku wiele zależy od wielkości tarczy wirnika. Sam stojan musi być używany z podwójnym uzwojeniem. W takim przypadku ważne jest przygotowanie rdzenia typu stalowego. Jeśli rozważamy modyfikacje bez regulatorów, to można dokończyć montaż silnika bezszczotkowego, instalując bramkę izolującą. W takim przypadku styki urządzenia należy wyprowadzić na zewnętrzną stronę płytki. W przypadku konwencjonalnego wentylatora takie modele bezszczotkowe są idealne.

Urządzenia z regulatorem ABP2

Silnik bezszczotkowy z regulatorami tego typu jest dziś bardzo popularny. Systemy te są najbardziej odpowiednie dla urządzeń klimatyzacyjnych. Są również szeroko stosowane w przemyśle do urządzeń chłodniczych. Są w stanie pracować z napędami elektrycznymi o różnych częstotliwościach. Ich cewki są najczęściej instalowane jako podwójne. W takim przypadku stojany można znaleźć tylko w trybie pulsacyjnym. Z kolei modyfikacje równoleżnikowe nie są zbyt częste.

Czujniki w silnikach bezszczotkowych z regulatorami tej serii są stosowane wyłącznie jako indukcyjne. W takim przypadku częstotliwość urządzenia może być monitorowana przez system wyświetlania. Podkładki z reguły są instalowane w typie styku i można je montować bezpośrednio na płycie stojana. Sterownik silnika bezszczotkowego w tym przypadku pozwala dość płynnie zmieniać częstotliwość. Proces ten odbywa się poprzez zmianę parametru napięcia wyjściowego. Ogólnie rzecz biorąc, te modyfikacje są bardzo zwarte.

Silniki z regulatorami AVR5

Ta seria silników bezszczotkowych z regulatorem jest często używana w przemyśle do sterowania różnymi urządzeniami elektrycznymi. W urządzeniach gospodarstwa domowego jest instalowany dość rzadko. Cechę takich bezszczotkowych modyfikacji można nazwać zwiększoną częstotliwością. Jednocześnie łatwo jest zmienić dla nich parametr mocy. Cewki w tych modyfikacjach są bardzo zróżnicowane. Należy również zauważyć, że magnesy są najczęściej instalowane na zewnątrz skrzyni wirnika.

Stosowane są głównie zamknięcia typu izolowanego. Można je montować zarówno na skrzyni stojana, jak i na rdzeniu. Ogólnie regulacja urządzenia jest dość szybka. Należy jednak wziąć pod uwagę również wady takich systemów. Przede wszystkim są one związane z przerwami w dostawie prądu przy niskich częstotliwościach. Należy również wspomnieć, że modele tego typu mają dość wysoki pobór mocy. Jednocześnie urządzenia nie nadają się do sterowania zintegrowanymi napędami elektrycznymi.

Korzystanie z elementów sterujących ABT6

Ten typ bezszczotkowego regulatora prędkości silnika jest dziś bardzo poszukiwany. Jego charakterystyczną cechę można bezpiecznie nazwać wszechstronnością. Regulatory są z reguły instalowane na silnikach bezszczotkowych, których moc nie przekracza 2 kW. Jednocześnie urządzenia te idealnie nadają się do sterowania systemami wentylacyjnymi. Kontrolery w tym przypadku można instalować na różne sposoby.

Szybkość transmisji sygnału w tym przypadku zależy od rodzaju układu sterowania. Jeśli weźmiemy pod uwagę modyfikacje tyrystorów, to mają one dość wysoką przewodność. Jednak rzadko mają problemy z zakłóceniami magnetycznymi. Samodzielne złożenie modelu tego typu jest dość trudne. W tej sytuacji najczęściej wybierane są rolety nieocieplone.

Modele z czujnikami efektu Halla

Silniki bezszczotkowe z czujnikiem Halla są szeroko stosowane w zastosowaniach grzewczych. Jednocześnie nadają się do napędów elektrycznych różnych klas. Bezpośrednio używane są tylko regulatory jednokanałowe. Cewki w urządzeniu są zainstalowane typu miedzianego. W tym przypadku rozmiar zębów modelu zależy wyłącznie od producenta. Bezpośrednio nakładki do urządzeń są wybierane jako typ styku. Do tej pory czujniki są najczęściej instalowane po stronie stojana. Na rynku pojawiają się jednak również modele z niższym położeniem. W takim przypadku wymiary silnika bezszczotkowego będą nieco większe.

Modyfikacje niskiej częstotliwości

Bezszczotkowy silnik o niskiej częstotliwości jest obecnie aktywnie wykorzystywany w przemyśle. Jednocześnie idealnie nadaje się do zamrażarek. Średnio jego parametr sprawności kształtuje się na poziomie 70%. Żaluzje modeli są najczęściej używane z izolatorami. Jednocześnie modyfikacje tyrystorów są dość powszechne w naszych czasach.

Systemy sterowania są używane przez serię ABP. W tym przypadku częstotliwość modelu zależy od rodzaju rdzenia i nie tylko. Należy również pamiętać, że istnieją modele z podwójnymi wirnikami. W tym przypadku magnesy znajdują się wzdłuż płytki. Stojany są najczęściej stosowane z uzwojeniami miedzianymi. Jednocześnie bezszczotkowe silniki o niskiej częstotliwości z czujnikami są bardzo rzadkie.

Silniki wysokiej częstotliwości

Te modyfikacje są uważane za najbardziej popularne w przypadku rezonansowych napędów elektrycznych. W przemyśle takie modele są dość powszechne. Ich czujniki są instalowane zarówno w wersji elektronicznej, jak i indukcyjnej. W tym przypadku cewki najczęściej znajdują się po zewnętrznej stronie płyty. Wirniki montowane są zarówno w pozycji poziomej, jak i pionowej.

Bezpośrednia zmiana częstotliwości takich urządzeń odbywa się za pomocą kontrolerów. Są one z reguły instalowane ze złożonym systemem styków. Bezpośrednio startery są używane tylko typu podwójnego. Z kolei układy sterowania zależą od mocy urządzenia bezszczotkowego.

Silnik prądu stałego to silnik elektryczny zasilany prądem stałym. Jeśli to konieczne, zdobądź silnik o wysokim momencie obrotowym i stosunkowo niskiej prędkości. Konstrukcyjnie Inrunners są prostsze ze względu na fakt, że stały stojan może służyć jako obudowa. Można do niego zamontować urządzenia montażowe. W przypadku Outrunnerów obraca się cała zewnętrzna część. Silnik jest mocowany za pomocą stałej osi lub części stojana. W przypadku koła silnikowego mocowanie odbywa się dla stałej osi stojana, druty są doprowadzone do stojana przez wydrążoną oś, która jest mniejsza niż 0,5 mm.

Nazywa się silnik prądu przemiennego silnik elektryczny zasilany prądem zmiennym. Istnieją następujące typy silników prądu przemiennego:

Istnieje również UKD (uniwersalny silnik komutatorowy) z funkcją trybu pracy zarówno na prąd przemienny, jak i stały.

Innym typem silnika jest silnik krokowy ze skończoną liczbą pozycji wirnika. Pewna wskazana pozycja wirnika jest ustalana przez dostarczanie energii do niezbędnych odpowiednich uzwojeń. Gdy napięcie zasilające zostanie usunięte z jednego uzwojenia i przeniesione do innych, następuje proces przejścia do innej pozycji.

Silnik prądu przemiennego, gdy jest zasilany z sieci komercyjnej, zwykle nie osiąga prędkości ponad trzech tysięcy obrotów na minutę. Z tego powodu, gdy konieczne jest uzyskanie wyższych częstotliwości, stosuje się silnik kolektorowy, którego dodatkowymi zaletami są lekkość i zwartość przy zachowaniu wymaganej mocy.

Czasami stosuje się również specjalny mechanizm transmisyjny zwany mnożnikiem, który zmienia parametry kinematyczne urządzenia na wymagane wskaźniki techniczne. Zespoły kolektorów czasami zajmują nawet połowę miejsca w całym silniku, dlatego silniki prądu przemiennego są zmniejszane i lżejsze dzięki zastosowaniu przetwornicy częstotliwości, a czasami dzięki obecności sieci o zwiększonej częstotliwości do 400Hz.

Zasób dowolnego asynchronicznego silnika prądu przemiennego jest zauważalnie wyższy niż kolektora. To jest zdeterminowane stan izolacji uzwojeń i łożysk. Silnik synchroniczny, w przypadku zastosowania falownika i czujnika położenia wirnika, jest uważany za elektroniczny odpowiednik klasycznego silnika kolektora obsługującego pracę prądu stałego.

Bezszczotkowy silnik prądu stałego. Informacje ogólne i urządzenie urządzenie

Bezszczotkowy silnik prądu stałego jest również nazywany trójfazowym silnikiem bezszczotkowym. Jest to urządzenie synchroniczne, którego zasada działania opiera się na samosynchronizującej się regulacji częstotliwości, dzięki której sterowany jest wektor (począwszy od położenia wirnika) pola magnetycznego stojana.

Tego typu sterowniki silników są często zasilane napięciem stałym, stąd nazwa. W anglojęzycznej literaturze technicznej silnik bezszczotkowy nosi nazwę PMSM lub BLDC.

Bezszczotkowy silnik został stworzony przede wszystkim w celu optymalizacji dowolny silnik prądu stałego ogólnie. Bardzo wysokie wymagania stawiano siłownikowi takiego urządzenia (zwłaszcza szybkiemu mikronapędowi z precyzyjnym pozycjonowaniem).

Być może doprowadziło to do zastosowania takich specyficznych urządzeń prądu stałego, bezszczotkowych silników trójfazowych, zwanych także BLDT. Dzięki swojej konstrukcji są prawie identyczne z silnikami synchronicznymi prądu przemiennego, w których obrót wirnika magnetycznego występuje w konwencjonalnym laminowanym stojanie w obecności uzwojeń trójfazowych, a liczba obrotów zależy od napięcia i obciążenia stojana. Na podstawie określonych współrzędnych wirnika przełączane są różne uzwojenia stojana.

Bezszczotkowe silniki prądu stałego mogą istnieć bez oddzielnych czujników, jednak czasami są one obecne na wirniku, na przykład czujnik Halla. Jeśli urządzenie działa bez dodatkowego czujnika, to uzwojenia stojana działają jako element mocujący. Następnie prąd powstaje w wyniku obracania się magnesu, gdy wirnik indukuje pole elektromagnetyczne w uzwojeniu stojana.

Jeśli jedno z uzwojeń zostanie wyłączone, to zaindukowany sygnał będzie mierzony i dalej przetwarzany, jednak taka zasada działania jest niemożliwa bez profesora przetwarzania sygnałów. Ale aby odwrócić lub zahamować taki silnik elektryczny, obwód mostkowy nie jest potrzebny - wystarczy dostarczyć impulsy sterujące w odwrotnej kolejności do uzwojeń stojana.

W VD (silnik przełączany) cewka indukcyjna w postaci magnesu trwałego znajduje się na wirniku, a uzwojenie twornika na stojanie. Na podstawie położenia wirnika, powstaje napięcie zasilania wszystkich uzwojeń silnik elektryczny. W przypadku zastosowania kolektora w takich konstrukcjach, jego funkcję będzie realizował w silniku zaworu przełącznik półprzewodnikowy.

Główną różnicą między silnikami synchronicznymi i bezszczotkowymi jest samosynchronizacja tych ostatnich za pomocą DPR, która określa proporcjonalną częstotliwość obrotu wirnika i pola.

Najczęściej bezszczotkowy silnik prądu stałego znajduje zastosowanie w następujących obszarach:

stojan

To urządzenie ma klasyczny wygląd i przypomina to samo urządzenie maszyny asynchronicznej. Skład zawiera miedziany rdzeń uzwojenia(ułożone na obwodzie w rowki), które określają liczbę faz i obudowę. Zwykle fazy sinusoidalna i kosinusoidalna są wystarczające do obracania i samoczynnego rozruchu, jednak często silnik zaworu jest trójfazowy, a nawet czterofazowy.

Silniki elektryczne z odwróconą siłą elektromotoryczną w zależności od rodzaju uzwojenia na uzwojeniu stojana dzielą się na dwa typy:

forma sinusoidalna;
kształt trapezu.

W odpowiednich typach silników elektryczny prąd fazowy zmienia się również w zależności od sposobu zasilania sinusoidalnego lub trapezowego.

Wirnik

Zwykle wirnik jest wykonany z magnesów trwałych z dwiema do ośmiu par biegunów, które z kolei zmieniają się z północy na południe lub odwrotnie.

Najpopularniejsze i najtańsze do produkcji wirnika są magnesy ferrytowe, ale ich wadą jest niski poziom indukcji magnetycznej dlatego urządzenia wykonane ze stopów różnych pierwiastków ziem rzadkich zastępują obecnie ten materiał, ponieważ mogą zapewnić wysoki poziom indukcji magnetycznej, co z kolei pozwala zmniejszyć rozmiar wirnika.

KRLD

Czujnik położenia wirnika zapewnia informację zwrotną. Zgodnie z zasadą działania urządzenie dzieli się na następujące podgatunki:

indukcyjny;
fotoelektryczny;
Czujnik efektu Halla.

Ten ostatni typ jest najbardziej popularny ze względu na swoją prawie absolutne właściwości bezwładności oraz możliwość pozbycia się opóźnienia w kanałach sprzężenia zwrotnego poprzez położenie wirnika.

System sterowania

Układ sterowania składa się z wyłączników mocy, czasem także tyrystorów lub tranzystorów mocy, w tym z izolowanej bramki, prowadzącej do zbierania przetwornicy prądu lub przetwornicy napięcia. Proces zarządzania tymi kluczami jest najczęściej realizowany za pomocą mikrokontrolera, co wymaga ogromnej ilości operacji obliczeniowych do sterowania silnikiem.

Zasada działania

Działanie silnika polega na tym, że sterownik przełącza pewną liczbę uzwojeń stojana w taki sposób, że wektory pól magnetycznych wirnika i stojana są prostopadłe. Z PWM (modulacja szerokości impulsu) sterownik steruje prądem przepływającym przez silnik i reguluje moment obrotowy wywierany na wirnik. Kierunek tego działającego momentu jest określony przez znak kąta między wektorami. Stopnie elektryczne są używane w obliczeniach.

Przełączanie powinno być wykonane w taki sposób, aby Ф0 (strumień wzbudzenia wirnika) był utrzymywany na stałym poziomie względem strumienia twornika. Kiedy takie wzbudzenie i przepływ twornika oddziałują na siebie, powstaje moment obrotowy M, który ma tendencję do obracania wirnika i równolegle zapewnia koincydencję wzbudzenia i przepływu twornika. Jednak podczas obrotu wirnika poszczególne uzwojenia są przełączane pod wpływem czujnika położenia wirnika, w wyniku czego strumień twornika obraca się w kierunku następnego kroku.

W takiej sytuacji wynikowy wektor przesuwa się i staje się nieruchomy względem strumienia wirnika, co z kolei wytwarza niezbędny moment obrotowy na wale silnika.

Zarządzanie silnikiem

Sterownik bezszczotkowego silnika elektrycznego prądu stałego reguluje moment działający na wirnik poprzez zmianę wartości modulacji szerokości impulsu. Przełączanie jest kontrolowane i realizowane elektronicznie, w przeciwieństwie do konwencjonalnego szczotkowanego silnika prądu stałego. Powszechne są również systemy sterowania, które implementują algorytmy modulacji szerokości impulsu i regulacji szerokości impulsu dla przepływu pracy.

Silniki sterowane wektorowo zapewniają najszerszy znany zakres samokontroli prędkości. Regulacja tej prędkości, jak również utrzymanie powiązania strumienia na wymaganym poziomie, jest zasługą przetwornicy częstotliwości.

Cechą regulacji napędu elektrycznego opartej na sterowaniu wektorowym jest obecność sterowanych współrzędnych. Są w stałym systemie i zamienione na obrotowe, podkreślając stałą wartość proporcjonalną do kontrolowanych parametrów wektora, dzięki której powstaje akcja kontrolna, a następnie przejście odwrotne.

Pomimo wszystkich zalet takiego układu, towarzyszy mu również wada w postaci skomplikowania sterowania urządzeniem do sterowania prędkością w szerokim zakresie.

Zalety i wady

Obecnie w wielu gałęziach przemysłu ten typ silnika jest bardzo poszukiwany, ponieważ bezszczotkowy silnik prądu stałego łączy w sobie prawie wszystkie najlepsze cechy silników bezdotykowych i innych typów.

Niezaprzeczalnymi zaletami silnika bezszczotkowego są:

Mimo istotnych pozytywów, bezszczotkowy silnik prądu stałego ma też kilka wad:

Biorąc pod uwagę powyższe i niedorozwój nowoczesnej elektroniki w regionie, wielu nadal uważa za właściwe zastosowanie konwencjonalnego silnika asynchronicznego z przetwornicą częstotliwości.

Trójfazowy bezszczotkowy silnik prądu stałego

Ten typ silnika ma doskonałe osiągi, szczególnie przy wykonywaniu sterowania za pomocą czujników położenia. Jeśli moment oporu jest zmienny lub w ogóle nie jest znany, a także jeśli jest to konieczne do osiągnięcia wyższy moment rozruchowy stosowana jest kontrola czujnika. Jeśli czujnik nie jest używany (zwykle w wentylatorach), sterowanie eliminuje potrzebę komunikacji przewodowej.

Cechy sterowania trójfazowym silnikiem bezszczotkowym bez czujnika położenia:

Funkcje kontrolne trójfazowy silnik bezszczotkowy z enkoderem położenia na przykładzie czujnika Halla:

Wniosek

Bezszczotkowy silnik prądu stałego ma wiele zalet i będzie godnym wyborem do użytku zarówno przez fachowca, jak i zwykłego laika.

Sprzęt AGD i medyczny, modelarstwo lotnicze, napędy odcinające rurociągi gazowe i naftowe - to nie jest pełna lista zastosowań bezszczotkowych silników prądu stałego (BD). Przyjrzyjmy się urządzeniu i zasadzie działania tych napędów elektromechanicznych, aby lepiej zrozumieć ich zalety i wady.

Informacje ogólne, urządzenie, zakres

Jednym z powodów zainteresowania DB jest zwiększone zapotrzebowanie na szybkie mikrosilniki z precyzyjnym pozycjonowaniem. Wewnętrzną strukturę takich napędów przedstawiono na rysunku 2.

Ryż. 2. Urządzenie silnika bezszczotkowego

Jak widać, konstrukcja to wirnik (zwora) i stojan, pierwszy ma magnes trwały (lub kilka magnesów ułożonych w określonej kolejności), a drugi jest wyposażony w cewki (B) do wytwarzania pola magnetycznego.

Warto zauważyć, że te mechanizmy elektromagnetyczne mogą być z kotwicą wewnętrzną (ten typ konstrukcji można zobaczyć na ryc. 2) lub zewnętrzną (patrz ryc. 3).

Ryż. 3. Wykonanie z kotwą zewnętrzną (outrunner)

W związku z tym każdy z projektów ma określony zakres. Urządzenia z wewnętrznym zworem mają dużą prędkość obrotową, dlatego znajdują zastosowanie w układach chłodzenia, jako elektrownie dla dronów itp. Zewnętrzne napędy wirników znajdują zastosowanie tam, gdzie wymagane jest precyzyjne pozycjonowanie i tolerancja momentu obrotowego (robotyka, sprzęt medyczny, maszyny CNC itp.).

Zasada działania

W przeciwieństwie do innych napędów, na przykład asynchronicznej maszyny prądu przemiennego, do działania DB wymagany jest specjalny kontroler, który włącza uzwojenia w taki sposób, że wektory pól magnetycznych twornika i stojana są do siebie prostopadłe Inny. Oznacza to, że w rzeczywistości urządzenie sterujące reguluje moment obrotowy działający na twornik DB. Proces ten jest wyraźnie pokazany na rycinie 4.

Jak widać, dla każdego ruchu twornika konieczne jest wykonanie pewnej komutacji w uzwojeniu stojana silnika bezszczotkowego. Taka zasada działania nie pozwala na płynne sterowanie obrotami, ale umożliwia szybkie nabranie rozpędu.

Różnice między silnikami szczotkowymi i bezszczotkowymi

Napęd kolektorowy różni się od BD zarówno cechami konstrukcyjnymi (patrz ryc. 5.), jak i zasadą działania.

Ryż. 5. A - silnik kolektora, B - bezszczotkowy

Przyjrzyjmy się różnicom projektowym. Ryc. 5 pokazuje, że wirnik (1 na ryc. 5) silnika kolektorowego, w przeciwieństwie do silnika bezszczotkowego, ma cewki o prostym schemacie uzwojenia, a magnesy trwałe (zwykle dwa) są zainstalowane na stojanie (2 na ryc. 5 ). Dodatkowo na wale zainstalowany jest kolektor, do którego podłączone są szczotki doprowadzające napięcie do uzwojeń twornika.

Krótko opisz zasadę działania maszyn zbierających. Po przyłożeniu napięcia do jednej z cewek zostaje ona wzbudzona i powstaje pole magnetyczne. Oddziałuje on z magnesami trwałymi, co powoduje obracanie się twornika i umieszczonego na nim kolektora. W rezultacie zasilanie jest dostarczane do drugiego uzwojenia i cykl się powtarza.

Częstotliwość obrotu twornika tego projektu zależy bezpośrednio od natężenia pola magnetycznego, które z kolei jest wprost proporcjonalne do napięcia. Oznacza to, że aby zwiększyć lub zmniejszyć prędkość, wystarczy zwiększyć lub zmniejszyć poziom mocy. Aby odwrócić, konieczna jest zmiana polaryzacji. Ten sposób sterowania nie wymaga specjalnego sterownika, ponieważ sterownik jazdy może być wykonany w oparciu o rezystor zmienny, a konwencjonalny przełącznik będzie działał jako falownik.

W poprzedniej sekcji rozważyliśmy cechy konstrukcyjne silników bezszczotkowych. Jak pamiętacie, ich połączenie wymaga specjalnego kontrolera, bez którego po prostu nie będą działać. Z tego samego powodu silniki te nie mogą być używane jako generatory.

Warto również zaznaczyć, że w niektórych napędach tego typu, dla wydajniejszego sterowania, położenia wirnika są monitorowane za pomocą czujników Halla. To znacznie poprawia charakterystykę silników bezszczotkowych, ale prowadzi do wzrostu kosztów i tak już drogiego projektu.

Jak uruchomić silnik bezszczotkowy?

Aby napęd tego typu działał, wymagany jest specjalny sterownik (patrz rysunek 6). Bez tego uruchomienie jest niemożliwe.

Ryż. 6. Bezszczotkowe sterowniki silników do modelowania

Nie ma sensu samodzielnie montować takiego urządzenia, taniej i bardziej niezawodnie będzie kupić gotowe. Możesz go wybrać zgodnie z następującymi cechami charakterystycznymi dla sterowników kanału PWM:

Maksymalny dopuszczalny prąd, ta charakterystyka jest podana dla normalnej pracy urządzenia. Dość często producenci wskazują ten parametr w nazwie modelu (na przykład Phoenix-18). W niektórych przypadkach podawana jest wartość dla trybu szczytowego, którą sterownik może utrzymać przez kilka sekund.
Maksymalne napięcie znamionowe dla pracy ciągłej.
Rezystancja obwodów wewnętrznych sterownika.
Dopuszczalna liczba obrotów wyrażona w obr./min. Powyżej tej wartości sterownik nie pozwoli na zwiększenie obrotów (ograniczenie jest realizowane na poziomie oprogramowania). Należy pamiętać, że prędkość jest zawsze podawana dla napędów 2-biegunowych. Jeśli par biegunów jest więcej, podziel wartość przez ich liczbę. Na przykład wskazana jest liczba 60000 obr./min, więc dla silnika 6-magnesowego prędkość obrotowa wyniesie 60000/3=20000 obr./min.
Częstotliwość generowanych impulsów, dla większości sterowników ten parametr mieści się w przedziale od 7 do 8 kHz, droższe modele pozwalają przeprogramować parametr zwiększając go do 16 lub 32 kHz.

Należy zauważyć, że pierwsze trzy cechy określają pojemność bazy danych.

Bezszczotkowe sterowanie silnikiem

Jak wspomniano powyżej, komutacja uzwojeń napędu jest sterowana elektronicznie. Aby określić, kiedy przełączyć, sterownik monitoruje położenie twornika za pomocą czujników Halla. Jeżeli napęd nie jest wyposażony w takie detektory, to uwzględnia się wsteczne pole elektromagnetyczne, które występuje w niepodłączonych cewkach stojana. Kontroler, który w rzeczywistości jest kompleksem sprzętowo-programowym, monitoruje te zmiany i ustala kolejność przełączania.

Trójfazowy bezszczotkowy silnik prądu stałego

Większość baz danych jest wykonywana w projekcie trójfazowym. Do sterowania takim napędem sterownik posiada przetwornicę impulsów prądu stałego na trójfazowy (patrz rys. 7).

Rysunek 7. Schematy napięć DB

Aby wyjaśnić, jak działa taki silnik bezszczotkowy, należy spojrzeć na rysunek 4 razem z rysunkiem 7, na którym pokazane są kolejno wszystkie etapy pracy napędu. Zapiszmy je:

Impuls dodatni jest przykładany do cewek „A”, a impuls ujemny do „B”, w wyniku czego twornik się poruszy. Czujniki zarejestrują jego ruch i dadzą sygnał do kolejnej komutacji.
Cewka „A” zostaje wyłączona, a impuls dodatni przechodzi do „C” („B” pozostaje bez zmian), następnie podawany jest sygnał do kolejnego zestawu impulsów.
Na „C” - dodatni, „A” - ujemny.
Działa para „B” i „A”, które odbierają impulsy dodatnie i ujemne.
Impuls dodatni jest ponownie przykładany do „B”, a impuls ujemny do „C”.
Cewki „A” są włączone (dostarczony jest +), a na „C” powtarzany jest ujemny impuls. Następnie cykl się powtarza.

W pozornej prostocie zarządzania kryje się wiele trudności. Konieczne jest nie tylko śledzenie położenia twornika w celu wytworzenia kolejnych serii impulsów, ale także sterowanie prędkością obrotową poprzez regulację prądu w cewkach. Ponadto należy wybrać najbardziej optymalne parametry przyspieszania i zwalniania. Warto również zaznaczyć, że sterownik musi być wyposażony w blokadę pozwalającą na sterowanie jego pracą. Wygląd takiego wielofunkcyjnego urządzenia można zobaczyć na rysunku 8.

Ryż. 8. Wielofunkcyjny bezszczotkowy sterownik silnika

Zalety i wady

Elektryczny silnik bezszczotkowy ma wiele zalet, a mianowicie:

Żywotność jest znacznie dłuższa niż w przypadku konwencjonalnych odpowiedników kolektorów.
Wysoka wydajność.
Szybkie ustawienie maksymalnej prędkości obrotowej.
Jest potężniejszy niż CD.
Brak iskier podczas pracy pozwala na stosowanie napędu w warunkach zagrożenia pożarowego.
Nie wymaga dodatkowego chłodzenia.
Prosta obsługa.

Teraz spójrzmy na wady. Istotnym mankamentem ograniczającym korzystanie z baz danych jest ich stosunkowo wysoki koszt (biorąc pod uwagę cenę sterownika). Wśród niedogodności jest niemożność korzystania z bazy danych bez sterownika, nawet do krótkotrwałej aktywacji, na przykład w celu sprawdzenia wydajności. Naprawa problemu, zwłaszcza jeśli wymagane jest przewijanie.