Τι είναι ένας κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες, πώς κατασκευάζεται και λειτουργεί

Ορισμός

Ένας κινητήρας συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες ονομάζεται κινητήρας DC, το ρεύμα των περιελίξεων του οποίου αλλάζει από μια ειδική συσκευή διακόπτη - ονομάζεται "οδηγός" ή "μετατροπέας" και αυτές οι περιελίξεις βρίσκονται πάντα στο στάτορα. Ο διακόπτης αποτελείται από 6 τρανζίστορ, τροφοδοτούν ρεύμα σε μια συγκεκριμένη περιέλιξη, ανάλογα με τη θέση του ρότορα.

Στην οικιακή βιβλιογραφία, αυτοί οι κινητήρες ονομάζονται «βαλβίδες» (επειδή οι διακόπτες ημιαγωγών ονομάζονται «βαλβίδες»), και υπάρχει διαχωρισμός τέτοιων ηλεκτρικών μηχανών σε δύο τύπους με τη μορφή του αντι-EMF. Στην ξένη βιβλιογραφία, μια τέτοια διαφορά παραμένει, ένα από αυτά ονομάζεται ανάλογα με το ρωσικό "BLDC" (χωρίς κινητήρα συνεχούς ρεύματος ή κινητήρα), το οποίο κυριολεκτικά ακούγεται σαν "κινητήρας DC χωρίς ψήκτρες" στις περιελίξεις τους, εμφανίζεται ένα τραπεζοειδές EMF. Οι κινητήρες βαλβίδων με ημιτονοειδές EMF ονομάζονται PMSM (Σύγχρονη μηχανή μόνιμου μαγνήτη), ο οποίος μεταφράζεται ως "σύγχρονος ηλεκτρικός κινητήρας με διέγερση από μόνιμους μαγνήτες."

Η συσκευή και η αρχή της λειτουργίας

Ο συλλέκτης στο KDPT χρησιμεύει ως κόμβος για την εναλλαγή ρεύματος στις περιελίξεις οπλισμού. Σε έναν κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες (BDT), αυτός ο ρόλος δεν παίζεται από βούρτσες ελασμάτων, αλλά από τον μεταγωγέα του από διακόπτες ημιαγωγών - τρανζίστορ. Τα τρανζίστορ αλλάζουν τις περιελίξεις του στάτη, δημιουργώντας ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που αλληλεπιδρά με το πεδίο των μαγνητών ρότορα. Και όταν το ρεύμα ρέει μέσω ενός αγωγού που βρίσκεται σε μαγνητικό πεδίο, ενεργεί πάνω του Αμπέρ δύναμη, λόγω της δράσης αυτής της δύναμης, δημιουργείται ροπή στον άξονα των ηλεκτρικών μηχανών. Η αρχή λειτουργίας οποιουδήποτε ηλεκτρικού κινητήρα βασίζεται σε αυτό.

Τώρα ας δούμε πώς λειτουργεί ο κινητήρας χωρίς ψήκτρες. 3 περιελίξεις συνήθως βρίσκονται στον στάτορα BDPT, κατ 'αναλογία με τους κινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος που ονομάζονται συχνά τριφασικοί. Αυτό ισχύει εν μέρει: οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες λειτουργούν σε πηγή συνεχούς ρεύματος (συνήθως από μπαταρίες), αλλά ο ελεγκτής ενεργοποιεί τις περιελίξεις εναλλάξ. Ωστόσο, δεν είναι απολύτως αλήθεια ότι το εναλλασσόμενο ρεύμα ρέει μέσω των περιελίξεων. Το τελικό σχήμα της περιέλιξης τάσης τροφοδοσίας σχηματίζεται από ορθογώνιους παλμούς ελέγχου τρανζίστορ.

Ένας τριφασικός κινητήρας χωρίς ψήκτρες μπορεί να είναι τριών συρμάτων ή τεσσάρων συρμάτων, όπου το τέταρτο σύρμα είναι μια βρύση από το μεσαίο σημείο (εάν οι περιελίξεις συνδέονται κατά μήκος αστέρι μοτίβο).

Περιελίξεις ή, με απλά λόγια, πηνία από χάλκινο σύρμα ταιριάζουν στα δόντια του πυρήνα του στάτορα. Ανάλογα με το σχεδιασμό και τον σκοπό της κίνησης, ο στάτορας μπορεί να έχει διαφορετικό αριθμό δοντιών. Υπάρχουν διαφορετικές επιλογές για την κατανομή των περιελίξεων φάσης κατά μήκος των δοντιών του ρότορα, η οποία απεικονίζεται στο ακόλουθο σχήμα.

Οι περιελίξεις καθενός από τα δόντια σε μία φάση μπορούν να συνδεθούν σε σειρά ή παράλληλα, ανάλογα με τις εργασίες που έχουν ανατεθεί στον σχεδιαστή όσον αφορά την ισχύ και τη στιγμή της σχεδιασμένης κίνησης, και οι ίδιες οι περιελίξεις φάσης διασυνδέονται σύμφωνα με το μοτίβο ενός αστεριού ή ενός τριγώνου, όπως ασύγχρονη ή σύγχρονη τριφασικοί κινητήρες AC.

Αισθητήρες θέσης ρότορα μπορούν να εγκατασταθούν στο στάτορα. Οι αισθητήρες αιθουσών χρησιμοποιούνται συχνά, δίνουν ένα σήμα στον ελεγκτή όταν επηρεάζονται από το μαγνητικό πεδίο των μαγνητών ρότορα. Αυτό είναι απαραίτητο προκειμένου ο ελεγκτής να «γνωρίζει» σε ποια θέση βρίσκεται ο ρότορας και να παρέχει ισχύ στις αντίστοιχες περιελίξεις. Αυτό είναι απαραίτητο για την αύξηση της αποτελεσματικότητας και της σταθερότητας του έργου, και εν συντομία, για να αφαιρέσετε κάθε δυνατή ισχύ από τον κινητήρα. Οι αισθητήρες εγκατέστησαν συνήθως 3 κομμάτια. Όμως, η παρουσία αισθητήρων περιπλέκει τη συσκευή ενός κινητήρα χωρίς ψήκτρες, πρέπει να πραγματοποιήσουν πρόσθετα καλώδια για τροφοδοσία και γραμμές δεδομένων.

Στο BDTT, μόνιμοι μαγνήτες τοποθετημένοι στο ρότορα χρησιμοποιούνται για διέγερση και ο στάτης είναι μια άγκυρα. Θυμηθείτε ότι στις μηχανές συλλογής είναι το αντίστροφο (ο ρότορας είναι μια άγκυρα) και για διέγερση στο CD χρησιμοποιούνται τόσο μόνιμοι μαγνήτες όσο και ηλεκτρομαγνήτες (περιελίξεις).

Οι μαγνήτες συναρμολογούνται με εναλλασσόμενους πόλους, και ανάλογα ο αριθμός τους καθορίζει τον αριθμό των ζευγών πόλων. Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι πόσους μαγνήτες, τόσα ζεύγη πόλων. Πολλοί μαγνήτες μπορούν να σχηματίσουν έναν πόλο. Ο αριθμός περιστροφών ανά λεπτό εξαρτάται από τον αριθμό των πόλων, όπως συμβαίνει με έναν επαγωγικό κινητήρα (και άλλους). Δηλαδή, από έναν ελεγκτή στις ίδιες ρυθμίσεις, κινητήρες χωρίς ψήκτρες με διαφορετικό αριθμό ζευγών πόλων θα περιστρέφονται σε διαφορετικές ταχύτητες.

Τύποι BDTT

Τώρα ας δούμε πώς είναι οι κινητήρες μόνιμου μαγνήτη χωρίς ψήκτρες. Κατατάσσονται ανάλογα με το σχήμα του μετρητή EMF, το σχεδιασμό, καθώς και από την παρουσία αισθητήρων θέσης ρότορα. Υπάρχουν λοιπόν δύο βασικοί τύποι που διαφέρουν ως προς το αντίθετο EMF, το οποίο προκαλείται στις περιελίξεις όταν περιστρέφεται ο ρότορας:

• BLDC - σε αυτά ένα τραπεζοειδές αντι-EMF.
• PMSM - αντι-emf ημιτονοειδές.

Στην ιδανική περίπτωση, χρειάζονται διαφορετικές πηγές ισχύος (ελεγκτές), αλλά στην πράξη είναι εναλλάξιμες. Αλλά εάν χρησιμοποιείτε έναν ελεγκτή με ορθογώνια ή τραπεζοειδή τάση εξόδου με κινητήρα PMSM, θα ακούσετε χαρακτηριστικούς ήχους, παρόμοιοι με ένα χτύπημα κατά την περιστροφή.

Και από τη σχεδίαση, οι κινητήρες DC χωρίς ψήκτρες είναι:

• Με εσωτερικό ρότορα. Αυτή είναι μια πιο γνωστή αναπαράσταση του ηλεκτρικού κινητήρα, όταν ο στάτης είναι ένα σώμα, και ο άξονας που βρίσκεται σε αυτόν περιστρέφεται. Συχνά καλούνται η αγγλική λέξη "Inrunner". Αυτή η επιλογή χρησιμοποιείται συνήθως για ηλεκτρικούς κινητήρες υψηλής ταχύτητας.
• Με εξωτερικό δρομέα. Εδώ το εξωτερικό μέρος του κινητήρα περιστρέφεται με έναν άξονα στερεωμένο σε αυτόν · στις αγγλικές πηγές ονομάζεται «outrunner». Αυτό το κύκλωμα συσκευής χρησιμοποιείται όταν χρειάζεστε υψηλή στιγμή.

Η σχεδίαση επιλέγεται ανάλογα με το γιατί απαιτείται ένας κινητήρας χωρίς ψήκτρες σε μια συγκεκριμένη εφαρμογή.

Η σύγχρονη βιομηχανία παράγει κινητήρες χωρίς ψήκτρες με και χωρίς αισθητήρες θέσης ρότορα. Το γεγονός είναι ότι υπάρχουν πολλοί τρόποι για τον έλεγχο του BDTT, για ορισμένους από αυτούς απαιτούνται αισθητήρες θέσης, άλλοι καθορίζουν τις θέσεις του EMF στις περιελίξεις,Οι τρίτοι απλώς τροφοδοτούν τις απαραίτητες φάσεις και ο ηλεκτροκινητήρας συγχρονίζεται ανεξάρτητα με τέτοια τροφοδοσία και εισέρχεται στον τρόπο λειτουργίας.

Κύρια χαρακτηριστικά των κινητήρων DC χωρίς ψήκτρες:

1. Τρόπος λειτουργίας - μακρύς ή σύντομος.
2. Μέγιστη τάση λειτουργίας.
3. Μέγιστο ρεύμα εργασίας.
4. Μέγιστη ισχύς.
5. Οι μέγιστες στροφές, συχνά υποδηλώνουν όχι περιστροφές, αλλά KV - r / v, δηλαδή τον αριθμό στροφών ανά 1 volt της εφαρμοζόμενης τάσης (χωρίς φορτίο στον άξονα). Για να λάβετε τη μέγιστη ταχύτητα - πολλαπλασιάστε αυτόν τον αριθμό με τη μέγιστη τάση.
6. Η αντίσταση της περιέλιξης (όσο μικρότερη είναι, τόσο υψηλότερη είναι η απόδοση), συνήθως ανέρχεται σε εκατοστά και χιλιοστά του Ohm.
7. Η γωνία προόδου φάσης (χρονισμός) είναι ο χρόνος μετά τον οποίο το ρεύμα στην περιέλιξη φτάνει στο μέγιστο, αυτό οφείλεται στην αυτεπαγωγή και τους νόμους μεταγωγής (το ρεύμα στην επαγωγή δεν μπορεί να αλλάξει αμέσως.

Διάγραμμα συνδεσμολογίας

Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, για τη λειτουργία ενός κινητήρα χωρίς ψήκτρες χρειάζεστε έναν ειδικό ελεγκτή. Στο aliexpress, μπορείτε να βρείτε και τα δύο κιτ από τον κινητήρα και τον ελεγκτή ή ξεχωριστά. Ο ελεγκτής ονομάζεται επίσης ESC Motor ή Electric Speed ​​Controller. Επιλέγονται από την ισχύ του ρεύματος που δίνεται στο φορτίο.

Συνήθως η σύνδεση του ηλεκτρικού κινητήρα στον ελεγκτή είναι απλή και κατανοητή ακόμη και για ανδρείκελα. Το κύριο πράγμα που πρέπει να γνωρίζετε είναι ότι για να αλλάξετε την κατεύθυνση περιστροφής, πρέπει να αλλάξετε τη σύνδεση οποιωνδήποτε δύο φάσεων, στην πραγματικότητα, καθώς και σε τριφασικούς ασύγχρονους ή συγχρονισμένους κινητήρες.

Το δίκτυο διαθέτει μια σειρά από τεχνικές λύσεις και σχήματα, τόσο περίπλοκα όσο και για ανδρείκελα, τα οποία μπορείτε να δείτε παρακάτω.

Σε αυτό το βίντεο, ο συγγραφέας λέει πώς να κάνει φίλους με τον κινητήρα BC "Arduino".

Και σε αυτό το βίντεο θα μάθετε για διαφορετικούς τρόπους σύνδεσης με διαφορετικούς ελεγκτές και πώς μπορείτε να το κάνετε μόνοι σας. Ο συγγραφέας το αποδεικνύει με ένα παράδειγμα κινητήρα από σκληρό δίσκο και ένα ζευγάρι ισχυρών περιπτώσεων - inrunner και outrunner.

Παρεμπιπτόντως, εφαρμόζουμε επίσης το διάγραμμα από το βίντεο για επανάληψη:

Όπου χρησιμοποιούνται κινητήρες χωρίς ψήκτρες

Το εύρος αυτών των ηλεκτρικών κινητήρων είναι μπροστά από το χρονοδιάγραμμα. Χρησιμοποιούνται τόσο για την οδήγηση μικρών μηχανισμών: σε μονάδες CD, DVD, σκληρούς δίσκους και σε ισχυρές συσκευές: μια μπαταρία και ένα ηλεκτρικό εργαλείο (με τροφοδοσία περίπου 12 V), ραδιο-ελεγχόμενα μοντέλα (για παράδειγμα, quadrocopters), μηχανήματα CNC για την οδήγηση ενός λειτουργικού σώματος (συνήθως κινητήρες με ονομαστική τάση 24V ή 48V).

Τα BDTT χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηλεκτρικά οχήματα, σχεδόν όλοι οι σύγχρονοι κινητήρες με ηλεκτρικά σκούτερ, ποδήλατα, μοτοσικλέτες και αυτοκίνητα είναι κινητήρες χωρίς ψήκτρες. Παρεμπιπτόντως, η ονομαστική τάση των ηλεκτρικών κινητήρων για μεταφορά βρίσκεται σε ένα ευρύ φάσμα, για παράδειγμα, ο κινητήρας του τροχού ποδηλάτου τρέχει συχνά από 36V ή 48V, με σπάνιες εξαιρέσεις και πολλά άλλα, και σε αυτοκίνητα, για παράδειγμα, το Toyota Prius είναι περίπου 120V και στο Nissan Leaf - έρχεται στα 400, ενώ φορτίζεται από ένα δίκτυο 220V (αυτό εφαρμόζεται με τον ενσωματωμένο μετατροπέα).

Στην πραγματικότητα, το πεδίο των ηλεκτρικών κινητήρων χωρίς ψήκτρες είναι πολύ εκτεταμένο, η απουσία κόμβου συλλέκτη το επιτρέπει να χρησιμοποιείται σε επικίνδυνα μέρη, καθώς και σε μέρη με υψηλή υγρασία, χωρίς φόβο βραχυκυκλωμάτων, σπινθήρα ή φωτιά λόγω ελαττωμάτων στο συγκρότημα βουρτσών. Λόγω της υψηλής απόδοσης και των καλών συνολικών διαστάσεων, έχουν βρει εφαρμογή στη διαστημική βιομηχανία.

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα

Οι κινητήρες DC χωρίς ψήκτρες, όπως και άλλοι τύποι ηλεκτρικών μηχανών, έχουν ορισμένα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.

Τα πλεονεκτήματα του BDTT είναι τα εξής:

• Χάρη στη διέγερση από ισχυρούς μόνιμους μαγνήτες (για παράδειγμα νεοδύμιο), έχουν ανώτερη ροπή και ισχύ και έχουν μικρότερες διαστάσεις από τους κινητήρες επαγωγής. Τι χρησιμοποιείται από τους περισσότερους κατασκευαστές ηλεκτρικών οχημάτων - από σκούτερ έως αυτοκίνητα.
• Δεν υπάρχει συγκρότημα συλλέκτη σπινθηριστή βούρτσα που απαιτεί τακτική συντήρηση.
• Όταν χρησιμοποιείτε έναν ελεγκτή υψηλής ποιότητας, σε αντίθεση με το ίδιο CD, δεν παρεμβαίνουν στο δίκτυο τροφοδοσίας, το οποίο είναι ιδιαίτερα σημαντικό σε συσκευές που ελέγχονται με ραδιόφωνο και οχήματα με προηγμένο ηλεκτρονικό εξοπλισμό στο ενσωματωμένο δίκτυο.
• Απόδοση περισσότερο από 80, συχνότερα και 90%.
• Υψηλή ταχύτητα περιστροφής, σε ορισμένες περιπτώσεις έως 100.000 σ.α.λ.

Υπάρχει όμως ένα σημαντικό μείον: ένας κινητήρας χωρίς ψήκτρες χωρίς χειριστήριο είναι απλώς ένα κομμάτι σιδήρου με περιέλιξη χαλκού. Δεν θα είναι σε θέση να εργαστεί. Οι ελεγκτές δεν είναι φθηνοί και τις περισσότερες φορές πρέπει να παραγγελθούν σε ηλεκτρονικά καταστήματα ή με το aliexpress. Εξαιτίας αυτού, η χρήση κινητήρων BC σε σπιτικά μοντέλα και συσκευές δεν είναι πάντα δυνατή.

Τώρα ξέρετε τι είναι ένας κινητήρας DC χωρίς ψήκτρες, πώς λειτουργεί και πού χρησιμοποιείται. Ελπίζουμε ότι το άρθρο μας σας βοήθησε να διευθετήσετε όλα τα ζητήματα!

Σχετικά υλικά:

• Τι είναι ο ρότορας και ο στάτορας
• Πώς να συναρμολογήσετε τον απλούστερο ηλεκτρικό κινητήρα στο σπίτι
• Η διαφορά μεταξύ DC και AC