Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Бесколлекторный двигатель что такое


Что такое бесколлекторный двигатель?

Типы моторов?

Двигатели/моторы в мультироторных аппаратах бывают двух типов:

  1. Коллекторные/Brushed (др. названия: DC)/Сoreless.
  2. Бесколлекторные/Brushless.

Их главное отличие в том, что у коллекторного двигателя обмотки находятся на роторе (вращающейся части), а у бесколлекторного — на статоре. Не вдаваясь в подробности скажем, что бесколлекторный двигатель предпочтительнее коллекторного поскольку наиболее удовлетворяет требованиям, ставящимся перед ним. Поэтому в этой статье речь пойдёт именно о таком типе моторов. Подробно о разнице между бесколлекторными и коллекторными двигателями можно прочесть в этой статье.

Несмотря на то, что применяться БК-моторы начали сравнительно недавно, сама идея их устройства появилась достаточно давно. Однако именно появление транзисторных ключей и мощных неодимовых магнитов сделало возможным их коммерческое использование.

Устройство БК — моторов

Конструкция бесколлекторного двигателя состоит из ротора на котором закреплены магниты и статора на котором располагаются обмотки. Как раз по взаиморасположению этих компонентов БК-двигатели делятся на inrunner и outrunner.

В мультироторных системах чаще применяется схема Outrunner, поскольку она позволяет получать наибольший крутящий момент.

Плюсы и минусы БК — двигателей

Плюсы:

  • Упрощённая конструкция мотора за счёт исключения из неё коллектора.
  • Более высокий КПД.
  • Хорошее охлаждение.
  • БК-двигатели могут работать в воде! Однако не стоит забывать, что из-за воды на механических частях двигателя может образоваться ржавчина и он сломается через какое-то время. Для избежания подобных ситуаций рекомендуется обрабатывать двигатели водоотталкивающей смазкой.
  • Наименьшие радиопомехи.

Минусы:

Из минусов можно отметить только невозможность применения данных двигателей без ESC (регуляторы скорости вращения). Это несколько усложняет конструкцию и делает БК-двигатели дороже коллекторных. Однако если сложность конструкции является приоритетным параметром, то существуют БК-двигатели с встроенными регуляторами скорости.

Как выбрать двигатели для коптера?

При выборе бесколлекторных двигателей в первую очередь следует обратить внимание на следующие характеристики:

  • Максимальный ток — эта характеристика показывает какой максимальный ток может выдержать обмотка двигателя за небольшой промежуток времени. Если превысить это время, то неизбежен выход двигателя из строя. Так же этот параметр влияет на выбор ESC.
  • Максимальное напряжение — так же как и максимальный ток, показывает какое напряжение можно подать на обмотку в течение короткого промежутка времени.
  • KV — количество оборотов двигателя на один вольт. Поскольку этот показатель напрямую зависит от нагрузки на вал мотора, то его указывают для случая, когда нагрузки нет.
  • Сопротивление — от сопротивления зависит КПД двигателя. Поэтому чем сопротивление меньше — тем лучше.

Бесщеточный электродвигатель постоянного тока - Wikipedia

Синхронный электродвигатель с питанием от инвертора

Мотор от 3,5 в дисководе. Катушки, расположенные радиально, изготовлены из медной проволоки, покрытой синей изоляцией. Ротор (вверху справа) был снят и перевернут. Серое кольцо внутри чашки - это постоянный магнит. Этот конкретный двигатель является с опережением со статором внутри ротора. Бесщеточный канальный вентилятор постоянного тока. Две катушки на печатной плате взаимодействуют с шестью круглыми постоянными магнитами в блоке вентилятора.

Бесщеточный электродвигатель постоянного тока (двигатель BLDC или двигатель BL ), также известный как двигатель с электронной коммутацией (двигатель ECM или EC ) и синхронных двигателей постоянного тока , являются синхронными двигателями, приводимыми в действие электричество постоянного тока (постоянного тока) через инвертор или импульсный источник питания, который вырабатывает электричество в форме переменного тока (переменного тока) для управления каждой фазой двигателя через контроллер с обратной связью. Контроллер подает импульсы тока на обмотки двигателя, которые контролируют скорость и крутящий момент двигателя.

Конструкция системы бесщеточного двигателя, как правило, аналогична синхронному двигателю с постоянными магнитами (PMSM), но также может быть переключаемым реактивным двигателем или асинхронным (асинхронным) двигателем. Они также могут использовать неодимовые магниты и быть опережающими (статор окружен ротором) или внутренними (ротор окружен статором). [1]

Преимущества бесщеточного двигателя перед щеточными двигателями - это высокое соотношение мощности и веса, высокая скорость, электронное управление и низкие эксплуатационные расходы.Бесщеточные двигатели находят применение в таких местах, как компьютерная периферия (дисководы, принтеры), ручные электроинструменты и транспортные средства, от модельных самолетов до автомобилей.

Бесщеточные и матовые двигатели [править]

щеточных двигателей постоянного тока были изобретены в 19 веке и являются распространенными. Бесщеточные двигатели постоянного тока стали возможными благодаря развитию твердотельной электроники в 1960-х годах. [2]

Электродвигатель развивает крутящий момент путем изменения полярности вращающихся магнитов, прикрепленных к ротору, вращающейся части машины, и неподвижных магнитов на статоре, который окружает ротор. [3] Один или оба набора магнитов представляют собой электромагниты, изготовленные из катушки из проволоки, намотанной вокруг железного сердечника. Постоянный ток, проходящий через обмотку провода, создает магнитное поле, обеспечивающее мощность, которая запускает двигатель. Однако каждый раз, когда ротор вращается на 180 ° (на пол-оборота), положение северного и южного полюсов на роторе меняется на противоположное. Если бы магнитное поле полюсов оставалось неизменным, это привело бы к изменению крутящего момента на роторе каждые пол оборота, и поэтому средний крутящий момент был бы равен нулю, а ротор не вращался. [4] [5] Таким образом, в двигателе постоянного тока для создания крутящего момента в одном направлении направление электрического тока через обмотки должно быть обращено при каждом повороте ротора на 180 ° (или отключаться во время вращения). время, когда это в неправильном направлении). Это меняет направление магнитного поля при вращении ротора, поэтому крутящий момент на роторе всегда одинаковый.

Коммутатор [править]

В щеточных двигателях, изобретенных в 19 веке, это делается с помощью поворотного переключателя на валу двигателя, называемого коммутатором. [3] [5] [4] Он состоит из вращающегося цилиндра, разделенного на несколько металлических контактных сегментов на роторе. Сегменты соединены с обмотками проводника на роторе. Два или более неподвижных контакта, называемых «щетками», изготовленных из мягкого проводника, такого как графит, прижимаются к коммутатору, создавая скользящий электрический контакт с последовательными сегментами при повороте ротора, обеспечивая электрический ток для обмоток. Каждый раз, когда ротор вращается на 180 °, коммутатор меняет направление электрического тока, приложенного к данной обмотке, в обратном направлении, поэтому магнитное поле создает крутящий момент в одном направлении.

Недостатки коммутатора [править]

Коммутатор имеет много технических недостатков, что привело к снижению использования щеточных двигателей. Эти недостатки: [3] [5] [4]

  • Трение щеток, скользящих вдоль вращающихся сегментов коммутатора, вызывает потери мощности, которые могут быть значительными в двигателе малой мощности.
  • Мягкий материал щетки изнашивается из-за трения, создавая пыль, и в конечном итоге щетки необходимо заменить.Это делает коммутируемые двигатели непригодными для применений с малыми частицами или в герметичных условиях, таких как двигатели с жестким диском, и для применений, требующих работы без технического обслуживания.
  • Сопротивление скользящего контакта щетки вызывает падение напряжения в цепи двигателя, называемое , падение щетки , которое потребляет энергию.
  • Многократное резкое переключение тока через индуктивность обмоток вызывает искры на контактах коммутатора, что представляет опасность пожара во взрывоопасных средах, источник деградирующего ультрафиолетового излучения, [, цитирование необходимо ], и источник электроники. шум, который может вызвать электромагнитные помехи в соседних микроэлектронных цепях.

В течение последних ста лет мощные щеточные двигатели постоянного тока, некогда являвшиеся основой промышленности, были заменены синхронными двигателями переменного тока. В настоящее время щеточные двигатели используются только в приложениях с низким энергопотреблением или там, где доступен только постоянный ток, но вышеуказанные недостатки ограничивают их использование даже в этих приложениях. Бесщеточные моторы были изобретены для решения этих проблем. [ цитирование необходимо ]

Бесщеточное решение [править]

Развитие полупроводниковой электроники в 1970-х годах позволило исключить коммутатор в двигателях постоянного тока, а также щетки в двигателях с постоянными магнитами.В бесщеточных двигателях постоянного тока электронная сервосистема заменяет контакты механического коммутатора. [3] [5] [4] Электронный датчик определяет угол ротора и управляет полупроводниковыми переключателями, такими как транзисторы, которые переключают ток через обмотки, либо изменяя направление тока, либо в некоторых двигателях выключая его, в нужное время каждое вращение вала на 180 °, чтобы электромагниты создавали крутящий момент в одном направлении. Исключение скользящего контакта позволяет бесщеточным двигателям иметь меньшее трение и увеличить срок службы; срок их службы ограничен сроком службы подшипников.

Моторы постоянного тока с щеткой развивают максимальный крутящий момент в неподвижном состоянии, линейно уменьшаясь с увеличением скорости. [6] Некоторые ограничения щеточных двигателей можно преодолеть с помощью бесщеточных двигателей; они включают в себя более высокую эффективность и меньшую подверженность механическому износу. Эти преимущества достигаются за счет потенциально менее надежной, более сложной и более дорогой управляющей электроники.

Типичный бесщеточный двигатель имеет постоянные магниты, которые вращаются вокруг неподвижной арматуры, устраняя проблемы, связанные с подключением тока к движущейся арматуре.Электронный контроллер заменяет узел щетка / коммутатор щеточного двигателя постоянного тока, который непрерывно переключает фазу на обмотки для поддержания вращения двигателя. Контроллер выполняет аналогичное временное распределение мощности, используя твердотельную цепь, а не систему щетка / коммутатор.

Бесщеточные двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с щеточными двигателями постоянного тока, включая высокое отношение крутящего момента к массе, больший крутящий момент на ватт (повышенная эффективность), повышенную надежность, уменьшенный шум, более длительный срок службы (без эрозии щетки и коммутатора), устранение ионизирующих искр от коммутатор и общее снижение электромагнитных помех (EMI).Без обмоток на роторе они не подвергаются центробежным силам, а поскольку обмотки поддерживаются корпусом, они могут охлаждаться за счет теплопроводности, не требуя воздушного потока внутри двигателя для охлаждения. Это, в свою очередь, означает, что внутренние части двигателя могут быть полностью закрыты и защищены от грязи или других посторонних веществ.

Коммутация бесщеточного двигателя может быть реализована в программном обеспечении с использованием микроконтроллера или микропроцессорного компьютера, или альтернативно может быть реализована с использованием аналоговых или цифровых схем.Коммутация с электроникой вместо щеток обеспечивает большую гибкость и возможности, недоступные для щеточных двигателей постоянного тока, в том числе ограничение скорости, «микрошаг» для медленного и точного управления движением и удерживающий момент в неподвижном состоянии. Программное обеспечение контроллера может быть настроено для конкретного двигателя, используемого в приложении, что приводит к большей эффективности коммутации.

Максимальная мощность, которая может быть применена к бесщеточному двигателю, ограничена почти исключительно теплом; [ цитирование необходимо ] слишком большое количество тепла ослабляет магниты и может повредить изоляцию обмоток.

При преобразовании электричества в механическую мощность бесщеточные двигатели более эффективны, чем щеточные. Это улучшение в значительной степени связано с частотой, с которой переключается электричество, определяемой обратной связью датчика положения. Дополнительный выигрыш обусловлен отсутствием щеток, что снижает механическую потерю энергии из-за трения. Повышенная эффективность является наибольшей в области холостого хода и низкой нагрузки на кривой производительности двигателя. [требуется цитирование ] При высоких механических нагрузках бесщеточные двигатели и высококачественные щеточные двигатели сопоставимы по эффективности. [ требуется цитирование ] [ оспаривается - обсуждается ]

Условия и требования, в которых производители используют двигатели постоянного тока бесщеточного типа, включают в себя работу без технического обслуживания, высокие скорости и работу, когда искрение опасно (например, взрывоопасные среды) ) или может повлиять на чувствительное к электронике оборудование.

Конструкция бесщеточного двигателя напоминает шаговый двигатель, но двигатели имеют важные различия из-за различий в реализации и эксплуатации.В то время как шаговый двигатель часто останавливается с ротором в определенном угловом положении, бесщеточный двигатель обычно предназначен для непрерывного вращения. Оба типа двигателей могут иметь, но обычно не включают датчик положения ротора для внутренней обратной связи. Как шаговый двигатель, хорошо разработанный бесщеточный двигатель может удерживать конечный крутящий момент при нулевых оборотах.

Реализации контроллеров [править]

Поскольку контроллер реализует функциональность традиционных щеток, ему требуется ориентация / положение ротора (относительно катушек статора).Это происходит автоматически в щеточном двигателе благодаря фиксированной геометрии вала ротора и щеток. В некоторых конструкциях используются датчики эффекта Холла или поворотный датчик для непосредственного измерения положения ротора. Другие измеряют противо-ЭДС в ненарушенных катушках, чтобы вывести положение ротора, устраняя необходимость в отдельных датчиках с эффектом Холла, и поэтому их часто называют контроллерами без датчика .

Типичный контроллер содержит три двунаправленных выхода (то есть трехфазный выход с частотным управлением), которые управляются логической схемой.Простые контроллеры используют компараторы, чтобы определить, когда выходная фаза должна быть усовершенствована, в то время как более продвинутые контроллеры используют микроконтроллер для управления ускорением, скоростью управления и точной настройкой эффективности.

Контроллеры, которые определяют положение ротора на основе противо-ЭДС, сталкиваются с дополнительными трудностями при инициировании движения, поскольку при неподвижном роторе не возникает противо-ЭДС. Обычно это достигается путем начала поворота с произвольной фазы, а затем перехода к правильной фазе, если она окажется неправильной.Это может привести к кратковременному вращению двигателя назад, что еще больше усложнит последовательность запуска. Другие контроллеры без датчиков способны измерять насыщение обмотки, вызванное положением магнитов, определяющих положение ротора.

Двумя ключевыми параметрами производительности бесщеточных двигателей постоянного тока являются постоянные электродвигателя KT {\ displaystyle K_ {T}} (постоянная крутящего момента) и Ke {\ displaystyle K_ {e}} (постоянная противо-ЭДС, также известная как постоянная скорости KV = 1Ke {\ displaystyle K_ {V} = {1 \ over K_ {e}}}). [7]

Вариации в строительстве [править]

Схема для стилей обмотки дельта и вай.(Это изображение не иллюстрирует индуктивные и генераторные свойства двигателя) Бесщеточные двигатели

могут быть сконструированы в нескольких различных физических конфигурациях: в «обычной» (также известной как inrunner ) конфигурации постоянные магниты являются частью ротора. Три обмотки статора окружают ротор. В конфигурации с опережением (или с внешним ротором) радиальное соотношение между катушками и магнитами меняется на обратное; катушки статора образуют центр (сердечник) двигателя, в то время как постоянные магниты вращаются внутри нависающего ротора, который окружает сердечник.Тип плоского или осевого потока, используемый там, где существуют ограничения по пространству или форме, использует пластины статора и ротора, установленные лицом к лицу. У аутраннеров обычно больше полюсов, триплеты установлены для поддержания трех групп обмоток и имеют более высокий крутящий момент при низких оборотах. Во всех бесщеточных двигателях катушки неподвижны.

Существует две общие конфигурации электрических обмоток; дельта-конфигурация соединяет три обмотки друг с другом (последовательные цепи) в форме треугольника, и питание подается на каждое из соединений.Конфигурация Wye ( Y--образная), которую иногда называют звездообразной обмоткой, соединяет все обмотки с центральной точкой (параллельные цепи), и питание подается на оставшийся конец каждой обмотки.

Двигатель с обмотками в треугольной конфигурации обеспечивает низкий крутящий момент на низкой скорости, но может давать более высокую максимальную скорость. Конфигурация Wye дает высокий крутящий момент на низкой скорости, но не на максимальной скорости.

Хотя конструкция двигателя сильно влияет на эффективность, витая обмотка обычно более эффективна.В обмотках, соединенных треугольником, половину напряжения прикладывают к обмоткам, примыкающим к ведомому выводу (по сравнению с обмоткой непосредственно между ведомыми выводами), увеличивая резистивные потери. Кроме того, обмотки могут позволить высокочастотным паразитным электрическим токам циркулировать полностью внутри двигателя. Обмотка с соединением по краям не содержит замкнутого контура, в котором могут протекать паразитные токи, предотвращая такие потери.

С точки зрения контроллера, два типа обмоток обрабатываются абсолютно одинаково.

приложений [править]

Четыре полюса на статоре двухфазного бесщеточного двигателя. Это часть вентилятора охлаждения компьютера; ротор был удален. Бесщеточные двигатели

выполняют многие функции, изначально выполняемые щеточными двигателями постоянного тока, но стоимость и сложность управления не позволяют бесщеточным двигателям полностью заменить щеточные двигатели в областях с наименьшими затратами. Тем не менее, бесщеточные двигатели стали доминировать во многих приложениях, особенно таких устройствах, как компьютерные жесткие диски и CD / DVD-плееры.Малые охлаждающие вентиляторы в электронном оборудовании питаются исключительно от бесщеточных двигателей. Их можно найти в беспроводных электроинструментах, где повышенная эффективность двигателя приводит к более длительным периодам использования, прежде чем батарею необходимо зарядить. Низкоскоростные, маломощные бесщеточные двигатели используются в проигрывателях с прямым приводом для граммофонных записей. [ цитирование необходимо ]

Транспорт [редактировать]

Бесщеточные двигатели встречаются в электромобилях, гибридных транспортных средствах и личных транспортных средствах. [ цитирование необходимо ] В большинстве электрических велосипедов используются бесщеточные двигатели, которые иногда встроены в саму ступицу колеса, при этом статор неподвижно прикреплен к оси, а магниты прикреплены к колесу и вращаются вместе с ним. [8] Тот же принцип применяется в самобалансирующихся колесах самоката. Большинство моделей RC с электропитанием используют бесщеточные двигатели из-за их высокой эффективности.

Аккумуляторные инструменты [править]

Бесщеточные двигатели

используются во многих современных беспроводных инструментах, включая некоторые триммеры для струн, воздуходувки для листьев, пилы (циркулярные или возвратно-поступательные) и дрели / приводные устройства.Преимущества бесщеточных по сравнению с щеточными двигателями (малый вес, высокая эффективность) важнее для ручных инструментов с питанием от батареи, чем для больших стационарных инструментов, подключенных к розетке переменного тока, поэтому в этом сегменте рынка их внедрение было более быстрым.

Отопление и вентиляция [править]

В отраслях отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) и холодильной промышленности наблюдается тенденция к использованию бесщеточных двигателей вместо различных типов двигателей переменного тока. Наиболее существенной причиной перехода на бесщеточный двигатель является резкое снижение мощности, необходимой для их работы, по сравнению с обычным двигателем переменного тока. [9] В то время как двигатели с затененными полюсами и постоянными разделенными конденсаторами когда-то доминировали в качестве двигателя вентилятора, многие вентиляторы теперь работают с использованием бесщеточного двигателя. [ когда? ] Некоторые вентиляторы также используют бесщеточные двигатели для повышения общей эффективности системы.

В дополнение к более высокой эффективности бесщеточного двигателя, в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (особенно в системах с переменной скоростью и / или модуляцией нагрузки) используются бесщеточные двигатели, поскольку встроенный микропроцессор обеспечивает программируемость, контроль воздушного потока и последовательную связь.Некоторые потолочные и переносные вентиляторы также оснащены этим двигателем. Они рекламируют двигатель с высокой энергоэффективностью и тише, чем большинство поклонников.

Промышленное машиностроение [редактировать]

Применение бесщеточных двигателей постоянного тока в промышленном инжиниринге в основном сфокусировано на технологии промышленного проектирования или промышленной автоматизации. В производстве бесщеточные двигатели в основном используются для систем управления движением, позиционирования или приведения в действие.

Бесщеточные двигатели идеально подходят для производственных применений из-за их высокой удельной мощности, хороших скоростных характеристик и крутящего момента, высокой эффективности, широкого диапазона скоростей и низких эксплуатационных расходов.Наиболее распространенные области применения бесщеточных двигателей постоянного тока в промышленном строительстве - это линейные двигатели, серводвигатели, приводы для промышленных роботов, двигатели привода экструдера и приводы подачи для станков с ЧПУ. [10]

Системы управления движением [править]
Бесщеточные двигатели

обычно используются в качестве приводов насосов, вентиляторов и шпинделей в приложениях с регулируемой или переменной скоростью, поскольку они способны развивать высокий крутящий момент с хорошим откликом скорости. Кроме того, они могут быть легко автоматизированы для дистанционного управления.Благодаря своей конструкции они имеют хорошие тепловые характеристики и высокую энергоэффективность. [11] Для получения отклика с переменной скоростью бесщеточные двигатели работают в электромеханической системе, которая включает в себя электронный контроллер двигателя и датчик обратной связи положения ротора. [12]

Бесщеточные двигатели постоянного тока широко используются в качестве сервомоторов для сервоприводов станков. Серводвигатели используются для механического перемещения, позиционирования или точного управления движением. Шаговые двигатели постоянного тока также могут быть использованы в качестве серводвигателей; однако, поскольку они работают с управлением с разомкнутым контуром, они, как правило, демонстрируют пульсации крутящего момента. [13] Бесщеточные двигатели постоянного тока больше подходят в качестве серводвигателей, поскольку их точное движение основано на замкнутой системе управления, которая обеспечивает жесткое управление и стабильную работу. [ цитирование необходимо ]

Системы позиционирования и приведения в действие [править]
Бесщеточные двигатели

используются для промышленного позиционирования и приведения в действие. [14] Для сборочных роботов [15] бесщеточных шаговых или серводвигателей используются для позиционирования детали для сборки или инструмента для производственного процесса, такого как сварка или покраска. [ оспаривается - обсуждается ] Бесщеточные двигатели также могут использоваться для привода линейных приводов. [16]

Двигатели, которые непосредственно производят линейное движение, называются линейными двигателями. Преимущество линейных двигателей состоит в том, что они могут производить линейное движение без необходимости использования системы передачи, такой как шариковые винты, ходовой винт, реечный механизм, кулачок, зубчатые колеса или ремни, которые были бы необходимы для вращающихся двигателей. Известно, что системы передачи обеспечивают меньшую чувствительность и сниженную точность.Бесщеточные линейные двигатели постоянного тока с прямым приводом состоят из щелевого статора с магнитными зубьями и подвижного привода, который имеет постоянные магниты и обмотки катушки. Для получения линейного движения контроллер двигателя возбуждает обмотки катушки в приводе, вызывая взаимодействие магнитных полей, приводящее к линейному движению. [10] Трубчатые линейные двигатели - это еще одна форма конструкции линейного двигателя, работающая аналогичным образом.

Авиамоделирование [править]

Управляемый микропроцессором двигатель BLDC для микроуправляемого самолета.Этот двигатель с внешним ротором весит 5 г и потребляет примерно 11 Вт.

Бесщеточные двигатели стали популярным выбором моделей для самолетов, включая вертолеты и беспилотники. Их благоприятное соотношение мощности к весу и широкий диапазон доступных размеров, от менее 5 грамм до больших двигателей, рассчитанных на мощность в диапазоне выходных киловатт, произвели революцию на рынке моделей с электрическим приводом, вытеснив практически все щеточные электродвигатели, кроме для маломощных недорогих, часто игрушечных самолетов. [ цитирование необходимо ] Они также поощряют рост простых, легких электрических моделей самолетов, а не предыдущих двигателей внутреннего сгорания, приводящих в действие более крупные и более тяжелые модели. Увеличенное отношение мощности к весу современных батарей и бесщеточных двигателей позволяет моделям подниматься вертикально, а не подниматься постепенно. Низкий уровень шума и отсутствие массы по сравнению с двигателями внутреннего сгорания с небольшим раскаленным топливом является еще одной причиной их популярности.

Правовые ограничения на использование модельных самолетов с приводом от двигателя внутреннего сгорания в некоторых странах, чаще всего из-за возможного шумового загрязнения - даже с помощью специально разработанных глушителей для почти всех модельных двигателей, доступных в последние десятилетия - также поддержали этот сдвиг к мощным электрическим системам.

Радиоуправляемые машины [править]

Их популярность также возросла в области радиоуправляемых автомобилей. Бесщеточные двигатели были разрешены для гоночных автомобилей RC в Северной Америке в соответствии с Radio Operated Auto Racing (ROAR) с 2006 года. Эти двигатели обеспечивают большую мощность для гонщиков RC и, в сочетании с соответствующей передачей и литиевым полимером с высоким разрядом (Li) -Po) или литий-железо-фосфатные (LiFePO4) батареи, эти автомобили могут развивать скорость свыше 160 километров в час (99 миль в час). [17]

Бесщеточные двигатели способны генерировать больший крутящий момент и имеют более высокую пиковую скорость вращения по сравнению с нитро- или бензиновыми двигателями. Максимальная мощность двигателей Nitro составляет около 46 800 об / мин и 2,2 кВт (3,0 л.с.), в то время как меньший бесщеточный двигатель может развивать скорость до 50 000 об / мин и 3,7 кВт (5,0 л.с.). Большие бесщеточные RC-моторы могут развивать мощность до 10 кВт (13 л.с.) и 28 000 об / мин для питания моделей одной пятой шкалы.

См. Также [править]

Список литературы [править]

  1. ^ Разница в управлении между асинхронным двигателем переменного тока и бесщеточным двигателем постоянного тока? - Электротехническая биржа. Бобби Бернштейн (15 января 2015 года). "Топ 4 самых быстрых RC автомобилей для продажи в мире". Heavy.com . Получено 2 февраля 2015 года. Что касается самого быстрого RC-автомобиля, доступного для продажи, то это суперкар Traxxas XO-1. XO-1 поражает 100 миль в час, с надлежащими батареями LiPos. Спецификации продукта производителя указывают на использование «Бесщеточный двигатель Traxxas Big Block»

Дополнительное чтение [править]

  • Jacek F. Gieras; Mitchell Wing (2002), Технология двигателей с постоянными магнитами: разработка и применение , CRC Press, ISBN 9780824743949
  • Krishnan Ramu (2009), Синхронные и бесщеточные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами , CRC Press, ISBN 9781420014235
  • Говард Э.Jordan (1994), Энергоэффективные электродвигатели и их применение , Springer, ISBN 9780306446986
  • Bobby A. Bassham (2003), Оценка электродвигателей для судовых двигателей , Военно-морская аспирантура

Внешние ссылки [редактировать]

,

Что такое бесщеточный мотор и как он работает?

EGO Chainsaw: Бесщеточный двигатель увеличивает срок службы аккумулятора.

Что такое бесщеточный мотор и как он работает? Мы ответим на эти вопросы в этой статье.

В нашу современную эпоху электроинструментов и гаджетов неудивительно, что бесколлекторные двигатели становятся все более распространенными в продуктах, которые мы покупаем. Хотя бесщеточный мотор был изобретен в середине 19-го века, только в 1962 году он стал коммерчески жизнеспособным.

Бесщеточные двигатели - это синхронные электродвигатели, которые вращаются электронным способом. Они используют постоянные магниты для перемещения ротора в статоре. Вместо использования щеток и коммутатора, двигатели используют контроллер шагового двигателя. Это создает вращение, которое в свою очередь преобразует электрическую энергию в механическую энергию в отличие от щеточного или обычного двигателя.

История традиционного щеточного двигателя

Обычный щеточный двигатель был автоматическим выбором, когда управление крутящим моментом или скоростью было требованием до 1980-х годов.Его история восходит к работам Михаила Фарадея в 1830-х годах. Его работа по определению того, может ли токопроводящий провод создавать круговое магнитное поле вокруг него, была успешной.

Другие ученые, такие как Уильям Стерджон и Джозеф Генри, которые основали работу на экспериментах Фарадея, привели к рождению хорошо разработанной конструкции щеточного двигателя постоянного тока.

Основная область применения обычных двигателей: железнодорожная тяга, стальные прокатные станы, робототехника и принтеры.

Они имеют относительно широкий диапазон мощности от нескольких мегаватт до нескольких ватт, таких как те, которые используются в строительстве игрушек.

Обычный двигатель прост и дешев в изготовлении, но имеет ряд проблем, которые делают его хуже бесщеточного двигателя.

  • Скорость двигателя ограничена из-за щеток.
  • Щетки со временем изнашиваются и, следовательно, требуют периодической замены и обслуживания.
  • Трение, вызванное механическим контактом щеток, приводит к электрическим потерям, износу контактов и накоплению тепла, что значительно снижает производительность двигателя, а также снижает его долговечность.
  • Использование щеток ограничивает число полюсов, которые может иметь арматура.
  • Охлаждать двигатель труднее, так как электромагнит находится в центре двигателя.

Бесщеточные двигатели все чаще заменяют щеточные двигатели из-за их высокой эффективности, плавной подачи крутящего момента, высокой прочности и высокой скорости работы. Их применение в прошлом было сильно ограничено из-за дополнительных затрат на сложный контроллер двигателя, необходимый для работы двигателя.

Бесщеточные моторы и Щеточные моторы.

Основной принцип внутренней работы обоих двигателей в основном аналогичен. Когда обмотки двигателя находятся под напряжением, это создает временное магнитное поле, которое отталкивает или притягивает к постоянным магнитам.

Полученная сила затем преобразуется в вращение вала, которое заставляет двигатель работать. В то время как вал вращается, электрический ток направляется к различным наборам обмоток, таким образом, поддерживая электродвижущее притяжение и отталкивание, которое заставляет ротор вращаться непрерывно.

Бесщеточные двигатели более эффективны в преобразовании электрической энергии в механическую энергию, чем щеточные двигатели. У них нет коммутатора, который позволяет снизить затраты на обслуживание и сложность, а также снизить электромагнитные помехи.

Они могут развивать высокий крутящий момент, хороший отклик на скорость и легко управляются с помощью MCU (блок управления двигателем).

Они также работают в широком диапазоне скоростей, что обеспечивает точное управление движением и удержание крутящего момента в неподвижном состоянии.

Если вы хотите узнать больше, это хороший выбор для расширения ваших знаний.

Итак, что отличает бесщеточные двигатели и щеточные двигатели?

Бесщеточные и щеточные моторы в основном различаются по конструкции.

Щетки в щеточных двигателях используются для подачи тока на обмотки через контакты коммутатора.

Однако бесщеточные двигатели не требуют коммутаторов. Поле в двигателе переключается через усилитель, который запускается коммутирующим устройством.Примером может служить оптический датчик, который измеряет точные движения, так как они не зависят от фаз двигателя.

Обмотки на щеточном двигателе расположены на роторе, а на статоре - на бесщеточном двигателе. Поместив обмотки на статор или неподвижную часть двигателя, можно устранить необходимость в щетках.

В двух словах, основное отличие между бесщеточным двигателем и щеточным двигателем состоит в том, что вместо стационарных магнитов и вращающихся проводов (с щеткой) у бесщеточного двигателя есть стационарные провода и вращающийся магнит.Основным преимуществом является то, что бесщеточный двигатель не имеет трения, поэтому снижает тепло и повышает общую эффективность.

Фантастическая справка по электродвигателям.

Общие применения бесщеточного двигателя

Бесщеточные двигатели используются вместо различных типов двигателей переменного тока. Это значительно снижает мощность, необходимую для работы устройств. Это увеличивает общую эффективность устройств. В небольших устройствах с батарейным питанием для повышения эффективности привода используются бесщеточные двигатели, что увеличивает срок службы батареи.

В роботизированных пылесосах, где требуется управление скоростью MCU, используется бесщеточный двигатель. Это обеспечивает двунаправленную работу и обеспечивает высокий крутящий момент, а также низкий уровень шума.

Мелкая бытовая техника, как правило, производится в очень больших объемах. Поэтому одним из наиболее важных требований является экономическая эффективность. Поэтому бесщеточный двигатель постоянного тока предпочтительнее, чем щеточный двигатель. Это позволяет снизить цены на устройства, в то же время обеспечивая качество продукции.

Малый вес и высокая выходная мощность бесщеточного двигателя желательны для производства ручных инструментов, таких как снегоуборщики и бензопилы. Они содержат минимальные детали, такие как коммутатор, вращающиеся детали и контактные кольца, которые способствуют увеличению его веса.

Бесщеточные двигатели также доминируют в нескольких областях применения, таких как жесткие диски, насосы, вентиляторы, кофемашины, фены, миксеры и CD / DVD-плееры в приложениях с переменной и регулируемой скоростью.

Сравните производительность для дрелей

Преимущества бесщеточного двигателя:

  • Отсутствие щеток обеспечивает низкое трение во время работы двигателя и снижает выработку тепла, что увеличивает срок службы мотор.
  • Минимальный нагрев и износ двигателя из-за отсутствия механического контакта на двигателе значительно улучшают передачу мощности и электрический КПД, что приводит к повышению производительности и мощности.
  • Повышенная эффективность бесщеточного мотора помогает продлить срок службы батареи до 50% и более.
  • Искрения нет, и двигатель производит меньше электрических помех.
  • Тепловыделение лучше, поскольку статор, в котором расположены обмотки, подключен к корпусу.

Недостатки бесщеточного двигателя:

Первоначальная стоимость двигателя высока из-за необходимости коммутирующих устройств, таких как энкодер и контроллер или привод.

Почему бесщеточные двигатели являются лучшим выбором?

Бесщеточный двигатель обеспечивает большую надежность и эффективность благодаря своему малому весу и размеру по сравнению с щеточными двигателями.

КПД для бесщеточного двигателя обычно составляет 85-90%, в то время как КПД для щеточного мотора составляет 75-80%. Значительная разница в эффективности означает, что большая часть общей мощности, используемой двигателем, преобразуется в вращающую силу, и, следовательно, меньше энергии теряется в виде тепла.

Что такое бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC)? Конструкция, работа и применение

Конструкция, работа и применение BLDC (бесщеточный двигатель постоянного тока)

Бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) стали очень интересной областью для многих производителей двигателей, поскольку эти двигатели становятся все более предпочтительными выбор во многих приложениях, особенно в области технологий управления двигателем. Двигатели BLDC превосходят щеточные двигатели постоянного тока во многих отношениях, таких как способность работать на высоких скоростях, высокая эффективность и лучшее рассеяние тепла.

Они являются неотъемлемой частью современной приводной технологии, наиболее часто используемой для привода приводов, станков, электрореактивных двигателей, робототехники, компьютерной периферии, а также для выработки электроэнергии. С развитием технологии без датчиков, помимо цифрового управления, эти двигатели становятся настолько эффективными с точки зрения общей стоимости системы, размера и надежности.

Что такое бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC)?

Бесщеточный электродвигатель постоянного тока (известный как BLDC) представляет собой синхронный электродвигатель с постоянным магнитом , который приводится в действие электричеством постоянного тока (DC) и обеспечивает работу системы коммутации с электронным управлением (коммутация - это процесс создания вращающего момента в двигателе изменяя фазные токи через него в соответствующее время) вместо механической коммутационной системы.Двигатели BLDC также называются трапецеидальными двигателями с постоянными магнитами.

В отличие от обычного электродвигателя постоянного тока щеточного типа, в котором щетки обеспечивают механический контакт с коммутатором на роторе для формирования электрического пути между источником постоянного тока и обмотками якоря ротора, двигатель BLDC использует электрическую коммутацию с ротором с постоянными магнитами и статором с последовательностью катушек. В этом двигателе вращается постоянный магнит (или полюса поля), а проводники с током фиксируются.

Катушки якоря переключаются электронным способом с помощью транзисторов или управляемых кремнием выпрямителей в правильном положении ротора таким образом, чтобы поле якоря находилось в квадратуре пространства с полюсами поля ротора. Следовательно, сила, действующая на ротор, заставляет его вращаться. Датчики Холла или поворотные датчики чаще всего используются для определения положения ротора и расположены вокруг статора. Обратная связь положения ротора от датчика помогает определить, когда следует переключать ток якоря.

Это электронное коммутационное устройство исключает использование коммутатора и щеток в двигателе постоянного тока и, следовательно, обеспечивает более надежную и менее шумную работу. Благодаря отсутствию щеток двигатели BLDC способны работать на высоких скоростях. КПД двигателей BLDC обычно составляет от 85 до 90 процентов, тогда как двигатели постоянного тока щеточного типа имеют эффективность от 75 до 80 процентов. Доступны широкие варианты двигателей BLDC: от небольшого диапазона мощности до дробной мощности, интегральной мощности и большого диапазона мощности.

Конструкция двигателя BLDC

Двигатели BLDC могут быть сконструированы в различных физических конфигурациях. В зависимости от обмоток статора они могут быть настроены как однофазные, двухфазные или трехфазные двигатели. Однако чаще всего используются трехфазные двигатели BLDC с ротором с постоянными магнитами.

Конструкция этого двигателя имеет много общего с трехфазным асинхронным двигателем, а также с обычным двигателем постоянного тока.Этот двигатель имеет детали статора и ротора, как и все остальные двигатели.

Статор двигателя BLDC, состоящий из многослойных стальных пластин, предназначенных для перемещения обмоток. Эти обмотки размещены в пазах, которые вырезаны в осевом направлении вдоль внутренней периферии статора. Эти обмотки могут быть расположены в виде звезды или дельты. Тем не менее, большинство двигателей BLDC имеют трехфазный соединенный звездой статор.

Каждая обмотка состоит из множества взаимосвязанных катушек, где одна или несколько катушек размещены в каждом гнезде.Для формирования четного числа полюсов каждая из этих обмоток распределена по периферии статора.

Статор должен быть выбран с правильным номинальным напряжением в зависимости от возможностей источника питания. Для применения в робототехнике, автомобилестроении и малых приводах предпочтительны двигатели BLDC напряжением 48 В или менее. Для промышленного применения и систем автоматизации используются двигатели мощностью 100 В или выше.

Ротор

Двигатель BLDC имеет постоянный магнит в роторе.Количество полюсов в роторе может варьироваться от 2 до 8 пар полюсов с чередованием южного и северного полюсов в зависимости от требований применения. Для достижения максимального крутящего момента в двигателе плотность потока материала должна быть высокой. Для получения необходимой плотности магнитного поля необходим надлежащий магнитный материал для ротора.

Ферритовые магниты недороги, однако они имеют низкую плотность потока для данного объема. Магниты из редкоземельных сплавов обычно используются для новых конструкций.Некоторыми из этих сплавов являются кобальт самария (SmCo), неодим (Nd) и феррит и бор (NdFeB). Ротор может быть изготовлен с различными конфигурациями сердечника, такими как кольцевой сердечник с постоянным магнитом по периферии, кольцевой сердечник с прямоугольными магнитами и т. Д.

Датчики Холла

Датчик Холла предоставляет информацию для синхронизации возбуждения якоря статора с положением ротора , Поскольку коммутация двигателя BLDC контролируется электронным способом, обмотки статора должны включаться последовательно, чтобы вращать двигатель.Перед подачей питания на конкретную обмотку статора необходимо подтвердить положение ротора. Таким образом, встроенный в статор датчик Холла определяет положение ротора.

Большинство двигателей BLDC имеют три датчика Холла, которые встроены в статор. Каждый датчик генерирует низкий и высокий сигналы всякий раз, когда полюса ротора проходят рядом с ним. Точная последовательность коммутации обмотки статора может быть определена на основе комбинации этих трех датчиков.

Принцип работы и работа двигателя BLDC

Двигатель BLDC работает по принципу, аналогичному принципу обычного двигателя постоянного тока, т.е.закон силы Лоренца, который гласит, что всякий раз, когда токонесущий проводник помещен в магнитное поле, он испытывает силу. В результате силы реакции магнит будет испытывать равную и противоположную силу. В случае двигателя BLDC токонесущий проводник неподвижен, а постоянный магнит движется.

Когда катушки статора электрически переключаются от источника питания, он становится электромагнитом и начинает создавать однородное поле в воздушном зазоре.Несмотря на то, что источником питания является постоянный ток, при переключении генерируется сигнал переменного напряжения трапециевидной формы. Благодаря силе взаимодействия между статором электромагнита и ротором с постоянными магнитами, ротор продолжает вращаться.

Рассмотрим рисунок ниже, на котором статор двигателя возбуждается в зависимости от различных состояний переключения. При переключении обмоток в качестве сигналов высокого и низкого напряжения соответствующие обмотки подаются на север и юг. Ротор с постоянными магнитами с северным и южным полюсами совмещается с полюсами статора, вызывая вращение двигателя.

Обратите внимание, что двигатель создает крутящий момент из-за развития сил притяжения (при выравнивании север-юг или юг-север) и сил отталкивания (при выравнивании север-север или юг-юг). Таким образом, двигатель движется по часовой стрелке.

Здесь может возникнуть вопрос: откуда мы знаем, какая катушка статора должна быть под напряжением и когда это делать. Это потому что; Непрерывное вращение двигателя зависит от последовательности переключения вокруг катушек. Как обсуждалось выше, датчики Холла передают электронное устройство управления обратной связи о положении вала.

На основании этого сигнала от датчика контроллер определяет конкретные катушки для подачи питания. Датчики Холла генерируют сигналы низкого и высокого уровня всякий раз, когда полюса ротора проходят рядом с ним. Эти сигналы определяют положение вала.

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Как описано выше, схема электронного контроллера запитывает соответствующую обмотку двигателя, поворачивая транзистор или другие твердотельные переключатели для непрерывного вращения двигателя. На рисунке ниже показана схема простого привода двигателя BLDC , которая состоит из моста MOSFET (также называемого мостом инвертора), электронного контроллера, датчика эффекта Холла и двигателя BLDC.

Здесь датчики Холла используются для обратной связи по положению и скорости. Электронный контроллер может представлять собой микроконтроллер или микропроцессор, процессор DSP, FPGA или любой другой контроллер. Этот контроллер принимает эти сигналы, обрабатывает их и отправляет сигналы управления в схему драйвера MOSFET.

В дополнение к переключению на номинальную скорость двигателя, дополнительные электронные схемы изменяют скорость двигателя в зависимости от требуемого применения. Эти блоки управления скоростью обычно реализуются с ПИД-регуляторами для обеспечения точного управления.Также возможно производить работу с четырьмя квадрантами от двигателя, в то же время поддерживая хорошую эффективность при изменениях скорости с помощью современных приводов.

Статьи о соответствующих электроприводах

Преимущества двигателя BLDC

Двигатель BLDC имеет ряд преимуществ по сравнению с обычными двигателями постоянного тока, и некоторые из них

  • Он не имеет механического коммутатора и связанных с ним проблем
  • Высокая эффективность благодаря использованию ротор с постоянным магнитом
  • Высокая скорость работы даже в нагруженных и ненагруженных условиях из-за отсутствия щеток, ограничивающих скорость
  • Меньшая геометрия двигателя и меньший вес, чем у щеточных двигателей постоянного и асинхронного типа
  • Долгий срок службы без проверки и требуется техническое обслуживание для системы коммутаторов
  • Более высокий динамический отклик из-за низкой инерции и несущих обмоток в статоре
  • Меньше электромагнитных помех
  • Довольно работа (или низкий уровень шума) из-за отсутствия щеток
Недостатки бесщеточного двигателя
  • Эти двигатели являются дорогостоящими
  • 9012 0 Требуется электронный контроллер для управления этим двигателем.
  • Недостаточно много встроенных электронных систем управления, особенно для крошечных двигателей BLDC
  • Требуется сложная схема привода
  • Необходимы дополнительные датчики

Вы также можете прочитать: Подключение трехфазного двигателя Звезда / треугольник (Y-Δ) Обратный / Вперед с диаграммой питания и управления таймера

Применение бесщеточных двигателей постоянного тока (BLDC)

Бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) используются для широкого спектра применений требования, такие как изменяющиеся нагрузки, постоянные нагрузки и приложения позиционирования в областях промышленного контроля, автомобильной промышленности, авиации, систем автоматизации, медицинского оборудования и т. д.Некоторые конкретные области применения двигателей BLDC:

  • Компьютерные жесткие диски и DVD / CD-плееры
  • Электромобили, гибридные автомобили и электрические велосипеды
  • Промышленные роботы, станки с ЧПУ и простые системы с ременным приводом
  • Стиральные машины, компрессоры и сушилки
  • Вентиляторы, насосы и воздуходувки

Вы также можете прочитать

.

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.