- Informacje ogólne, urządzenie, zakres
- Zasada działania
- Różnice kolektora i silnika bezszczotkowego
- Jak uruchomić silnik bezszczotkowy?
- Bezszczotkowe sterowanie silnikiem
- Trójfazowy silnik bezszczotkowy na prąd stały
- Zalety i wady
Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Sprzęt gospodarstwa domowego i medyczny, modelarstwo, napędy do zamykania rur rurociągów gazowych i naftowych - nie jest to pełna lista zastosowań bezszczotkowych silników prądu stałego. Przyjrzyjmy się strukturze i działaniu tych napędów elektromechanicznych, aby lepiej zrozumieć ich zalety i wady.
Informacje ogólne, urządzenie, zakres
Jednym z powodów zainteresowania bazą danych jest zwiększone zapotrzebowanie na szybkie mikrosilniki z precyzyjnym pozycjonowaniem. Wewnętrzna struktura takich napędów jest pokazana na rysunku 2.
Jak widać, konstrukcja jest wirnikiem (kotwicą) i stojanem, pierwszy ma magnes trwały (lub kilka magnesów ułożonych w określonej kolejności), a drugi jest wyposażony w cewki (B) do wytworzenia pola magnetycznego.
Warto zauważyć, że te mechanizmy elektromagnetyczne mogą być albo z kotwicą wewnętrzną (ten typ konstrukcji można zobaczyć na rysunku 2), albo z zewnątrz (patrz rys. 3).
W związku z tym każda ze struktur ma określony zakres. Urządzenia z kotwicą wewnętrzną mają dużą prędkość obrotową, dlatego są stosowane w systemach chłodzenia, jako elektrownie do dronów itp. Zewnętrzne napędy wirnikowe są stosowane tam, gdzie wymagane jest precyzyjne pozycjonowanie i odporność na przeciążenie momentu (robotyka, sprzęt medyczny, maszyny CNC itp.).
Zasada działania
W przeciwieństwie do innych napędów, na przykład asynchronicznej maszyny prądu zmiennego, DB wymaga specjalnego sterownika, który zawiera uzwojenia tak, aby wektory pola magnetycznego twornika i stojana były względem siebie prostopadłe. To znaczy, że sterownik urządzenia reguluje moment obrotowy działający na kotwicę bazy danych. Ten proces jest wyraźnie przedstawiony na rysunku 4.
Jak widzimy, dla każdego przemieszczenia twornika konieczne jest wykonanie pewnej komutacji w uzwojeniu stojana silnika bezszczotkowego. Taka zasada działania nie pozwala na płynną kontrolę rotacji, ale daje możliwość szybkiego przyspieszenia.
Różnice kolektora i silnika bezszczotkowego
Napęd typu kolektora różni się od bazy danych zarówno cechami konstrukcyjnymi (patrz rys. 5), jak i zasadą działania.
Rozważ różnice projektowe. Na figurze 5 widać, że wirnik (1 na fig. 5) silnika typu kolektora, w przeciwieństwie do silnika bezszczotkowego, ma cewki, które mają prosty schemat uzwojenia, a magnesy trwałe (zwykle dwa) są zainstalowane na stojanie (2 na fig. 5 ). Ponadto na wale, do którego podłączone są szczotki, zamontowany jest kolektor, który dostarcza napięcie do uzwojeń twornika.
Krótko opowiedz o zasadzie maszyn zbierających. Po przyłożeniu napięcia do jednej z cewek jest wzbudzona i powstaje pole magnetyczne. Współdziała z magnesami trwałymi, co powoduje, że zwora i kolektor znajdujące się na niej obracają się. W rezultacie moc jest dostarczana do drugiego uzwojenia, a cykl powtarza się.
Częstotliwość rotacji twornika w tym projekcie 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 odżywiania. A dla odwrotności konieczne jest przełączenie polaryzacji. Ta metoda sterowania nie wymaga specjalnego kontrolera, ponieważ kontroler skoku może być wykonany na podstawie zmiennego rezystora, a konwencjonalny przełącznik będzie działał jako falownik.
Rozważaliśmy cechy konstrukcyjne silników bezszczotkowych w poprzedniej części. Jak pamiętasz, ich połączenie wymaga specjalnego kontrolera, bez którego po prostu nie będą działać. Z tego samego powodu silniki te nie mogą być używane jako generator.
Warto również zauważyć, że w niektórych napędach tego typu, dla bardziej efektywnego sterowania, pozycje wirnika są monitorowane za pomocą czujników Halla. To znacznie poprawia wydajność silników bezszczotkowych, ale prowadzi do wyższych cen i tak drogiego projektu.
Jak uruchomić silnik bezszczotkowy?
Aby dyski tego typu działały, wymagany będzie specjalny kontroler (patrz Rys. 6). Bez tego uruchomienie jest niemożliwe.
Samo zbieranie takiego urządzenia nie ma sensu, więc taniej i pewniej jest się przygotować. Możesz go odebrać zgodnie z następującymi cechami charakterystycznymi dla sterowników kanałów pwm:
- Maksymalna dopuszczalna moc prądu, ta cecha jest podana dla normalnej pracy urządzenia. Dość często producenci określają ten parametr w nazwie modelu (na przykład Phoenix-18). W niektórych przypadkach wartość jest podawana dla trybu szczytowego, który kontroler może obsługiwać przez kilka sekund.
- Maksymalna wartość standardowego napięcia dla pracy ciągłej.
- Rezystancja obwodów wewnętrznych sterownika.
- Dopuszczalna liczba obrotów jest określona w obr / min. Powyżej tej wartości sterownik nie pozwoli na zwiększenie obrotu (ograniczenie jest realizowane na poziomie programu). Należy pamiętać, że prędkość obrotowa jest zawsze podawana dla napędów bipolarnych. Jeśli para biegunów jest większa, wartość należy podzielić przez ich liczbę. Na przykład liczba wynosi 60000 obr / min, dlatego dla silnika 6-magnetycznego prędkość obrotowa wyniesie 60000/3 = 20000 prm.
- Częstotliwość generowanych impulsów, dla większości sterowników, ten parametr waha się od 7 do 8 kHz, droższe modele umożliwiają przeprogramowanie parametru, zwiększając go do 16 lub 32 kHz.
Zauważ, że pierwsze trzy charakterystyki określają moc bazy danych.
Bezszczotkowe sterowanie silnikiem
Jak wspomniano powyżej, sterowanie przełączaniem uzwojeń napędu jest sterowane przez elektronikę. Aby określić, kiedy dokonać przełączenia, sterownik monitoruje pozycję kotwicy za pomocą czujników Halla. Jeśli przemiennik nie jest wyposażony w takie detektory, uwzględniana jest tylna EMF, która występuje w niezwiązanych cewkach stojana. Kontroler, który w istocie jest kompleksem sprzętowo-programowym, monitoruje te zmiany i ustawia kolejność przełączania.
Trójfazowy silnik bezszczotkowy na prąd stały
Większość baz danych jest wykonywana w trzech fazach. Aby sterować takim napędem, sterownik ma konwerter impulsów prądu stałego na trójfazowy (patrz rysunek 7).
Aby wyjaśnić, jak działa taki silnik zaworowy, konieczne jest, aby wraz z rysunkiem 7 rozważyć rysunek 4, gdzie wszystkie etapy pracy napędu są pokazywane naprzemiennie. Napiszmy je:
- Impuls dodatni jest podawany do cewek „A”, natomiast impuls ujemny jest podawany do „B”, w wyniku czego kotwica się poruszy. Czujniki wykryją jego ruch i dadzą sygnał do następnej komutacji.
- Cewka „A” jest wyłączona, a impuls dodatni przechodzi do „C” („B” pozostaje niezmieniony), a następnie sygnał jest wysyłany do następnego zestawu impulsów.
- Na „C” - dodatnie, „A” - ujemne.
- Para „B” i „A”, które otrzymują pozytywne i negatywne impulsy.
- Impuls dodatni jest ponownie stosowany do „B”, a ujemny do „C”.
- Cewki „A” są włączone (+ jest zasilane), a ujemny impuls jest powtarzany na „C”. Następnie cykl się powtarza.
W pozornej prostocie zarządzania jest wiele trudności. Konieczne jest nie tylko śledzenie położenia twornika w celu wytworzenia następnej serii impulsów, ale także sterowanie prędkością obrotową poprzez regulację prądu w cewkach. Ponadto należy wybrać najbardziej optymalne parametry przyspieszenia i opóźnienia. Należy również pamiętać, że kontroler powinien być wyposażony w jednostkę, która pozwala kontrolować jego działanie. Wygląd takiego wielofunkcyjnego urządzenia można zobaczyć na rysunku 8.
Zalety i wady
Elektryczny silnik bezszczotkowy ma wiele zalet, a mianowicie:
- Żywotność jest znacznie dłuższa niż w przypadku konwencjonalnych odpowiedników kolektorów.
- Wysoka wydajność.
- Szybki zestaw maksymalnej prędkości obrotowej.
- Jest potężniejszy niż CD.
- Brak iskier podczas pracy umożliwia stosowanie napędu w warunkach zagrożenia pożarowego.
- Nie wymaga dodatkowego chłodzenia.
- Łatwa obsługa.
Teraz rozważ wady. Istotną wadą ograniczającą korzystanie z bazy danych jest ich stosunkowo wysoki koszt (biorąc pod uwagę cenę kierowcy). Wśród niedogodności należy przypisać niezdolność do korzystania z bazy danych bez sterownika, nawet w przypadku krótkoterminowego włączenia, na przykład do testowania wydajności. Problem z naprawą, zwłaszcza jeśli wymagane jest przewijanie.