Електродвигатели без четки: принцип на работа, управление на безчеткови електродвигатели. Безчетков мотор със собствени ръце

Безчеткови електродвигатели се използват в медицинско оборудване, моделиране на въздухоплавателни средства, оператори на тръбопроводни нефтопроводи, както и в много други индустрии. Но те имат свои собствени недостатъци, особености, както и предимства, които понякога играят ключова роля в дизайна на различни устройства. Въпреки това, такива електрически двигатели заемат относително малка ниша в сравнение с асинхронни AC машини.

Характеристики на електродвигателите

Една от причините, поради които дизайнерите се интересуват от безчеткови електродвигатели, е нуждата от високоскоростни мотори с малки размери. И тези двигатели имат много прецизно позициониране. В конструкцията има подвижен ротор и стационарен статор. На ротора има един постоянен магнит или няколко, подредени в определена последователност. Статорът също съдържа бобини, които създават магнитно поле.

Трябва да се отбележи още една функция - безчеткови електродвигатели могат да имат котва, разположени както отвътре, така и отвън. Следователно, два вида конструкции могат да имат определено приложение в различни сфери. Когато арматурата е разположена вътрешно, възможно е да се постигне много висока скорост на въртене, така че тези двигатели работят много добре при проектирането на охладителните системи. В случай, че е монтирано задвижване с външно роторно устройство, може да се постигне много точно позициониране, както и висока устойчивост на претоварване. Много често такива двигатели се използват в роботиката, медицинското оборудване, при машини с честотно програмно управление.

Как работят двигателите

За да задвижва ротора на безчетков DC мотор, трябва да се използва специален микроконтролер. Тя не може да бъде стартирана по същия начин, както синхронно или асинхронно устройство. С помощта на микроконтролера се оказва, че включва намотките на мотора, така че посоката на векторите на магнитните полета на статора и на арматурата да е ортогонална.

С други думи, с помощта на водача е възможно да се регулира въртящият момент, който действа върху ротора на безчетков мотор. За да преместите котвата, е необходимо правилното превключване на намотките на статора. За съжаление, не е възможно да се осигури безпроблемно управление на въртенето. Но можете много бързо да увеличите скоростта на ротора на мотора.

Разлики в колекторите и двигателите без четка

Основната разлика е, че няма ролка на ротора на безчеткови електрически мотори за модели. При колекторните електродвигатели има намотки върху техните ротори. Но постоянните магнити се монтират върху фиксираната част на двигателя. Освен това колектор е монтиран на ротора, към който са свързани графитните четки. С тяхна помощ напрежението се прилага върху намотката на ротора. Принципът на безчетков електродвигател също е много различен.

Как работи колекторна машина

За да стартирате колекторния мотор, ще трябва да приложите напрежение към намотката на полето, която се намира директно върху арматурата. В този случай се образува постоянно магнитно поле, което взаимодейства с магнитите върху статора, в резултат на което анкерът и колекторът, фиксирани върху него, се въртят. Това задейства следващата намотка, повтаряйки цикъла.

Скоростта на ротора зависи пряко от това колко интензивно е магнитното поле, а последната характеристика зависи пряко от стойността на напрежението. Затова, за да увеличите или намалите скоростта на въртене, е необходимо да промените захранващото напрежение.

За да приложите обратната, трябва само да промените полярността на връзката на двигателя. За такъв контрол не е необходимо да се използват специални микроконтролери, е възможно да се промени скоростта на въртене, използвайки конвенционален променлив резистор.

Характеристики на безчеткови машини

Но управлението на безчетковия електродвигател е невъзможно без използването на специални контролери. Като се започне от това, може да се заключи, че мотори от този тип не могат да се използват като генератор. За ефективност на контрола можете да наблюдавате позицията на ротора с няколко сензора за Hall. С помощта на такива прости устройства е възможно значително да се подобрят характеристиките, но цената на електродвигателя ще се увеличи няколко пъти.

Работещи безчеткови мотори

За производството на микроконтролери независимо няма смисъл, много по-добър вариант е закупуването на готови, макар и китайски. Но е необходимо да се придържате към следните препоръки, когато избирате:

1. Спазвайте максимално допустимия ток. Този параметър е необходим за различните видове работа на задвижването. Характеристиката често се посочва от производителите директно в името на модела. Много рядко се определят типичните за пиковите режими стойности, при които микроконтролерът не може да работи дълго време.
2. За непрекъсната работа е необходимо да се вземе предвид максималната стойност на захранващото напрежение.
3. Уверете се, че имате предвид съпротивлението на всички вътрешни вериги на микроконтролера.
4. Необходимо е да се вземе предвид максималният брой обороти, който е характерен за работата на този микроконтролер. Обърнете внимание, че няма да може да увеличи максималната скорост, тъй като ограничението е направено на ниво софтуер.
5. Евтините модели микроконтролерни устройства имат честота на генерирани импулси в диапазона от 7 ... 8 kHz. Скъпите копия могат да бъдат препрограмирани и този параметър се увеличава с 2-4 пъти.

Опитайте се да изберете микроконтролери във всички параметри, тъй като те засягат мощността, която двигателят може да развие.

Как се осъществява управлението

Електронното управляващо устройство позволява превключването на задвижващите намотки. За да се определи времето за превключване, водачът проследява позицията на ротора в съответствие със сензора на Hall, инсталиран на устройството.

В случай, че няма такива устройства, е необходимо да се прочете обратното напрежение. Той се генерира в статорните бобини, които не са свързани по това време. Контролерът е хардуерно-софтуерен комплекс, който ви позволява да следите всички промени и да определите реда на превключване възможно най-точно.

Трифазни електродвигатели без четка

Много безчеткови електродвигатели за модели на самолети се захранват от постоянен ток. Съществуват обаче и трифазни образци, в които са монтирани датчици. Те правят възможно да се правят трифазни импулси от постоянно напрежение.

Работата е както следва:

1. Бобината "А" получава импулси с положителна стойност. На серпентина "В" - с отрицателна стойност. В резултат на това котвата ще започне да се движи. Сензорите фиксират отместването и изпращат сигнал до контролера за следващото превключване.
2. Смолата "А" е изключена и на намотката "С" е приложен положителен импулс на стойност. Превключването на намотката "B" не се променя.
3. На намотката "C" идва положителна инерция, а отрицателна отива на "А".
4. Тогава влиза в действие двойката "А" и "В". На тях съответно се прилагат положителни отрицателни импулсни стойности.
5. После положителният импулс отново отива към серпентината "В", а отрицателната към "С".
6. На последния етап се включва серпентината "А", която получава положителен импулс, а отрицателното преминава в С.

И след това целият цикъл се повтаря.

Ползи от употребата

Трудно е да се произвежда безчетков електродвигател със собствените ти ръце, но е почти невъзможно да се приложи контрол на микроконтролера. Ето защо най-добре е да използвате готови промишлени дизайни. Но не забравяйте да разгледате предимствата, които устройството получава при използване на безчеткови електродвигатели:

1. Много по-голям ресурс от колекторите.
2. Висока ефективност.
3. Мощността е по-висока от тази на колекторните двигатели.
4. Скоростта на въртене е много по-бърза.
5. По време на работа не се образуват искри, поради което могат да се използват при условия с висока степен на опасност от пожар.
6. Много проста работа на устройството.
7. Когато работите, не е необходимо да използвате допълнителни компоненти за охлаждане.

Сред недостатъците може да се идентифицират много високи разходи, ако вземете предвид цената на администратора. Дори краткосрочно включване, за да тествате ефективността на такъв електродвигател, не работи. Освен това ремонтът на такива мотори е много по-труден заради конструктивните им характеристики.