Бесколлекторный двигатель – устройство, принцип работы и управление. Бесщеточный двигатель устройство


Управление бесколлекторным двигателем постоянного тока, принцип работы

Бесколлекторные двигатели применяются в самых разных областях, так как это надежные, долговечные и стойкие к поломкам агрегаты. В быту чаще всего используется двигатель постоянного тока на 12 вольт, но бывают модели с большей мощностью.

Преимущества бесколлекторного двигателя

По сравнению со своими коллекторными «собратьями» бесколлекторные механизмы обладают некоторыми преимуществами:

  • Компактность и небольшой вес. Двигатели можно установить на маленькие устройства.
  • Очень высокий КПД. Их использование выгодно.
  • Отсутствие контактов переключения и крутящего момента. Поскольку функции постоянных магнитов выполняют транзисторы МОП, источники потерь отсутствуют.
  • Отсутствие стирающихся и ломающихся элементов.
  • Широкий диапазон изменения скорости вращения.
  • Способность переносить большую нагрузку по моменту.

Бесколлекторный двигатель оснащается электронным блоком управления, который стоит достаточно дорого – это, пожалуй, единственный его недостаток.

Как работает бесколлекторный двигатель постоянного тока

Принцип работы бесколлекторного двигателя постоянного тока тот же, что и у агрегатов других моделей. Но, как видно из названия, основная особенность механизма – отсутствие коллектора (этот узел сложен, тяжел, требует обслуживания и может искрить). Роль ротора выполняет шпиндель, вокруг которого установлены проволочные обмотки с разными магнитными полями. Количество прямоугольных магнитов, установленных у ротора, может быть разным, но обязательно четным (как и число полюсов). В случае если несколько магнитов составляют один полюс, число полюсов меньше числа магнитов.

Вращение достигается благодаря смене направления магнитного поля в определенной последовательности. Взаимодействуя с магнитными полями ротора, постоянные магниты приводят статор в движение. От их мощности зависит момент силы.

Управление бесколлекторным двигателем постоянного тока

В двигателях подобного типа управление коммутацией осуществляется с помощью электроники. Регуляторы хода бывают двух видов:

  • Без датчиков, используемые при отсутствии существенного изменения пускового момента или необходимости в управлении позиционированием (в вентиляторе). Широкое распространение этого вида регуляторов объясняется простотой их изготовления.
  • С датчиками, устанавливаемые в агрегатах с существенным варьированием пускового момента (в низкооборотистых механизмах).

Положение ротора при подаче токовых сил на обмотки определяется электронной системой и датчиком положения. Наиболее распространены следующие типы датчиков:

  • Датчик Холла. Этот узел изменяет свои выводы при переключении обмоток. Для измерения тока и частоты вращения применяется устройство с разомкнутым контуром. К датчику присоединяются три ввода. При изменении показаний запускается переработка прерывания. Если нужно обеспечить быстрое реагирование обработки прерывания, датчик следует подключить к младшим выводам порта.
  • Датчик положения с микроконтроллером. Управление бесколлекторным двигателем постоянного тока осуществляется с помощью AVR ядра (чипа для выполнения тех или иных задач). Программа, вшитая в плату AVR, максимально быстро запускает двигатель при отсутствии дополнительных внешних приборов и управляет скоростью.
  • Система arduino. Эта аппаратная вычислительная платформа представляет собой плату, состоящую из микроконтроллера Atmel AVR и элементарной обвязки программирования. Ее задача – конвертирование сигналов с одного уровня на другой. Нужную программу можно установить через USB.

Для устранения погрешностей в определении положении ротора, провода при подключении контроллера делают максимально короткими (12-16 см). Среди программных настроек контроллеров можно перечислить:

  • смену направления;
  • плавное выключение и торможение;
  • ограничение тока;
  • опережение КПД и мощности;
  • жесткое/плавное выключение;
  • быстрый/жесткий/мягкий старт;
  • режим газа.

Некоторые модели контроллеров содержат драйвера двигателя, что дает возможность его запуска напрямую, без установки дополнительных драйверов.

www.szemo.ru

Малый контроллер обеспечивает бесщеточный двигатель постоянного тока

 maxon, управление двигателем, бесщеточные двигатели "height =" 238 "width =" 448 "class =" media-element file-default "src =" https: // www.designnews.com/sites/default/files/DEC_Module_Evaluation_board.jpg "/> </td>
</tr>
<tr>
<td> <em> Платформа оценки модуля Maxon DEC обеспечивает возможность прототипирования для оценки модуля 24/2 или точных бесщеточных двигателей постоянного тока. (Источник изображения: Maxon) </em> </td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p> <strong Коммутаторы Vs. Бесщеточные двигатели постоянного тока

Традиционные двигатели имеют сегментированный вращающийся цилиндр с несколькими металлическими контактами на роторе. К ротору также прикреплена катушка электромагнита с обмотками. Графитовые щеточки прижимаются к неподвижным контактам. По мере вращения ротора электрический ток подается на обмотки двигателя. Когда коммутатор меняет направление электрического тока, магнитное поле создает крутящий момент в противоположном направлении. Этот постоянный контакт вращения с коммутатором и щетками может легко сократить продолжительность жизни двигателя. При таких отказах, как механический износ щетки и потери мощности, связанные с внутренней недостаточностью I, 2 R, коммутатор был заменен бесщеточными методами.

Бесщеточные двигатели постоянного тока используют инвертор или импульсный источник питания, который управляет каждой фазой двигателя. Обычно бесщеточные двигатели постоянного тока имеют три обмотки, такие как синхронный двигатель переменного тока. Импульсы тока подаются на обмотки двигателя бесщеточного двигателя постоянного тока. Количество катушечных обмоток определяет полюса двигателя. Обычно бесщеточные двигатели постоянного тока имеют четыре полюса. Управление скоростью и крутящим моментом двигателя может быть эффективно и эффективно работать по сравнению с двигателем постоянного тока на коммутаторе. С таким контролем точности продолжительность жизни бесщеточного двигателя постоянного тока больше по сравнению с традиционным коммутационным устройством.

Получение максимальной эффективности из бесщеточного двигателя постоянного тока требует цифрового контроллера. Maxon разработала цифровой контроллер с электронным управлением (EC) для управления бесщеточными двигателями постоянного тока. Модуль DEC 24/2 (Digital EC Controller) представляет собой небольшой блок форм-фактора (20,38 мм x 24,2 мм), способный приводить в движение бесщеточные двигатели постоянного тока, потребляющие 48 Вт электроэнергии. Модуль 24/2 представляет собой контроллер с 1 квадрантом, способный ускорять скорость и крутящий момент бесщеточного двигателя постоянного тока в том же направлении. Он может приводить в движение двигатели со скоростью 80 000 об / мин. Три скорости можно выбрать с помощью двух цифровых входных контактов. Бинарные комбинации 1 и 0 могут выбирать три скорости цифрового контроллера. Модуль 24/2 также может изменять направление вращения безщеточного двигателя постоянного тока, используя аналогичную схему выбора скорости двоичного сигнала.

 maxon, управление двигателем, бесщеточные двигатели "height =" 280 "width =" 521 "class =" media-element file-default "src =" https: // www.designnews.com/sites/default/files/Setting_speed_of%20model_24_2.jpg "/> </td>
</tr>
<tr>
<td> <em> Скорость цифрового контроллера Maxon DEC 24/2 может регулироваться с помощью двух цифровых входных контактов. (Источник изображения: Maxon) </em> </td>
</tr>
</tbody>
</table>
<p> <strong> Maxon 1-Q-EC Усилитель DEC-модуля 24/2 </strong> </p><div>
<!-- admitad.banner: tbx9o33t3fc38fbf097d9259f0aa5c case-place.ru -->
<a target=

Модуль 24/2 имеет номинальное рабочее напряжение от 8 до 24 В постоянного тока. Питание A + 5VDC возможно для управления цифровым контроллером в соответствии с таблицей Maxon. Выходной драйвер контроллера может иметь источник + 5 В постоянного тока с максимальным током 35А. Бесщеточные двигатели постоянного тока Maxon, такие как ECX Speed ​​8M или EC-4, могут легко управляться с помощью модуля 24/2. Еще одна важная особенность — включение и отключение выходного каскада цифрового контроллера.

Эта функция может быть полезна при поиске и устранении неисправностей устройства или системы контроллера движения. Вместо полного отключения контроллера, выход может быть отключен. Существуют также защитные функциональные устройства, такие как минимальное напряжение, перенапряжение и тепловая перегрузка, встроенные в цифровой контроллер. Чтобы сделать разработку прототипов бесщеточных двигателей постоянного тока удобной, Maxon предоставила оценочную плату модуля DEC, номер детали 370652.

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:
  • Festo выпускает новый машинный контроллер на Pack Expo

  • Edge Computing появляется как Megatrend в автоматизации

  • Проектирование и изготовление миниатюрных шаговых двигателей

Дон Уилчер — страстный преподаватель электроники и инженер-электрик с 26-летним опытом работы в промышленности. Он работал над системами промышленной робототехники, автомобильными электронными модулями / системами и встроенными беспроводными средствами управления для небольших бытовых приборов. Он также является автором книги, написав книжные книги по электронике и робототехнике.

artforlife.ru

Как устроен бесщеточный двигатель

Домашний уют 12 января 2017

Работа бесщеточного электродвигателя основывается на электрических приводах, создающих магнитное вращающееся поле. В настоящее время существует несколько типов устройств, имеющих различные характеристики. С развитием технологий и использованием новых материалов, отличающихся высокой коэрцитивной силой и достаточным уровнем магнитного насыщения, стало возможным получение сильного магнитного поля и, как следствие, вентильных конструкций нового вида, в которых отсутствует обмотка на роторных элементах или стартере. Обширное распространение переключателей полупроводникового типа с высокой мощностью и приемлемой стоимостью ускорило создание подобных конструкций, облегчило исполнение и избавило от множества сложностей с коммутацией.

Принцип работы

Увеличение надежности, уменьшение цены и более простое изготовление обеспечивается отсутствием механических коммутационных элементов, обмотки ротора и постоянных магнитов. При этом повышение результативности возможно благодаря уменьшению потерь трения в коллекторной системе. Бесщеточный двигатель может функционировать на переменном либо непрерывном токе. Последний вариант отличается заметным сходством с коллекторными двигателями. Его характерной особенностью является формирование магнитного вращающегося поля и применение импульсного тока. В его основе присутствует электронный коммутатор, из-за чего повышается сложность конструкции.

Вычисление положения

Генерирование импульсов происходит в управляющей системе после сигнала, отражающего положение ротора. От стремительности вращения мотора напрямую зависит степень напряжения и подачи. Датчик в стартере определяет положение ротора и подает электрический сигнал. Вместе с магнитными полюсами, проходящими рядом с датчиком, меняется амплитуда сигнала. Также существуют бездатчиковые методики установления положения, к их числу относятся точки прохождения тока и преобразователи. ШИМ на входящих зажимах обеспечивают сохранение переменного уровня напряжения и управление мощностью.

Для ротора с неизменными магнитами подведение тока необязательно, благодаря чему отсутствуют потери в обмотке ротора. Бесщеточный двигатель для шуруповерта отличается низким уровнем инерции, обеспечиваемым отсутствием обмоток и механизированного коллектора. Таким образом появилась возможность использования на высоких скоростях без искрения и электромагнитного шума. Высокие значения тока и упрощение рассеивания тепла достигаются размещением нагревающих цепей на статоре. Стоит также отметить наличие электронного встроенного блока на некоторых моделях.

Видео по теме

Магнитные элементы

Расположение магнитов может быть различным в соответствии с размерами двигателя, к примеру, на полюсах или по всему ротору. Создание качественных магнитов с большей мощностью возможно благодаря использованию неодима в сочетании с бором и железом. Несмотря на высокие показатели эксплуатации, бесщеточный двигатель для шуруповерта с постоянными магнитами обладает некоторыми недостатками, в их числе утрата магнитных характеристик при высоких температурах. Но они отличаются большей эффективностью и отсутствием потерь по сравнению с машинами, в конструкции которых имеются обмотки.

Импульсы инвертора определяют скорость вращения механизма. При неизменной питающей частоте работа двигателя осуществляется с постоянной скоростью в разомкнутой системе. Соответственно, скорость вращения меняется в зависимости от уровня питающей частоты.

Характеристики

Вентильный электродвигатель работает в установленных режимах и имеет функционал щеточного аналога, скорость которого зависит от приложенного напряжения. Механизм обладает множеством достоинств:

  • отсутствие изменений при намагничивании и утечке тока;
  • соответствие скорости вращения и самого вращающего момента;
  • скорость не ограничивается центробежной силой, влияющей на коллектор и роторную электрообмотку;
  • нет необходимости в коммутаторе и обмотке возбуждения;
  • используемые магниты отличаются небольшим весом и компактными размерами;
  • высокий момент силы;
  • энергонасыщенность и эффективность.

Использование

Бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами встречается в основном в устройствах с мощностью в пределах 5 кВт. В более мощной аппаратуре их применение нерационально. Также стоит отметить, что магниты в двигателях данного типа отличаются особой чувствительностью к высоким температурам и сильным полям. Индукционные и щеточные варианты лишены таких недостатков. Двигатели активно используются в электрических мотоциклах, автомобильных приводах благодаря отсутствию трения в коллекторе. Среди особенностей нужно выделить равномерность вращающего момента и тока, что обеспечивает снижение акустического шума.

Источник: fb.ru

Query failed: connection to localhost:9312 failed (errno=111, msg=Connection refused).

monateka.com

Бесщеточные двигатели

  • Статьи
  • Комплектующие станков с ЧПУ - электроника, мехатроника, двигатели

Бесщеточные двигатели работают от постоянно поступающего электрического тока. Их цена значительно выше, чем цена стандартного электродвигателя либо прибора с щетковым мотором. Но это окупается тем, что бесщёточный электродвигатель имеет значительные преимущества в работе. Например, обладает более высокой производительностью, меньше, чем щеточные двигатели схожих размеров, подвержен износу.

Зачастую такой инструмент используют на предприятиях, где есть необходимость в более точном контроле скорости, например, при работе с лазерными принтерами, компьютерами и прочими устройствами.

Бесщеточные электродвигатели имеют несомненные преимущества:

  • При работе этот вид электродвигателей остается более холодным, чем схожие с ним двигатели переменного тока;

  • Благодаря этому удаётся обеспечивать более длительную работу подшипника вентилятора;

  • Все бесщеточные двигатели оснащены эффектом датчика Холла, обеспечивающим изменение направления тока. Это способствует передаче удобного сигнала тахометра;

  • Такой двигатель обеспечивает наиболее точный контроль скорости. Благодаря отсутствию искрообразования прибор может использоваться в работе с топливом и летучими химическими веществами.

  • При работе бесщеточный двигатель практически бесшумен, это позволяет использовать его в разнообразном оборудовании.

Современный бесщеточный электродвигатель обладает немалым диапазоном мощностей, он варьируется от долей ватт до киловатт. Среди его достоинств также то, что он имеет широкий диапазон изменения частоты вращения, его можно использовать в агрессивной и взрывоопасной среде. Кроме того, этот двигатель имеет высокие энергетические показатели и длительный по сравнению со щеточными электродвигателями срок службы.

Данный прибор, как и все, имеет свои недостатки. Например, его система управления слишком сложна, а электродвигатели дорого стоят. Поэтому более рациональным для многих является использование асинхронного двигателя, оснащенного преобразователем частоты. Однако недостатки всё же компенсируются значительными преимуществами.

purelogic.ru