Бесколлекторный двигатель постоянного тока: принцип работы, варианты конструкций

Аналоги мировых брендов. Подробнее>>

Бесколлкторные двигатели постоянного тока (бдпт) являются разновидностью синхронных двигателей с постоянными магнитами, которые питаются от цепи постоянного тока через инвертор, управляемый контроллером с обратной связью. Контроллер подаёт на фазы двигателя напряжения и токи, необходимые для создания требуемого момента и работы с нужной скоростью. Такой контроллер заменяет щёточно-коллекторный узел, используемый в коллекторных двигателях постоянного тока. Бесколлекторные двигатели могут работать как с напряжениями на обмотках в форме чистой синусоиды, так и кусочно-ступенчатой формы (например, при блочной коммутации).

Появились бесколлекторные двигатели постоянного тока как попытка избавить коллекторные двигатели постоянного тока с постоянными магнитами от их слабого места – щёточно-коллекторного узла. Этот узел, представляющий собой вращающийся электрический контакт, является слабым местом у коллекторных двигателей с точки зрения надёжности и в ряде случаев ограничивает их параметры.

Принцип работы и устройство бесколлекторного двигателя

Как и остальные двигатели, бесколлекторный двигатель состоит из двух основных частей – ротора (подвижная часть) и статора (неподвижная часть).  На статоре располагается трёхфазная обмотка. Ротор несёт на себе постоянный магнит, который может иметь одну или несколько пар полюсов. Когда к обмотке статора приложена трёхфазная система напряжений, то обмотка создаёт вращающееся магнитное поле. Оно взаимодействует с постоянным магнитом на роторе и приводит его в движение. По мере того как ротор поворачивается, вектор его магнитного поля проворачивается по направлению к магнитному полю статора. Управляющая электроника отслеживает направление, которое имеет магнитное поле ротора и изменяет напряжения, приложенные к  обмотке статора, таким образом чтобы магнитное поле, создаваемое обмотками статора, повернулось, опережая магнитное поле ротора. Для определения направления магнитного поля ротора используется датчик положения ротора, поскольку магнит, создающий это поле жёстко закреплён на роторе. Напряжения на обмотках бесколлекторного двигателя можно формировать различными способами: простое переключение обмоток через каждые 60° поворота ротора или формирование напряжений синусоидальной формы при помощи широтно-импульсной модуляции.

Варианты конструкции двигателя

Обмотка двигателя может иметь различную конструкцию. Обмотка классической конструкции наматывается на стальной сердечник. Другой вариант конструкции обмотки – это обмотка без стального сердечника. Проводники этой обмотки равномерно распределяются вдоль окружности статора. Характеристики обмотки получаются различными, что отражается и на характеристиках двигателя. Кроме того, обмотки могут быть выполнены на различное число фаз и с различным количеством пар полюсов.

Бесколлекторные двигатели также могут иметь конструкции, различающиеся по взаимному расположению ротора и статора. Наиболее распространена конструкция, когда ротор охватывается статором снаружи – двигатели с внутренним ротором. Но также возможна, и встречается на практике конструкция в которой ротор расположен снаружи статора – двигатели с внешним ротором. Третий вариант – статор расположен параллельно ротору и оба располагаются перпендикулярно оси вращения двигателя. Такие двигатели называют двигателями аксиальной конструкции.

Датчик положения, который измеряет угловое положение ротора двигателя — это важная часть приводной системы, построенной на бесколлекторном двигателе. Этот датчик может быть самым разным как по типу, так и по принципу действия. Традиционно используемый для этой цели тип датчиков – датчики Холла с логическим выходом, устанавливаемые на каждую фазу двигателя. Выходные сигналы этих датчиков позволяют определить положение ротора с точностью до 60° — достаточной реализации самых простых способов управления обмотками. Для реализации способов управления двигателем, предполагающих формирование на обмотках двигателя системы синусоидальных напряжений при помощи ШИМ необходим более точный датчик, например, энкодер. Инкрементные энкодеры, очень широко используемые в современном электроприводе, могут обеспечить достаточно информации о положении ротора только при использовании их вместе с датчиками Холла. Если бесколлекторный двигатель оснащён абсолютным датчиком положения – абсолютным энкодером или резольвером (СКВТ), то датчики Холла становятся не нужны, так как любой из этих датчиков обеспечивает полную информацию о положении ротора.

Можно управлять бесколлекторным двигателем, и не используя датчика положения ротора – бездатчиковая коммутация. В этом случае информация о положении ротора восстанавливается на основании показаний других датчиков, например, датчиков фазных токов двигателя или датчиков напряжения. Такой способ управления часто влечёт за собой ряд недостатков (ограниченный диапазон скоростей, высокая чувствительность к параметрам двигателя, специальная процедура старта), что ограничивает его распространение.

Преимущества и недостатки

Высокая надёжность вследствие отсутствия коллектора. Это основное отличие бесколлекторных двигателей от коллекторных. Щёточно-коллекторный узел, является подвижным электрическим контактом и сам по себе имеет невысокую надёжность и устойчивость к влиянию различных воздействий со стороны окружающей среды.

Отсутствие необходимости обслуживания коллекторного узла. Является особенно актуальным для двигателей среднего и крупного габарита. Для микроэлектродвигателей, проведение ремонта экономически оправдано далеко не во всех случаях, поэтому для них этот пункт не является актуальным.

Сложная схема управления. Прямое следствие переноса функции переключения токов обмотки во внешний коммутатор. Если в простейшем случае для управления коллекторным двигателем необходимо иметь только источник питания, то для бесколлекторного двигателя такой подход не работает – контроллер нужен даже для решения самых простых задач управления движением. Однако, когда речь идёт о решении для сложных случаев (например, задачи позиционирования), то контроллер становится необходим для всех типов двигателей.

Высокая скорость вращения. В коллекторных двигателях скорость перемещения щётки по коллектору ограничена, хотя и различна для различных конструкций этих двух деталей и различных используемых материалов. Предельная скорость перемещения щёток по коллектору сильно ограничивает скорость вращения коллекторных двигателей. Бесколлекторные двигатели не имеют такого ограничения, что позволяет выполнять их для работы на скоростях до нескольких сотен тысяч оборотов в минуту – цифра недостижимая для коллекторных двигателей.

Большая удельная мощность. Возможность  достичь большой удельной мощности является следствием высокой скорости вращения, доступной для бесколлекторного двигателя.

Хороший отвод тепла от обмотки. Обмотка бесколлекторных двигателей неподвижно закреплена на статоре и есть возможность обеспечить хороший тепловой контакт её с корпусом, который передаёт тепло, выделяемое в двигателе, в окружающую среду. У коллекторного двигателя обмотка установлена на роторе, и её тепловой контакт с корпусом гораздо хуже, чем у бесколлекторного двигателя.

Больше проводов для подключения. Когда двигатель расположен близко от контроллера, то это конечно не повод для огорчения. Однако если условия окружающей среды, в которых работает двигатель очень сложны, то вынесение управляющей электроники на значительное расстояние (десятки и сотни метров) от двигателя является подчас единственным доступным вариантом для разработчиков системы. В таких условиях каждая дополнительная цепь для подключения двигателя, будет требовать дополнительных жил в кабеле, увеличивая его размеры и массу.

Уменьшение электромагнитных помех, исходящих от двигателя. Щёточно-коллекторный контакт создаёт при работе достаточно сильные помехи. Частота этих помех зависит от частоты вращения двигателя, что осложняет борьбу с ними. У бесколлекторного двигателя единственным источником помех является ШИМ силовых ключей, частота которого обычно постоянна.

Присутствие сложных электронных компонентов. Электронные компоненты (датчики Холла, например) более остальных составных частей двигателя уязвимы для действия жёстких условий со стороны внешней среды, будь то высокая температура, низкая температура или ионизирующие излучения. Коллекторные двигатели не содержат электроники и у них подобная уязвимость отсутствует.

Где применяются бесколлекторные двигатели

К настоящему времени бесколлекторные двигатели получили широкое распространение, как благодаря своей высокой надёжности, высокой удельной мощности и возможности работать на высокой скорости, так и из-за быстрого развития полупроводниковой техники, сделавшей доступными мощные и компактные контроллеры для управления этими двигателями.

Бесколлекторные двигатели широко применяются в тех системах где их характеристики дают им преимущество перед двигателями других типов. Например, там, где требуется скорость вращения несколько десятков тысяч оборотов в минуту. Если от изделия требуется большой срок службы, а ремонт невозможен или ограничен из-за особенностей эксплуатации изделия, то и тогда бесколлекторный двигатель будет хорошим выбором.

Поделиться:

Нельзя добавить товар к сравнению. Вы уже добавили к сравнению товар из категории « XXX». Очистите список сравнения и попробуйте ещё раз.

Товар успено добавлен в корзину

Ваш город

• Москва
• Санкт-Петербург
• Новосибирск
• Екатеринбург
• Казань
• Нижний Новгород
• Челябинск
• Самара
• Омск
• Ростов-на-Дону
• Уфа
• Красноярск
• Воронеж
• Пермь
• Волгоград
• Краснодар
• Саратов
• Тюмень
• Тольятти
• Ижевск
• Барнаул
• Ульяновск
• Иркутск
• Хабаровск
• Ярославль
• Владивосток
• Махачкала
• Томск
• Оренбург
• Кемерово

Извини, ничего не нашлось

Ваш заказВаша корзина пуста

Спасибо, ваше сообщение отправлено. Мы ответим вам как только сможем.

Перезвонить мне

Спасибо, ваше сообщение отправлено. Мы ответим вам как только сможем.

Сайт использует cookies для вашего удобства. Политика конфидинциальности и Правила использования. Принять

Политика конфиденциальности

Бесколлекторный двигатель постоянного тока: особенности и принцип работы

Как работает бесколлекторный двигатель?

Бесколлекторный двигатель постоянного тока имеет на статоре трёхфазную обмотку, и постоянный магнит на роторе. Вращающееся магнитное поле создаётся обмоткой статора, при взаимодействии с которым магнитный ротор приходит в движение. Для создания вращающегося магнитного поля на обмотку статора подаётся система трёхфазных напряжений, которая может иметь различную форму и формируется различными способами. Формирование питающих напряжений (коммутация обмоток) для бесколлекторного двигателя постоянного тока производиться специализированными блоками электроники – контроллером двигателя. 

Заказать бесколлекторный двигатель в нашем каталоге

В простейшем случае обмотки попарно подключаются к источнику постоянного напряжения и по мере того как ротор поворачивается в направлении вектора магнитного поля обмотки статора производится подключение напряжения к другой паре обмоток. Вектор магнитного поля статора при этом занимает другое положение и вращение ротора продолжается. Для определения нужного момента подключения следующих обмоток используется датчик положения ротора, чаще других используются датчики Холла. 

Возможные варианты и специальные случаи

Выпускаемые сейчас бесколлекторные двигатели могут иметь самую разную конструкцию. 

По исполнению статорной обмотки можно выделить двигатели с классической обмоткой, намотанной на стальной сердечник, и двигатели с полой цилиндрической обмоткой без стального сердечника. Классическая обмотка обладает значительно большей индуктивностью, чем полая цилиндрическая обмотка, и соответственно большей постоянной времени. Из-за этого с одной стороны, полая цилиндрическая обмотка допускает более динамичное изменение тока (а, следовательно, и момента), с другой стороны при работе от контроллера двигателя, использующего ШИМ-модуляцию невысокой частоты для сглаживания пульсаций тока, требуются фильтрующие дроссели большего  номинала (а соответственно и большего размера). Кроме того, классическая обмотка, как правило, имеет заметно больший момент магнитной фиксации, а также меньший КПД, чем полая цилиндрическая обмотка.

Ещё одно отличие, по которому разделяются различные модели двигателей – это взаимное расположение ротора и статора – существуют  двигатели с внутренним ротором и двигатели с внешним ротором. Двигатели с внутренним ротором, как правило, имеют более высокие скорости и меньший момент инерции ротора, чем модели с внешним ротором. Благодаря этому двигатели с внутренним ротором имеют более высокую динамику. Двигатели с внешним ротором часто имеют несколько больший номинальный момент при том же наружном диаметре двигателя. 

Отличия от других типов двигателей

Отличия от коллекторных ДПТ. Размещение обмотки на роторе позволило отказаться от щёток и коллектора и избавиться тем самым от подвижного электрического контакта, который значительно снижает надёжность ДПТ с постоянными магнитами. По этой же причине  скорость у бесколлекторных двигателей, как правило, значительно выше, чем у ДПТ с постоянными магнитами. С одной стороны это позволяет увеличить удельную мощность бесколлекторного двигателя, с другой стороны не для всех применений такая высокая скорость является действительно необходимой

Отличия от синхронных двигателей с постоянными магнитами. Синхронные двигатели с постоянными магнитами на роторе очень похожи на бесколлекторные ДПТ по конструкции, однако есть и ряд различий. Во-первых термин синхронный двигатель объединяет в себе много различных видов двигателей, часть из которых предназначены для непосредственной работы от стандартной сети переменного тока, другая часть (например синхронные серводвигатели) может работать только от преобразователей частоты (контроллеров двигателей). Бесколлекторные двигатели, хотя и имеют на статоре трёхфазную обмотку, не допускают непосредственную работу от сетевого напряжения, и обязательно требуют наличия соответствующего контроллера. Кроме того синхронные двигатели предполагают питание напряжением синусоидальной формы в то время как бесколлекторные двигатели допускают питание переменным напряжением ступенчатой формы (блочная коммутация) и даже предполагают его использование в номинальных режимах работы.

Когда нужен бесколлекторный двигатель?

Ответ на этот вопрос достаточно прост – в тех случаях, когда он имеет преимущество перед остальными типами двигателей. Так, например, практически невозможно обойтись без бесколлекторного двигателя в применениях, где требуются большие скорости вращения: свыше 10000 об/мин. Оправдано применение бесколлекторных двигателей также и в тех случаях, когда требуется высокий срок службы двигателя. В тех случаях, когда требуется применять сборку из двигателя с редуктором, однозначно оправдано применение низкоскоростных бесколлекторных двигателей (с большим числом полюсов). Высокоскоростные бесколлекторные двигатели в этом случае будут иметь скорость выше, чем предельно допустимая скорость редуктора, и по этой причине не будет возможности использовать их мощность полностью. Для  применений, где требуется максимально простое управление двигателем (без использования контроллера двигателя) естественным выбором будет коллекторный ДПТ. 

С другой стороны, в условиях повышенной температуры или повышенной радиации проявляется слабое место бесколлекторных двигателей – датчики Холла. Стандартные модели датчиков Холла имеют ограниченную стойкость к радиации и диапазон рабочих температур. Если в подобном применении всё же имеется необходимость использовать бесколлекторный двигатель, то неизбежными становятся заказные исполнения с заменой датчиков Холла на более стойкие к указанным факторам, что увеличивает цену двигателя и сроки поставки.

▷ Возбудители возбуждения для бесщеточных синхронных двигателей

Если на ваших промышленных предприятиях уже используются синхронные двигатели, или если вы разрабатываете новый производственный процесс, который мог бы значительно выиграть от преимуществ синхронного двигателя, возможно, вы уже задумывались о достоинствах этого типа двигателя.

Теперь позвольте одному из наших товарищей по сообществу D.Ros рассказать вам об этом подробнее. Наслаждаться!

Синхронный двигатель

Как и любой электромеханический элемент, производительность синхронного двигателя во многом определяется хорошими характеристиками оборудования и техническим обслуживанием. Однако вы помните, что, в отличие от любой асинхронной машины переменного тока (AC), синхронные двигатели требуют подачи постоянного тока (DC) на обмотки возбуждения.

Возможно, первое, что тогда пришло вам в голову, это обычный набор токосъемных колец, установленных непосредственно на валу двигателя, и несколько угольных щеток, требующих особого ухода, и, может быть, именно тогда вы осознали тот недостаток, что наличие токосъемных колец может быть связано с хлопот, связанных с их высоким уровнем обслуживания, вы, возможно, передумали больше не использовать синхронные двигатели.

Токосъемные кольца синхронного двигателя

Тем не менее, поскольку эти двигатели были сердцем многих тяжелых промышленных операций, большое внимание было уделено оптимизации их характеристик путем адаптации их электрической и механической архитектуры к их применению и упрощения их обслуживания. Так они придумали бесколлекторный возбудитель поля (да, вы правильно прочитали — бесколлекторный —).

Этот бесщеточный возбудитель работает как генератор переменного тока, который представляет собой генератор с вращающимся якорем, механически соединенным с валом двигателя и стационарным полем. Таким образом, вместо прямой подачи постоянного тока в обмотки возбуждения синхронного двигателя, постоянный ток подается в стационарное поле генератора переменного тока, которое магнитно индуцирует вращающийся якорь генератора переменного тока, чья энергия затем электрически передается в обмотки возбуждения синхронного двигателя.

Бесщеточный возбудитель синхронного двигателя

Теперь вы, возможно, думаете: «А разве синхронному двигателю не нужно было подавать постоянное поле, чтобы развивать магнитные полюса на его роторе и преследовать переменный трехфазный ток на его статоре?» и вы правы, но именно здесь вступает в действие некоторая силовая электроника, как часть механической сборки генератора переменного тока, набор диодов объединен в трехфазный выпрямитель, который преобразует индуцированный переменный ток из трехфазных обмоток в постоянный.

Затем срабатывают силиконовые выпрямители (SCR), чтобы в оптимальный момент электрически соединить выход выпрямительного моста с обмотками возбуждения синхронного двигателя; разве это не гениально?

Эта технологическая разработка расширила применение синхронных двигателей в высокоабразивных процессах и во взрывоопасных средах.

Модернизация синхронного двигателя с помощью бесщеточного возбудителя

Кроме того, эту технологию можно использовать для модернизации существующих синхронных двигателей с контактными кольцами. В заключение, если приложение требует минимального обслуживания и высокой надежности электропривода, синхронный двигатель с бесщеточным возбудителем, вероятно, будет стоить инвестиций.

Д.Рос.
Спасибо, что поделились своими знаниями, Д.Рос! Что вы все думаете о его статье? Дайте ему знать в разделе комментариев.

бесщеточный возбудитель синхронный двигатель синхронные двигатели

FacebookTwitterLinkedIn

Синхронные двигатели с возбудителем и реле SPM

Kinetics
Тип модели ENB-SPM представляет собой комбинацию
система Kinetics KNB1 бесколлекторная
регулятор возбудителя двигателя и SPM
модуль. Система ENB-SPM обеспечивает
последовательность управления интерфейсом
с внутренним управлением двигателем
обеспечить защиту от неполного
сбои последовательности, сбои в работе двигателя
и оповещение о работе двигателя
статус. Kinetics может поставить SPM
модулей в качестве OEM-поставщика с
Регулятор возбудителя Kinetics KNB.

ВОП в том виде, в каком он изготовлен
другого производителя, должны быть
поле запрограммировано. Руководство по УОП
следует проконсультироваться перед применением
для эксплуатационных ограничений продукта.
Производитель СМП рекомендует
против использования устройства в
факторный режим для некоторых приложений
включая, но не ограничиваясь возвратно-поступательным
компрессоры.

Модель Kinetics типа KNB1-SPM
регулятор возбуждения однофазный
вход, гибридный мост, регулируемый SCR
выпрямитель, специально разработанный
для заявления о предоставлении
регулируемый выход постоянного тока на поле
вращающегося возбудителя на общем
вал с ротором двигателя. (Специальность
агрегаты доступны в трех фазах
конфигурации, KNB3). КНБ1-СПМ
включает необходимый интерфейс
схема, позволяющая использовать
регулирующий сигнал от модуля SPM.

Разработан возбудитель КНБ1
регулировать выходное напряжение
устройство, контролируя напряжение постоянного тока
относится к двигательному полю.
блок поддерживает выходное напряжение
независимо от условий нагрузки,
в пределах выпрямителя.
Устройство использует внутренний
подключенная петля обратной связи по напряжению
сигнал для регулирования
ток нагрузки пропорционален либо
локальный или удаленный опорный сигнал.
Блоки также доступны с
режим обратной связи закрыт по выходному току,
сигнал генератора тахометра или
регулирующий сигнал от ВЗМ.
Блоки могут быть настроены на прием
внешний сигнал либо 4-20
миллиампер или 0-10 вольт постоянного тока.

Разработан возбудитель КНБ1
для максимальной гибкости и применения
универсальность. Эффективное пространство
дизайн настроен на исправление
в доступное пространство стандарта
распределительное устройство, пускатель двигателя или двигатель
корпус центра управления.

Предостережение
Примечание по применению: Различные
производит бесщеточные синхронные
моторы, имеют разную комплектацию
схемы системы возбуждения вращения.
При применении вневального возбудителя
обязательно, чтобы вал выключения
возбудитель должен быть совместим с включенным
полевой возбудитель вала
схема. Кинетика разработала
обширный инженерный архив
на валу «схема» найдена на
отечественного и морского производства
моторы. У Kinetics продолжается
рабочие отношения OEM с
большинство бесколлекторных синхронных
производители двигателей в США
рыночная площадь. Инженеры-кинетики
готовы помочь в выборе
правильная конфигурация вневального возбудителя.

Стандартная/складская упаковка:

• Вход 120 или 240 вольт.
• Выход 125 В пост. тока при 10, 15 или
  20 А пост. тока номинал.
• Другие входы переменного тока и выходы постоянного тока
  доступны по запросу.

Kinetics KNB1 включает в себя:

• Скидка на ввод переменного тока.
• Изолирующий трансформатор EPT с
  ниже номинальных отводов.
• Однофазный выпрямительный мост
  состоящая из двух SCR и двух
  диоды монтируются консервативно
  номинальный радиатор.
• Обратный диод через
  выход выпрямителя.
• Kinetics SCR срабатывание и привязка
  схема.
• Сети подавления перенапряжений переменного и постоянного тока.
• Потенциометр регулировки выходного напряжения.
• Линейное линейное изменение до полной мощности «мягко»
  включить.
• Ограничение постоянного тока и огромный
  защита от сверхтока.
• Точки подключения амперметра постоянного тока
  & вольтметр.
• Переключатель проверки работоспособности.
• Конструкция с открытой панелью: 18″W
  х 18 дюймов, высота х 10 дюймов, D

Доступны дополнительные функции:

• Форсирование поля.
• Тяжелые промышленные корпуса.
• Нестандартный ввод или вывод
  номинальные значения напряжения и тока.

Информация, необходимая для коммерческого предложения:

• Тип модели SPM для использования в
  проэкт.