Silniki elektryczne bezszczotkowe są stosowane w sprzęcie medycznym, modelowaniu samolotów, napędach odcinających rur rurociągów naftowych, a także w wielu innych gałęziach przemysłu. Mają jednak swoje wady, cechy i zalety, które czasami odgrywają kluczową rolę w projektowaniu różnych urządzeń. Tak czy inaczej, takie silniki elektryczne zajmują stosunkowo niewielką niszę w porównaniu z asynchronicznymi maszynami prądu przemiennego.
Cechy silników elektrycznych
Jednym z powodów, dla których projektanci interesują się silnikami bezszczotkowymi, jest zapotrzebowanie na silniki szybkoobrotowe o małych wymiarach. Ponadto silniki te mają bardzo precyzyjne pozycjonowanie. Konstrukcja ma ruchomy wirnik i stały stojan. Na wirniku znajduje się jeden lub kilka magnesów trwałych, ułożonych w określonej kolejności. Na stojanie znajdują się cewki, które tworząpole magnetyczne.
Należy zwrócić uwagę na jeszcze jedną cechę - silniki bezszczotkowe mogą mieć kotwę umieszczoną zarówno wewnątrz, jak i na zewnątrz. Dlatego te dwa typy konstrukcji mogą mieć określone zastosowania w różnych obszarach. Gdy zwora znajduje się w środku, okazuje się, że osiąga bardzo dużą prędkość obrotową, więc takie silniki bardzo dobrze sprawdzają się w projektowaniu układów chłodzenia. W przypadku zainstalowania zewnętrznego napędu wirnika można uzyskać bardzo precyzyjne pozycjonowanie, a także wysoką odporność na przeciążenia. Bardzo często takie silniki są stosowane w robotyce, sprzęcie medycznym, w obrabiarkach ze sterowaniem programowym częstotliwości.
Jak działają silniki
Aby napędzać wirnik bezszczotkowego silnika prądu stałego, musisz użyć specjalnego mikrokontrolera. Nie można go uruchomić w taki sam sposób jak maszyny synchronicznej lub asynchronicznej. Za pomocą mikrokontrolera okazuje się, że uzwojenia silnika są włączane tak, aby kierunek wektorów pola magnetycznego na stojanie i zworze był ortogonalny.
Innymi słowy, za pomocą sterownika można regulować moment obrotowy działający na wirnik silnika bezszczotkowego. Aby poruszyć twornikiem, konieczne jest prawidłowe przełączenie w uzwojeniach stojana. Niestety nie jest możliwe zapewnienie płynnej kontroli obrotów. Można go jednak bardzo szybko zwiększyć.prędkość wirnika silnika.
Różnice między silnikami szczotkowymi i bezszczotkowymi
Główna różnica polega na tym, że silniki bezszczotkowe w modelach nie mają uzwojenia na wirniku. W przypadku kolektorowych silników elektrycznych na ich wirnikach znajdują się uzwojenia. Ale magnesy trwałe są zainstalowane na nieruchomej części silnika. Dodatkowo na rotorze zamontowany jest kolektor o specjalnej konstrukcji, do którego podłączone są szczotki grafitowe. Z ich pomocą do uzwojenia wirnika przykładane jest napięcie. Zasadniczo różni się również zasada działania silnika bezszczotkowego.
Jak działa maszyna zbierająca
Aby uruchomić silnik kolektora, musisz podać napięcie do uzwojenia wzbudzenia, które znajduje się bezpośrednio na tworniku. W tym przypadku powstaje stałe pole magnetyczne, które oddziałuje z magnesami na stojanie, w wyniku czego obraca się zwora i zamocowany na nim kolektor. W takim przypadku zasilanie jest dostarczane do następnego uzwojenia, cykl jest powtarzany.
Prędkość obrotowa wirnika zależy bezpośrednio od natężenia pola magnetycznego, a ostatnia charakterystyka zależy bezpośrednio od wielkości napięcia. Dlatego w celu zwiększenia lub zmniejszenia prędkości konieczna jest zmiana napięcia zasilania.
Aby zaimplementować odwrotność, wystarczy zmienić biegunowość połączenia silnika. Do takiej kontroli nie jest konieczne stosowanie specjalnych mikrokontrolerów,możesz zmienić prędkość obrotową za pomocą konwencjonalnego rezystora zmiennego.
Cechy maszyn bezszczotkowych
Ale sterowanie silnikiem bezszczotkowym jest niemożliwe bez użycia specjalnych sterowników. Na tej podstawie możemy stwierdzić, że silniki tego typu nie mogą być wykorzystywane jako generator. W celu efektywnego sterowania położenie wirnika można monitorować za pomocą wielu czujników Halla. Przy pomocy tak prostych urządzeń można znacznie poprawić wydajność, ale koszt silnika elektrycznego wzrośnie kilkukrotnie.
Uruchamianie silników bezszczotkowych
Nie ma sensu robić mikrokontrolerów na własną rękę, dużo lepszą opcją byłoby kupowanie gotowych, choć chińskich. Przy wyborze należy jednak przestrzegać następujących zaleceń:
- Pamiętaj maksymalny dopuszczalny prąd. Ten parametr będzie przydatny przy różnych rodzajach pracy napędu. Cecha jest często wskazywana przez producentów bezpośrednio w nazwie modelu. Bardzo rzadko podawane są wartości typowe dla trybów szczytowych, w których mikrokontroler nie może pracować przez długi czas.
- W przypadku pracy ciągłej należy również wziąć pod uwagę maksymalne napięcie zasilania.
- Pamiętaj, aby wziąć pod uwagę rezystancję wszystkich wewnętrznych obwodów mikrokontrolera.
- Pamiętaj, aby wziąć pod uwagę maksymalną liczbę obrotów typową dla pracy tego mikrokontrolera. Pamiętaj, że nie jestbędzie mógł zwiększyć maksymalną prędkość, ponieważ ograniczenie jest wprowadzane na poziomie oprogramowania.
- Tanie modele urządzeń mikrokontrolerowych mają częstotliwość generowanych impulsów w zakresie 7…8 kHz. Drogie kopie można przeprogramować, a ten parametr zwiększa się 2-4 razy.
Spróbuj wybrać mikrokontrolery pod każdym względem, ponieważ wpływają one na moc, jaką może rozwinąć silnik elektryczny.
Jak to jest zarządzane
Elektroniczna jednostka sterująca umożliwia przełączanie uzwojeń napędu. Aby określić moment przełączenia za pomocą sterownika, położenie wirnika jest monitorowane przez czujnik Halla zainstalowany na napędzie.
W przypadku braku takich urządzeń konieczne jest odczytanie napięcia wstecznego. Jest generowany w cewkach stojana, które w tej chwili nie są połączone. Kontroler jest kompleksem sprzętowo-programowym, który pozwala na śledzenie wszystkich zmian i jak najdokładniejsze ustawienie kolejności przełączania.
Silniki bezszczotkowe trójfazowe
Wiele bezszczotkowych silników elektrycznych do modeli samolotów jest zasilanych prądem stałym. Ale są też instancje trójfazowe, w których instalowane są konwertery. Pozwalają na wytwarzanie impulsów trójfazowych ze stałego napięcia.
Praca wygląda następująco:
- Cewka „A” odbiera impulsy zwartość dodatnia. Na cewce „B” - z wartością ujemną. W wyniku tego kotwica zacznie się poruszać. Czujniki ustalają przemieszczenie i wysyłany jest sygnał do kontrolera w celu następnego przełączenia.
- Cewka "A" jest wyłączona, podczas gdy dodatni impuls jest wysyłany do uzwojenia "C". Przełączanie uzwojenia „B” nie zmienia się.
- Impuls dodatni jest podawany na cewkę „C”, a impuls ujemny do „A”.
- Następnie w grę wchodzi para „A” i „B”. Do nich podawane są odpowiednio dodatnie i ujemne wartości impulsów.
- Następnie dodatni impuls ponownie trafia do cewki „B”, a ujemny do „C”.
- Na ostatnim etapie cewka „A” jest włączana, która otrzymuje dodatni impuls, a ujemny trafia do C.
A potem cały cykl się powtarza.
Korzyści z używania
Trudno jest zrobić bezszczotkowy silnik elektryczny własnymi rękami, a wdrożenie sterowania mikrokontrolerem jest prawie niemożliwe. Dlatego najlepiej korzystać z gotowych wzorów przemysłowych. Pamiętaj jednak, aby wziąć pod uwagę korzyści, jakie uzyskuje przemiennik podczas korzystania z silników bezszczotkowych:
- Znacznie dłuższy zasób niż maszyny zbierające.
- Wysoki poziom wydajności.
- Większa moc niż silniki szczotkowe.
- Prędkość rotacji wzrasta znacznie szybciej.
- Brak iskier podczas pracy, dzięki czemu mogą być używane w środowiskach o wysokim zagrożeniu pożarowym.
- Bardzo łatwa obsługa napędu.
- Nie ma potrzeby używania dodatkowych elementów chłodzących podczas pracy.
Wśród niedociągnięć można wyróżnić bardzo wysoki koszt, jeśli weźmiemy pod uwagę również cenę kontrolera. Nawet na krótki czas włączenie takiego silnika elektrycznego w celu sprawdzenia wydajności nie zadziała. Ponadto naprawa takich silników jest znacznie trudniejsza ze względu na ich cechy konstrukcyjne.
