Безчетковите електродвигатели се използват в медицинско оборудване, авиомоделизъм, спирателни задвижвания на нефтопроводи, както и в много други индустрии. Но те имат своите недостатъци, характеристики и предимства, които понякога играят ключова роля при проектирането на различни устройства. Както и да е, такива електродвигатели заемат сравнително малка ниша в сравнение с асинхронните AC машини.
Характеристики на електрически двигатели
Една от причините, поради които дизайнерите се интересуват от безчеткови двигатели, е необходимостта от високоскоростни двигатели с малки размери. Освен това тези двигатели имат много прецизно позициониране. Конструкцията има подвижен ротор и фиксиран статор. На ротора има един постоянен магнит или няколко, подредени в определена последователност. На статора има намотки, които създаватмагнитно поле.
Трябва да се отбележи още една особеност - безчетковите двигатели могат да имат котва, разположена както отвътре, така и отвън. Следователно двата вида строителство могат да имат специфични приложения в различни области. Когато котвата е разположена вътре, се оказва, че постига много висока скорост на въртене, така че такива двигатели работят много добре при проектирането на охладителни системи. Ако е инсталирано външно задвижване на ротора, може да се постигне много прецизно позициониране, както и висока устойчивост на претоварване. Много често такива двигатели се използват в роботиката, медицинското оборудване, в металорежещите машини с честотно програмно управление.
Как работят двигателите
За да задвижите ротора на безчетков DC двигател, трябва да използвате специален микроконтролер. Не може да се стартира по същия начин като синхронна или асинхронна машина. С помощта на микроконтролер се оказва, че се включват намотките на двигателя, така че посоката на векторите на магнитното поле на статора и котвата да е ортогонална.
С други думи, с помощта на драйвер е възможно да се регулира въртящият момент, който действа върху ротора на безчетков двигател. За да преместите котвата, е необходимо да извършите правилното превключване в намотките на статора. За съжаление не е възможно да се осигури плавно управление на въртенето. Въпреки това може да се увеличи много бързо.скорост на ротора на двигателя.
Разлики между четкови и безчеткови двигатели
Основната разлика е, че безчетковите двигатели за моделите нямат намотка на ротора. При колекторните електродвигатели на роторите им има намотки. Но постоянните магнити са инсталирани на неподвижната част на двигателя. Освен това върху ротора е монтиран колектор със специална конструкция, към който са свързани графитни четки. С тяхна помощ се подава напрежение към намотката на ротора. Принципът на работа на безчетковия мотор също е значително различен.
Как работи колекторната машина
За да стартирате колекторния двигател, ще трябва да приложите напрежение към намотката на възбуждането, която се намира директно върху котвата. В този случай се образува постоянно магнитно поле, което взаимодейства с магнитите на статора, в резултат на което котвата и фиксираният върху нея колектор се въртят. В този случай захранването се подава към следващата намотка, цикълът се повтаря.
Скоростта на въртене на ротора зависи пряко от това колко интензивно е магнитното поле, а последната характеристика зависи пряко от величината на напрежението. Следователно, за да увеличите или намалите скоростта, е необходимо да промените захранващото напрежение.
За да приложите обратното, трябва само да промените полярността на връзката на двигателя. За такъв контрол не е необходимо да се използват специални микроконтролери,можете да промените скоростта на въртене, като използвате конвенционален променлив резистор.
Характеристики на безчетковите машини
Но управлението на безчетков мотор е невъзможно без използването на специални контролери. Въз основа на това можем да заключим, че двигателите от този тип не могат да се използват като генератор. За ефективен контрол позицията на ротора може да се следи с помощта на множество сензори на Хол. С помощта на такива прости устройства е възможно значително да се подобри производителността, но цената на електрическия мотор ще се увеличи няколко пъти.
Стартиране на безчеткови двигатели
Няма смисъл да правите микроконтролери сами, много по-добър вариант би бил да закупите готови, макар и китайски. Но трябва да се придържате към следните препоръки, когато избирате:
- Запомнете максимално допустимия ток. Този параметър ще бъде полезен за различни видове задвижване. Характеристиката често се посочва от производителите директно в името на модела. Много рядко се посочват стойности, които са типични за пиковите режими, в които микроконтролерът не може да работи дълго време.
- За продължителна работа трябва да се вземе предвид и максималното захранващо напрежение.
- Не забравяйте да вземете предвид съпротивлението на всички вътрешни микроконтролерни вериги.
- Не забравяйте да вземете предвид максималния брой обороти, който е типичен за работата на този микроконтролер. Моля, имайте предвид, че той не еще може да увеличи максималната скорост, тъй като ограничението е направено на ниво софтуер.
- 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 отношения, тъй като те влияят на мощността, която електрическият мотор може да развие.
Как се управлява
Електронният блок за управление позволява превключване на задвижващите намотки. За да се определи момента на превключване с помощта на драйвера, позицията на ротора се следи от сензора на Хол, инсталиран на задвижването.
В случай, че няма такива устройства, е необходимо да се отчете обратното напрежение. Генерира се в статорните бобини, които в момента не са свързани. Контролерът е хардуерно-софтуерен комплекс, той ви позволява да проследявате всички промени и да задавате реда на превключване възможно най-точно.
Трифазни безчеткови двигатели
Много безчеткови електрически двигатели за модели самолети се захранват от постоянен ток. Но има и трифазни случаи, в които са инсталирани преобразуватели. Те ви позволяват да правите трифазни импулси от постоянно напрежение.
Работата е както следва:
- Бобината "A" получава импулси отположителна стойност. На намотка "B" - с отрицателна стойност. В резултат на това котвата ще започне да се движи. Сензорите фиксират изместването и към контролера се изпраща сигнал за следващото превключване.
- Намотка "A" е изключена, докато положителен импулс се изпраща към "C" намотката. Превключващата намотка "B" не се променя.
- Положителен импулс се прилага към намотка "C" и отрицателен импулс се изпраща към "A".
- След това двойка "A" и "B" влизат в игра. Към тях се подават съответно положителни и отрицателни стойности на импулси.
- След това положителният импулс отново отива към бобината "B", а отрицателният към "C".
- На последния етап се включва намотка "A", която получава положителен импулс, а отрицателен отива към C.
И след това целият цикъл се повтаря.
Предимства от използването
Трудно е да се направи безчетков електродвигател със собствените си ръце и е почти невъзможно да се приложи управление на микроконтролера. Ето защо е най-добре да използвате готови промишлени дизайни. Но не забравяйте да вземете предвид предимствата, които задвижването получава при използване на безчеткови двигатели:
- Значително по-дълъг ресурс от колекторските машини.
- Високо ниво на ефективност.
- По-мощни от четкови двигатели.
- Скоростта на въртене нараства много по-бързо.
- Без искри по време на работа, така че те могат да се използват в среди с висока опасност от пожар.
- Много лесна работа с шофиране.
- Не е необходимо да използвате допълнителни охлаждащи компоненти по време на работа.
Сред недостатъците може да се отбележи много високата цена, ако вземем предвид и цената на контролера. Дори за кратко време да включите такъв електродвигател, за да проверите производителността, няма да работи. Освен това ремонтът на такива двигатели е много по-труден поради техните конструктивни характеристики.
