Електродвигуни безколекторні: принцип роботи, управління безколекторними електродвигунами. Безколекторний електродвигун своїми руками

Застосовуються безколекторні електродвигуни в медичній техніці, авиамоделировании, трубозапорных приводах нафтопроводів, а також у багатьох інших галузях. Але у них є свої недоліки, особливості, а також переваги, які часом грають ключове значення при проектуванні різних пристроїв. Як би те ні було, такі електродвигуни займають відносно невелику нішу, якщо порівнювати їх з асинхронними машинами змінного струму.Особливості електромоторів

Одна з причин, по якій конструктори проявляють інтерес саме до безколекторним електродвигунів — це необхідність в високооборотних моторах з невеликими розмірами. Причому у цих двигунів дуже точне позиціонування. У конструкції є рухомий ротор і нерухомий статор. На роторі знаходиться один постійний магніт або кілька, розташованих у певній послідовності. На статорі ж знаходяться котушки, які створюють магнітне поле.

Потрібно відзначити ще одну особливість — безколекторні електродвигуни можуть мати якір, розташований як всередині, так і на зовнішній стороні. Отже, два типи конструкції можуть мати певне застосування в різних сферах. При розташуванні якоря всередині виходить досягти дуже високої швидкості обертання, тому такі мотори дуже добре працюють в конструкціях систем охолодження. У тому випадку, якщо встановлюється привод із зовнішнім розташуванням ротора, можна домогтися дуже точного позиціонування, а також високої стійкості до перевантажень. Дуже часто такі мотори використовуються в робототехніці, медичному обладнанні, у верстатах з частотним програмним управлінням. Як працюють мотори

Для того щоб привести в рух ротор бесколлекторного електродвигуна постійного струму необхідно використовувати спеціальний мікроконтролер. Його не вийде запустити таким же чином, як синхронну або асинхронну машину. За допомогою мікроконтролера виходить включити обмотки двигуна так, щоб напрямок векторів магнітних полів на статорі і якорі були ортогональны.

Іншими словами, за допомогою драйвера виходить регулювати момент обертання, який діє на ротор бесколлекторного двигуна. Щоб перемістити якір необхідно здійснити правильну комутацію в обмотках статора. На жаль, забезпечити плавне керування обертанням не виходить. Зате можна дуже швидко збільшити швидкість обертання ротора електродвигуна.Відмінності колекторних і безколекторних двигунів

Основна відмінність полягає в тому, що на безколекторних електродвигунах для моделей відсутня обмотка на роторі. У випадку з колекторними електромоторами, на їх роторах є обмотки. А ось постійні магніти встановлюються на нерухомій частині двигуна. Крім того, на роторі встановлюється спеціальної конструкції колектор, до якого здійснюється підключення графітових щіток. З їх допомогою подається напруга на обмотку ротора. Принцип роботи бесколлекторного електродвигуна теж суттєво відрізняється.Як працює колекторна машина

Щоб провести запуск колекторного двигуна, потрібно подати напругу на обмотку збудження, яка розташована безпосередньо на якорі. При цьому утворюється постійне магнітне поле, яке взаємодіє з магнітами на статорі, в результаті чого провертаються якоря і колектор, закріплений на ньому. При цьому подається живлення на таку обмотку, відбувається повтор циклу.

Швидкість обертання ротора залежить безпосередньо від того, наскільки інтенсивно магнітне поле, а остання характеристика залежить безпосередньо від величини напруги. Отже, щоб збільшити або зменшити частоту обертання, необхідно змінити напругу живлення.

Для реалізації реверсу потрібно лише змінити полярність підключення мотора. Для такого управління не потрібно використовувати спеціальні мікроконтролери, змінювати частоту обертання можна за допомогою звичайного змінного резистора.Особливості безколекторних машин

Але ось управління безколекторним електродвигуном неможливо без використання спеціальних контролерів. Виходячи з цього, можна зробити висновок, що в якості генератора двигуни такого типу застосовуватися не можуть. Для ефективності управління можна відстежувати положення ротора за допомогою декількох датчиків Холла. За допомогою таких нескладних пристроїв виходить значно поліпшити характеристики, але вартість електродвигуна збільшиться в кілька разів.Запуск безколекторних двигунів

Виготовляти мікроконтролери самостійно немає сенсу, набагато кращим варіантом виявиться покупка готового, нехай і китайського. Але необхідно дотримуватися наступних рекомендацій при виборі:Враховуйте максимально допустиму силу струму. Цей параметр обов'язково стане у нагоді для різних видів роботи приводу. Характеристика часто вказується виробниками безпосередньо в назві моделі. Дуже рідко вказуються значення, характерні для пікових режимів, в яких мікроконтролер не може працювати тривалий час.Для тривалої роботи необхідно враховувати і максимальну величину напруги живлення.Обов'язково враховуйте опір всіх внутрішніх ланцюгів мікроконтролера.Обов'язково потрібно враховувати максимальне число оборотів, яке характерне для роботи мікроконтролера. Зверніть увагу на те, що він не зможе збільшити максимальну частоту обертання, так як обмеження зроблено на рівні програмного забезпечення.Дешеві моделі мікроконтролерних пристроїв мають частоту генерованих імпульсів в інтервалі 7...8 кГц. Дорогі екземпляри можна перепрограмувати, і цей параметр збільшується в 2-4 рази.

Намагайтеся підбирати мікроконтролери за всіма параметрами, так як вони впливають на потужність, яку може розвинути електродвигун. Як здійснюється управління

Електронний блок управління дозволяє провести комутацію обмоток приводу. Для визначення моменту перемикання за допомогою драйвера відстежується положення ротора з датчика Холу, встановленому на приводі.

У тому випадку, якщо немає таких пристроїв, необхідно зчитувати зворотне напруга. Воно генерується в котушках статора, не підключених на даний момент часу. Контролер — це апаратно-програмний комплекс, він дозволяє відстежувати всі зміни і максимально точно задавати порядок комутації.Трифазні електродвигуни безколекторні

Дуже багато безколекторних електродвигунів для авіамоделей виконується під живлення постійним струмом. Але існують і трифазні екземпляри, у яких встановлюються перетворювачі. Вони дозволяють з постійної напруги зробити трифазні імпульси.

Робота відбувається наступним чином:На котушку "А" надходять імпульси з позитивним значенням. На котушку "В" - з від'ємним значенням. В результаті цього якір почне рухатися. Датчики фіксують зміщення і подається сигнал на контролер для здійснення наступної комутації.Відбувається відключення котушки "А", при цьому імпульс позитивного значення надходить на обмотку "З". Комутація обмотки "В" не зазнає змін.На котушку "З" попадається позитивний імпульс, а негативний надходить на "А".Потім вступає в роботу пара "А" і "В". На них і подаються позитивні негативні значення імпульсів відповідно.Потім позитивний імпульс знову надходить на котушку "В", а негативний на "З".На останньому етапі відбувається включення котушки "А", на яку надходить позитивний імпульс, і негативний йде до С.

І після цього відбувається повтор всього циклу.Переваги використання

Виготовити своїми руками безколекторний електродвигун складно, а реалізувати мікроконтроллерной управління практично неможливо. Тому краще всього використовувати готові промислові зразки. Але обов'язково враховуйте переваги, які отримує привід при використанні безколекторних електродвигунів:Істотно більший ресурс, ніж у колекторних машин.Високий рівень ККД.Потужність вище, ніж у колекторних двигунів.Швидкість обертання набирається набагато швидше.Під час роботи не утворюються іскри, тому їх можна використовувати в умовах з високою пожежною небезпекою.Дуже проста експлуатація приводу.При роботі не потрібно використовувати додаткові компоненти для охолодження.

Серед недоліків можна виділити дуже високу вартість, якщо враховувати ще й ціну контролера. Навіть короткочасно включити для перевірки працездатності такий електродвигун не вийде. Крім того, ремонтувати такі мотори набагато складніше із-за особливостей конструкції.

Категория: Технологии