Motor DC tanpa sikat fase tunggal. Mengontrol Motor Tanpa Sikat dengan Sinyal Back EMF - Memahami Prosesnya. Perbedaan utama dari mesin konvensional

Peralatan rumah tangga dan medis, aeromodelling, drive penutup pipa untuk pipa gas dan minyak - ini masih jauh dari itu daftar lengkap area penerapan motor DC tanpa sikat (BD). Mari kita lihat perangkat dan prinsip pengoperasian penggerak elektromekanis ini untuk lebih memahami kelebihan dan kekurangannya.

Informasi umum, perangkat, ruang lingkup

Salah satu alasan ketertarikan pada DB adalah meningkatnya kebutuhan motor mikro berkecepatan tinggi dengan pemosisian yang presisi. Struktur internal drive tersebut ditunjukkan pada Gambar 2.

Seperti yang Anda lihat, desainnya adalah rotor (angker) dan stator, yang pertama memiliki magnet permanen (atau beberapa magnet yang disusun dalam urutan tertentu), dan yang kedua dilengkapi dengan kumparan (B) untuk membuat medan magnet.

Patut dicatat bahwa mekanisme elektromagnetik ini dapat berupa jangkar internal (jenis konstruksi ini dapat dilihat pada Gambar 2) atau eksternal (lihat Gambar 3).

Dengan demikian, masing-masing desain memiliki ruang lingkup tertentu. Perangkat dengan angker internal memiliki kecepatan rotasi yang tinggi, oleh karena itu digunakan dalam sistem pendingin, seperti pembangkit listrik drone, dll. Penggerak rotor eksternal digunakan di mana pemosisian yang tepat dan toleransi torsi diperlukan (robotika, peralatan medis, mesin CNC, dll.).

Prinsip operasi

Tidak seperti drive lain, misalnya, mesin AC asinkron, pengontrol khusus diperlukan untuk pengoperasian DB, yang menyalakan belitan sedemikian rupa sehingga vektor medan magnet angker dan stator saling ortogonal. lainnya. Artinya, sebenarnya perangkat driver mengatur torsi yang bekerja pada angker DB. Proses ini jelas ditunjukkan pada Gambar 4.

Seperti yang Anda lihat, untuk setiap gerakan angker, perlu dilakukan pergantian tertentu pada belitan stator motor tanpa sikat. Prinsip operasi ini tidak memungkinkan kontrol putaran yang mulus, tetapi memungkinkan untuk mendapatkan momentum dengan cepat.

Perbedaan motor brushed dan brushless

Drive tipe kolektor berbeda dari DB as fitur desain(lihat Gambar 5.), dan prinsip operasi.

Mari kita lihat perbedaan desainnya. Gambar 5 menunjukkan bahwa rotor (1 pada Gambar 5) dari motor tipe kolektor, tidak seperti yang tanpa sikat, memiliki gulungan di mana sirkuit sederhana berliku, dan magnet permanen(biasanya dua) dipasang pada stator (2 pada Gambar 5). Selain itu, kolektor dipasang pada poros, yang terhubung dengan sikat yang memasok tegangan ke belitan angker.

Jelaskan secara singkat prinsip pengoperasian mesin pengumpul. Ketika tegangan diterapkan ke salah satu kumparan, itu tereksitasi dan medan magnet terbentuk. Ini berinteraksi dengan magnet permanen, ini menyebabkan angker dan kolektor yang ditempatkan di atasnya berputar. Akibatnya, daya disuplai ke belitan lain dan siklus berulang.

Frekuensi rotasi angker desain ini secara langsung bergantung pada intensitas medan magnet, yang pada gilirannya berbanding lurus dengan tegangan. Artinya, untuk menambah atau mengurangi kecepatan, cukup menambah atau mengurangi level tenaga. Dan untuk membalikkannya perlu mengganti polaritasnya. Metode kontrol ini tidak memerlukan pengontrol khusus, karena pengontrol perjalanan dapat dibuat berdasarkan resistor variabel, dan sakelar konvensional akan berfungsi sebagai inverter.

Kami mempertimbangkan fitur desain motor tanpa sikat di bagian sebelumnya. Seperti yang Anda ingat, koneksi mereka memerlukan pengontrol khusus, yang tanpanya mereka tidak akan berfungsi. Untuk alasan yang sama, motor ini tidak dapat digunakan sebagai generator.

Perlu juga dicatat bahwa di beberapa penggerak jenis ini, untuk kontrol yang lebih efisien, posisi rotor dipantau menggunakan sensor Hall. Ini secara signifikan meningkatkan karakteristik motor tanpa sikat, tetapi mengarah pada peningkatan biaya desain yang sudah mahal.

Bagaimana cara memulai motor tanpa sikat?

Untuk membuat drive jenis ini berfungsi, diperlukan pengontrol khusus (lihat Gambar 6). Tanpanya, peluncuran tidak mungkin dilakukan.

Tidak masuk akal untuk merakit sendiri perangkat seperti itu, akan lebih murah dan lebih dapat diandalkan untuk membeli yang sudah jadi. Anda dapat mengambilnya dengan karakteristik berikut, karakteristik driver saluran PWM:

• Arus maksimum yang diijinkan, karakteristik ini diberikan untuk pengoperasian normal perangkat. Cukup sering, pabrikan menunjukkan parameter ini dalam nama model (misalnya, Phoenix-18). Dalam beberapa kasus, nilai diberikan untuk mode puncak, yang dapat dipertahankan pengontrol selama beberapa detik.
• Tegangan nominal maksimum untuk operasi berkelanjutan.
• Resistansi sirkuit internal pengontrol.
• Jumlah putaran yang diizinkan, ditunjukkan dalam rpm. Di atas nilai ini, pengontrol tidak akan mengizinkan peningkatan rotasi (pembatasan diterapkan pada tingkat perangkat lunak). Harap diperhatikan bahwa kecepatan selalu diberikan untuk penggerak 2 tiang. Jika ada lebih banyak pasangan kutub, bagi nilainya dengan jumlahnya. Misalnya, angka 60000 rpm ditunjukkan, oleh karena itu untuk 6 motor magnet kecepatan rotasi menjadi 60000/3=20000 prm.
• Frekuensi pulsa yang dihasilkan, untuk sebagian besar pengontrol, parameter ini berkisar dari 7 hingga 8 kHz, model yang lebih mahal memungkinkan Anda memprogram ulang parameter, meningkatkannya menjadi 16 atau 32 kHz.

Perhatikan bahwa tiga karakteristik pertama menentukan kapasitas database.

Kontrol motor tanpa sikat

Seperti disebutkan di atas, pergantian belitan penggerak dikontrol secara elektronik. Untuk menentukan kapan harus beralih, pengemudi memantau posisi armatur menggunakan sensor Hall. Jika penggerak tidak dilengkapi dengan detektor seperti itu, maka back-EMF yang terjadi pada kumparan stator yang tidak terhubung akan diperhitungkan. Pengontrol, yang sebenarnya merupakan kompleks perangkat keras-perangkat lunak, memantau perubahan ini dan mengatur urutan peralihan.

Motor DC tiga fase tanpa sikat

Sebagian besar database dilakukan dalam desain tiga fase. Untuk mengontrol drive seperti itu, pengontrol memiliki konverter tegangan konstan menjadi pulsa tiga fase (lihat Gambar 7).

Untuk menjelaskan cara kerja motor tanpa sikat, kita harus mempertimbangkan Gambar 4 bersama dengan Gambar 7, di mana semua tahapan operasi penggerak ditampilkan secara bergantian. Mari kita tuliskan:

1. Impuls positif diterapkan pada kumparan "A", sedangkan impuls negatif diterapkan pada "B", akibatnya angker akan bergerak. Sensor akan merekam pergerakannya dan memberikan sinyal untuk pergantian berikutnya.
2. Kumparan "A" dimatikan, dan pulsa positif menuju ke "C" ("B" tetap tidak berubah), kemudian sinyal diberikan ke rangkaian pulsa berikutnya.
3. Pada "C" - positif, "A" - negatif.
4. Sepasang karya "B" dan "A", yang menerima impuls positif dan negatif.
5. Pulsa positif diterapkan kembali ke "B", dan pulsa negatif ke "C".
6. Gulungan "A" dihidupkan (+ disediakan) dan pulsa negatif diulangi pada "C". Kemudian siklus berulang.

Dalam kesederhanaan manajemen yang tampak, ada banyak kesulitan. Hal ini diperlukan tidak hanya untuk melacak posisi angker untuk menghasilkan rangkaian pulsa berikutnya, tetapi juga untuk mengontrol kecepatan rotasi dengan menyesuaikan arus dalam kumparan. Selain itu, Anda harus memilih parameter akselerasi dan deselerasi yang paling optimal. Perlu juga dicatat bahwa pengontrol harus dilengkapi dengan blok yang memungkinkan Anda mengontrol operasinya. Penampilan alat multifungsi tersebut dapat dilihat pada Gambar 8.

Keuntungan dan kerugian

Motor brushless elektrik memiliki banyak keunggulan, yaitu:

• Umur layanan jauh lebih lama daripada rekan kolektor konvensional.
• Efisiensi tinggi.
• panggilan cepat kecepatan tertinggi rotasi.
• Ini lebih kuat dari CD.
• Tidak adanya percikan api selama pengoperasian memungkinkan drive digunakan dalam kondisi bahaya kebakaran.
• Tidak diperlukan pendinginan tambahan.
• Operasi sederhana.

Sekarang mari kita lihat kekurangannya. Kelemahan signifikan yang membatasi penggunaan database adalah biayanya yang relatif tinggi (dengan mempertimbangkan harga pengemudi). Di antara ketidaknyamanannya adalah ketidakmungkinan menggunakan database tanpa driver, bahkan untuk aktivasi jangka pendek, misalnya untuk memeriksa kinerja. Perbaikan masalah, terutama jika memutar ulang diperlukan.

Dipublikasikan pada 19.03.2013

Dengan artikel ini, saya memulai serangkaian publikasi tentang motor DC tanpa sikat. bahasa yang dapat diakses menggambarkan informasi Umum, perangkat, algoritma kontrol untuk motor tanpa sikat. Akan dipertimbangkan jenis yang berbeda mesin, contoh pemilihan parameter regulator diberikan. Saya akan menjelaskan perangkat dan algoritme regulator, metode pemilihan sakelar daya, dan parameter utama regulator. Kesimpulan logis dari publikasi ini adalah skema regulator.

Motor tanpa sikat telah tersebar luas karena perkembangan elektronik dan, khususnya, karena munculnya sakelar transistor daya yang murah. Penampilan magnet neodymium yang kuat juga memainkan peran penting.

Namun, motor tanpa sikat tidak boleh dianggap sebagai hal baru. Ide motor tanpa sikat muncul di awal mula listrik. Namun, karena tidak tersedianya teknologi, menunggu waktunya hingga tahun 1962, ketika motor DC tanpa sikat komersial pertama kali muncul. Itu. Selama lebih dari setengah abad, telah ada berbagai implementasi serial dari jenis penggerak listrik ini!

Beberapa terminologi

Motor DC tanpa sikat disebut juga motor katup, dalam literatur asing BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) atau PMSM (Motor Sinkron Magnet Permanen).

Secara struktural, motor tanpa sikat terdiri dari rotor dengan magnet permanen dan stator dengan belitan. Saya menarik perhatian Anda pada fakta bahwa di motor pengumpul, sebaliknya, belitannya ada di rotor. Oleh karena itu, lebih jauh dalam teks, rotor adalah magnet, stator adalah belitan.

Regulator elektronik digunakan untuk mengontrol mesin. Dalam literatur asing Speed ​​​​Controller atau ESC (Electronic speed control).

Apa itu motor tanpa sikat?

Biasanya orang dihadapkan pada sesuatu yang baru, mencari analogi. Terkadang Anda harus mendengar ungkapan "yah, ini seperti sinkronisasi", atau lebih buruk lagi, "sepertinya stepper". Karena sebagian besar motor brushless adalah 3 fase, ini bahkan lebih membingungkan, menyebabkan kesalahpahaman bahwa regulator "memberi makan" motor dengan arus AC 3 fase. Semua hal di atas hanya sebagian benar. Faktanya adalah bahwa semua motor kecuali asinkron dapat disebut sinkron. Semua motor DC sinkron dengan sinkronisasi sendiri, tetapi prinsip operasinya berbeda dari motor sinkron AC, yang tidak memiliki sinkronisasi sendiri. Sebagai motor stepper brushless, mungkin juga bisa berfungsi. Tapi ini masalahnya: batu bata juga bisa terbang ... namun, tidak jauh, karena tidak dimaksudkan untuk ini. Sebagai motor stepper motor keengganan tanpa sikat lebih cocok.

Mari kita coba mencari tahu apa itu motor DC tanpa sikat (Brushles Direct Current Motor). Dalam frasa ini sendiri, jawabannya sudah tersembunyi - ini adalah motor DC tanpa kolektor. Fungsi kolektor dilakukan oleh elektronik.

Keuntungan dan kerugian

Rakitan yang agak rumit, berat, dan memicu, kolektor, dikeluarkan dari desain mesin. Desain mesin sangat disederhanakan. Mesin lebih ringan dan kompak. Kerugian switching berkurang secara signifikan, karena komutator dan kontak sikat diganti dengan sakelar elektronik. Hasilnya, kami mendapatkan motor listrik dengan efisiensi dan tenaga terbaik per kilogram beratnya sendiri, dengan rentang perubahan kecepatan putaran terluas. Dalam praktiknya, motor tanpa sikat memanas lebih sedikit daripada saudara kolektornya. Mereka membawa beban torsi besar. Penggunaan magnet neodymium yang kuat membuat motor tanpa sikat menjadi lebih kompak. Desain motor tanpa sikat memungkinkannya dioperasikan di air dan lingkungan yang agresif (tentunya hanya motor, regulator akan sangat mahal untuk basah). Motor tanpa sikat membuat hampir tidak ada gangguan radio.

Satu-satunya kelemahan dianggap kompleks mahal satuan elektronik kontrol (kenop atau ESC). Namun, jika Anda ingin mengontrol kecepatan mesin, elektronik sangat diperlukan. Jika Anda tidak perlu mengontrol kecepatan motor tanpa sikat, Anda tetap tidak dapat melakukannya tanpa unit kontrol elektronik. Motor tanpa sikat tanpa elektronik hanyalah sepotong besi. Tidak ada cara untuk memberikan voltase padanya dan mencapai putaran normal seperti mesin lainnya.

Apa yang terjadi pada pengontrol motor tanpa sikat?

Untuk memahami apa yang terjadi pada elektronik regulator yang mengontrol motor brushless, mari kita mundur sedikit dan pertama-tama pahami cara kerja motor brushless. Dari kursus fisika sekolah, kita ingat bagaimana medan magnet bekerja pada kerangka pembawa arus. Bingkai dengan arus berputar dalam medan magnet. Namun, itu tidak berputar secara konstan, tetapi berputar ke posisi tertentu. Agar rotasi terus menerus terjadi, perlu untuk mengalihkan arah arus dalam loop tergantung pada posisi loop. Dalam kasus kami, rangka dengan arus adalah belitan motor, dan komutator terlibat dalam peralihan - perangkat dengan sikat dan kontak. Perangkat mesin paling sederhana, lihat gambarnya.

Elektronik yang mengontrol motor tanpa sikat melakukan hal yang sama - pada saat yang tepat ia menghubungkan tegangan langsung ke belitan stator yang diperlukan.

Encoder, motor tanpa encoder

Dari hal tersebut di atas, penting untuk dipahami bahwa tegangan pada belitan motor perlu diberikan tergantung pada posisi rotor. Oleh karena itu, elektronika harus dapat menentukan posisi rotor motor . Untuk ini, sensor posisi digunakan. Mereka dapat dari berbagai jenis, optik, magnetik, dll. Saat ini, sensor diskrit berdasarkan efek Hall (misalnya, SS41) sangat umum. Motor brushless 3 fase menggunakan 3 sensor. Berkat sensor semacam itu, unit kontrol elektronik selalu mengetahui posisi rotor dan belitan mana yang memberikan tegangan pada waktu tertentu. Nantinya, algoritma kontrol untuk motor brushless tiga fase akan dipertimbangkan.

Ada motor brushless yang tidak memiliki sensor. Pada motor seperti itu, posisi rotor ditentukan dengan mengukur tegangan pada belitan yang tidak terpakai pada waktu tertentu. Metode-metode ini juga akan dibahas nanti. Anda harus memperhatikan poin penting: metode ini hanya relevan saat mesin berputar. Saat motor tidak berputar atau berputar sangat lambat, metode ini tidak berfungsi.

Dalam kasus apa motor tanpa sikat dengan sensor digunakan, dan dalam kasus apa tanpa sensor? Apa perbedaan mereka?

Motor dengan pembuat enkode lebih disukai dari sudut pandang teknis. Algoritme kontrol untuk mesin semacam itu jauh lebih sederhana. Namun, ada juga kerugiannya: diperlukan untuk memberikan daya ke sensor dan memasang kabel dari sensor di mesin ke elektronik kontrol; jika terjadi kegagalan salah satu sensor, mesin berhenti bekerja, dan penggantian sensor biasanya memerlukan pembongkaran mesin.

Dalam kasus di mana secara struktural tidak mungkin menempatkan sensor di rumah motor, motor tanpa sensor digunakan. Secara struktural, motor semacam itu praktis tidak berbeda dengan motor bersensor. Tapi unit elektronik harus bisa mengendalikan mesin tanpa sensor. Dalam hal ini, unit kontrol harus sesuai dengan karakteristik model mesin tertentu.

Jika mesin harus dihidupkan dengan beban yang signifikan pada poros motor (transportasi listrik, mekanisme pengangkatan, dll.), Motor dengan sensor digunakan.
Jika mesin dihidupkan tanpa beban pada poros (ventilasi, baling-baling, kopling sentrifugal digunakan, dll.), Mesin tanpa sensor dapat digunakan. Ingat: motor tanpa pembuat enkode harus mulai tanpa beban pada poros. Jika kondisi ini tidak terpenuhi, motor dengan enkoder harus digunakan. Selain itu, pada saat mesin dihidupkan tanpa sensor, osilasi rotasi sumbu mesin ke arah yang berbeda dimungkinkan. Jika ini penting untuk sistem Anda, gunakan motor dengan sensor.

Tiga fase

Motor brushless tiga fase adalah yang paling banyak digunakan. Tapi mereka bisa satu, dua, tiga atau lebih fase. Semakin banyak fase, semakin halus putaran medan magnet, tetapi sistem kontrol motor semakin kompleks. Sistem 3-fasa adalah yang paling optimal dalam hal rasio efisiensi/kompleksitas, itulah sebabnya sistem ini tersebar luas. Selanjutnya, hanya rangkaian tiga fase yang akan dianggap sebagai yang paling umum. Faktanya, fase adalah belitan motor. Oleh karena itu, jika Anda mengatakan "tiga belitan", menurut saya ini juga benar. Tiga belitan dihubungkan sesuai dengan skema "bintang" atau "segitiga". Motor tanpa sikat tiga fase memiliki tiga kabel - kabel berliku, lihat gambar.

Motor dengan enkoder memiliki 5 kabel tambahan (2 untuk daya enkoder posisi, dan 3 sinyal enkoder).

Dalam sistem tiga fasa, tegangan diterapkan ke dua dari tiga belitan pada waktu tertentu. Dengan demikian, ada 6 pilihan penerapan tegangan DC ke belitan motor, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Dipublikasikan pada 11.04.2013

Perangkat bersama (Inrunner, Outrunner)

Motor DC brushless terdiri dari rotor dengan magnet permanen dan stator dengan belitan. Ada dua jenis mesin: Inrunner, di mana magnet rotor berada di dalam stator dengan belitan, dan Orang yg lari cepat, di mana magnet terletak di luar dan berputar di sekitar stator tetap dengan belitan.

skema Inrunner biasanya digunakan untuk motor berkecepatan tinggi dengan jumlah kutub yang sedikit. Orang yg lari cepat jika perlu, dapatkan motor torsi tinggi dengan kecepatan relatif rendah. Secara struktural, Inrunner lebih sederhana karena fakta bahwa stator tetap dapat berfungsi sebagai rumahan. Perangkat pemasangan dapat dipasang ke sana. Dalam kasus Outrunners, seluruh bagian luar berputar. Mesin diikat dengan poros tetap atau bagian stator. Dalam kasus roda motor, pengikatan dilakukan untuk sumbu tetap stator, kabel dibawa ke stator melalui sumbu berongga.

magnet dan kutub

Jumlah kutub pada rotor adalah genap. Bentuk magnet yang digunakan biasanya persegi panjang. Magnet silinder lebih jarang digunakan. Mereka dipasang dengan tiang bolak-balik.

Jumlah magnet tidak selalu sesuai dengan jumlah kutub. Beberapa magnet dapat membentuk satu kutub:

Dalam hal ini, 8 magnet membentuk 4 kutub. Ukuran magnet tergantung pada geometri motor dan karakteristik motor. Semakin kuat magnet yang digunakan, semakin tinggi momen gaya yang dihasilkan motor pada poros.

Magnet pada rotor dipasang dengan perekat khusus. Yang kurang umum adalah desain dengan dudukan magnet. Bahan rotor dapat konduktif secara magnetis (baja), konduktif non-magnetik (paduan aluminium, plastik, dll.), Dikombinasikan.

Gulungan dan gigi

Belitan motor brushless tiga fase dilakukan dengan kabel tembaga. Kawat dapat berupa inti tunggal atau terdiri dari beberapa inti berinsulasi. Stator terbuat dari beberapa lembar baja konduktif magnetis yang dilipat menjadi satu.

Jumlah gigi stator harus dibagi dengan jumlah fase. itu. untuk motor brushless tiga fasa, jumlah gigi stator harus habis dibagi 3. Jumlah gigi stator bisa lebih atau kurang dari jumlah kutub pada rotor. Misalnya ada motor dengan skema: 9 gigi / 12 magnet; 51 gigi / 46 magnet.

Mesin dengan stator 3 gigi sangat jarang digunakan. Karena hanya dua fase yang bekerja setiap saat (saat bintang dinyalakan), gaya magnet bekerja pada rotor tidak merata di sekeliling keliling (lihat Gambar.).

Gaya yang bekerja pada rotor mencoba membengkokkannya, yang menyebabkan peningkatan getaran. Untuk menghilangkan efek ini, stator dibuat dengan sejumlah besar gigi, dan belitan didistribusikan secara merata ke seluruh keliling stator.

Dalam hal ini, gaya magnet yang bekerja pada rotor saling meniadakan. Tidak ada ketidakseimbangan.

Opsi untuk distribusi belitan fase oleh gigi stator

Opsi berliku untuk 9 gigi

Opsi berliku untuk 12 gigi

Pada diagram di atas, jumlah gigi dipilih sedemikian rupa habis dibagi 3 saja. Misalnya, kapan 36 gigi diperhitungkan 12 gigi per fase. 12 gigi dapat didistribusikan sebagai berikut:

Skema yang paling disukai adalah 6 kelompok dengan 2 gigi.

Ada motor dengan 51 gigi di stator! 17 gigi per fase. 17 adalah bilangan prima, hanya habis dibagi 1 dan dirinya sendiri. Bagaimana cara mendistribusikan belitan pada gigi? Sayangnya, saya tidak dapat menemukan contoh dan teknik dalam literatur yang dapat membantu menyelesaikan masalah ini. Ternyata belitan itu didistribusikan sebagai berikut:

Pertimbangkan sirkuit belitan nyata.

Harap dicatat bahwa belitan memiliki arah belitan yang berbeda pada gigi yang berbeda. Arah belitan yang berbeda ditunjukkan dengan huruf kapital dan kapital. Detail tentang desain lilitan dapat ditemukan dalam literatur yang ditawarkan di akhir artikel.

Belitan klasik dilakukan dengan satu kabel untuk satu fase. Itu. semua belitan pada gigi satu fase dihubungkan secara seri.

Gulungan gigi juga dapat dihubungkan secara paralel.

Bisa juga ada inklusi gabungan

Sambungan paralel dan gabungan memungkinkan untuk mengurangi induktansi belitan, yang mengarah pada peningkatan arus stator (karenanya daya) dan kecepatan motor.

Omset listrik dan nyata

Jika rotor motor memiliki dua kutub, maka dengan satu putaran penuh medan magnet pada stator, rotor membuat satu putaran penuh. Dengan 4 kutub, dibutuhkan dua putaran medan magnet pada stator untuk memutar poros motor satu putaran penuh. Semakin besar jumlah kutub rotor, semakin banyak putaran listrik yang diperlukan untuk memutar poros motor satu putaran. Misalnya, kami memiliki 42 magnet pada rotor. Untuk memutar rotor satu putaran, diperlukan 42/2 = 21 putaran listrik. Properti ini dapat digunakan sebagai semacam peredam. Dengan memilih jumlah kutub yang dibutuhkan, Anda bisa mendapatkan motor dengan karakteristik kecepatan yang diinginkan. Selain itu, pemahaman tentang proses ini akan diperlukan bagi kami di masa mendatang, saat memilih parameter pengontrol.

Sensor posisi

Desain mesin tanpa sensor berbeda dari mesin dengan sensor hanya jika yang terakhir tidak ada. Lainnya perbedaan mendasar TIDAK. Sensor posisi paling umum berdasarkan efek Hall. Sensor merespons medan magnet, biasanya terletak di stator sedemikian rupa sehingga dipengaruhi oleh magnet rotor. Sudut antara sensor harus 120 derajat.

Berarti derajat "listrik". Itu. untuk motor multi-kutub, susunan fisik sensor dapat berupa:

Terkadang sensor terletak di luar mesin. Berikut adalah salah satu contoh lokasi sensor. Padahal, itu adalah mesin tanpa sensor. Jadi dengan cara sederhana itu dilengkapi dengan sensor hall.

Pada beberapa mesin, sensor dipasang pada perangkat khusus yang memungkinkan Anda memindahkan sensor dalam batas tertentu. Dengan bantuan perangkat semacam itu, waktunya diatur. Namun, jika motor perlu dibalik, set sensor kedua yang diatur untuk mundur akan diperlukan. Karena pengaturan waktu tidak kritis saat start dan putaran rendah, Anda dapat menyetel sensor ke titik nol, dan menyesuaikan sudut depan secara terprogram saat mesin mulai berputar.

Karakteristik utama mesin

Setiap mesin dihitung untuk persyaratan tertentu dan memiliki karakteristik utama sebagai berikut:

• Modus kerja untuk mana mesin dirancang: jangka panjang atau jangka pendek. Panjang mode operasi menyiratkan bahwa mesin dapat bekerja selama berjam-jam. Mesin semacam itu dihitung sedemikian rupa sehingga perpindahan panas ke lingkungan lebih tinggi daripada pelepasan panas dari mesin itu sendiri. Dalam hal ini, itu tidak akan memanas. Contoh: ventilasi, eskalator atau penggerak konveyor. Jangka pendek - berarti bahwa mesin akan dihidupkan untuk waktu yang singkat, di mana tidak akan ada waktu untuk melakukan pemanasan hingga suhu maksimum, diikuti dengan waktu yang lama, di mana mesin memiliki waktu untuk mendingin. Contoh: penggerak lift, alat cukur listrik, pengering rambut.
• Resistansi belitan motor. Hambatan belitan motor mempengaruhi Efisiensi mesin. Semakin rendah resistansi, semakin tinggi efisiensinya. Dengan mengukur resistansi, Anda dapat mengetahui keberadaan rangkaian interturn pada belitan. Hambatan belitan motor adalah seperseribu ohm. Untuk mengukurnya, Anda perlu perangkat khusus atau teknik pengukuran khusus.
• Tegangan operasi maksimum. Tegangan maksimum yang dapat ditahan belitan stator. Tegangan maksimum terkait dengan parameter berikut.
• RPM Maks. Terkadang mereka tidak menunjukkan kecepatan maksimum, tapi kv- jumlah putaran motor per volt tanpa beban pada poros. Mengalikan angka ini dengan tegangan maksimum, kami mendapatkan kecepatan engine maksimum tanpa beban pada poros.
• Arus maksimum. Arus belitan maksimum yang diijinkan. Sebagai aturan, waktu motor dapat menahan arus yang ditentukan juga ditunjukkan. Batasan arus maksimum dikaitkan dengan kemungkinan belitan yang terlalu panas. Oleh karena itu, kapan suhu rendah lingkungan, waktu pengoperasian nyata dengan arus maksimum akan lebih lama, dan pada panasnya motor akan terbakar lebih awal.
• Tenaga mesin maksimal. Terkait langsung dengan parameter sebelumnya. Ini adalah tenaga puncak yang dapat dikembangkan mesin untuk waktu yang singkat, biasanya beberapa detik. Dengan pengoperasian yang lama pada daya maksimum, mesin terlalu panas dan kegagalannya tidak dapat dihindari.
• Nilai daya. Tenaga yang dapat dikembangkan mesin selama seluruh waktu penyalaan.
• Sudut fase maju (waktu). Belitan stator memiliki beberapa induktansi, yang memperlambat pertumbuhan arus dalam belitan. Arus akan mencapai maksimum setelah beberapa saat. Untuk mengkompensasi keterlambatan ini, peralihan fase dilakukan dengan beberapa kemajuan. Mirip dengan penyalaan mesin pembakaran dalam, di mana sudut gerak maju pengapian diatur, dengan mempertimbangkan waktu pengapian bahan bakar.

Anda juga harus memperhatikan fakta bahwa pada beban pengenal Anda tidak akan mendapatkan kecepatan maksimum pada poros motor. kv diindikasikan untuk mesin tanpa beban. Saat menyalakan mesin dari baterai, seseorang harus memperhitungkan "tenggelamnya" tegangan suplai di bawah beban, yang pada gilirannya juga akan mengurangi kecepatan maksimum mesin.

Salah satu alasan mengapa desainer tertarik dengan motor listrik brushless adalah kebutuhan akan motor berkecepatan tinggi dengan dimensi kecil. Apalagi mesin ini memiliki posisi yang sangat presisi. Desainnya memiliki rotor yang dapat digerakkan dan stator tetap. Pada rotor terdapat satu atau beberapa magnet permanen yang tersusun dalam urutan tertentu. Pada stator terdapat kumparan yang menimbulkan medan magnet.

Satu fitur lagi harus diperhatikan - motor listrik tanpa sikat dapat memiliki jangkar yang terletak di dalam dan di luar. Oleh karena itu, kedua jenis konstruksi tersebut mungkin memiliki aplikasi khusus di area yang berbeda. Ketika angker terletak di dalam, kecepatan rotasi yang sangat tinggi dapat dicapai, sehingga motor seperti itu bekerja dengan sangat baik dalam desain sistem pendingin. Jika penggerak rotor eksternal dipasang, pemosisian yang sangat presisi dapat dicapai, serta resistansi beban berlebih yang tinggi. Sangat sering, motor seperti itu digunakan dalam robotika, peralatan medis, peralatan mesin dengan kontrol program frekuensi.

Cara kerja motor

Untuk menggerakkan rotor motor DC brushless, perlu menggunakan mikrokontroler khusus. Itu tidak dapat dimulai dengan cara yang sama seperti mesin sinkron atau asinkron. Dengan bantuan mikrokontroler ternyata dapat menghidupkan belitan motor sehingga arah vektor medan magnet pada stator dan armature adalah ortogonal.

Dengan kata lain, dengan bantuan seorang pengemudi, ternyata mengatur yang bekerja pada rotor motor brushless. Untuk menggerakkan angker, perlu dilakukan peralihan yang benar pada belitan stator. Sayangnya, tidak mungkin memberikan kontrol putaran yang mulus. Tetapi Anda dapat meningkatkan rotor motor listrik dengan sangat cepat.

Perbedaan motor brushed dan brushless

Perbedaan utamanya adalah motor brushless untuk model tidak memiliki belitan pada rotor. Dalam kasus motor listrik pengumpul, ada belitan pada rotornya. Tetapi magnet permanen dipasang di bagian stasioner mesin. Selain itu, kolektor dengan desain khusus dipasang pada rotor, yang dihubungkan dengan sikat grafit. Dengan bantuan mereka, tegangan diterapkan ke belitan rotor. Prinsip pengoperasian motor listrik tanpa sikat juga sangat berbeda.

Bagaimana cara kerja mesin pengumpul?

Untuk menghidupkan motor pengumpul, Anda perlu memberikan tegangan ke belitan medan, yang terletak langsung di angker. Dalam hal ini, medan magnet konstan terbentuk, yang berinteraksi dengan magnet pada stator, akibatnya angker dan kolektor yang terpasang padanya berputar. Dalam hal ini, daya disuplai ke belitan berikutnya, siklus diulang.

Kecepatan putaran rotor tergantung langsung pada seberapa kuat medan magnetnya, dan karakteristik terakhir tergantung langsung pada besarnya tegangan. Oleh karena itu, untuk menambah atau mengurangi kecepatan, tegangan suplai perlu diubah.

Untuk menerapkan kebalikannya, Anda hanya perlu mengubah polaritas sambungan motor. Untuk kontrol seperti itu, Anda tidak perlu menggunakan mikrokontroler khusus, Anda dapat mengubah kecepatan rotasi menggunakan resistor variabel konvensional.

Fitur mesin tanpa sikat

Tetapi kontrol motor listrik tanpa sikat tidak mungkin dilakukan tanpa menggunakan pengontrol khusus. Berdasarkan hal tersebut dapat disimpulkan bahwa motor jenis ini tidak dapat digunakan sebagai generator. Untuk kontrol yang efisien, posisi rotor dapat dipantau menggunakan beberapa sensor Hall. Dengan bantuan perangkat sederhana seperti itu, kinerja dapat ditingkatkan secara signifikan, tetapi biaya motor listrik akan meningkat beberapa kali lipat.

Memulai motor tanpa sikat

Tidak masuk akal untuk membuat mikrokontroler sendiri pilihan terbaik akan ada pembelian yang sudah jadi, meski Cina. Tetapi Anda harus mematuhi rekomendasi berikut saat memilih:

1. Amati arus maksimum yang diizinkan. Parameter ini akan berguna untuk berbagai jenis operasi drive. Ciri khas tersebut sering kali ditunjukkan oleh pabrikan langsung pada nama modelnya. Sangat jarang, nilai-nilai tipikal untuk mode puncak ditunjukkan, di mana mikrokontroler tidak dapat beroperasi untuk waktu yang lama.
2. Untuk operasi berkelanjutan, tegangan suplai maksimum juga harus diperhitungkan.
3. Pastikan untuk mempertimbangkan resistansi semua rangkaian mikrokontroler internal.
4. Pastikan untuk memperhitungkan jumlah putaran maksimum yang khas untuk pengoperasian mikrokontroler ini. Harap dicatat bahwa itu tidak akan dapat meningkatkan kecepatan maksimum, karena batasan dibuat di tingkat perangkat lunak.
5. Model perangkat mikrokontroler murah memiliki pulsa dalam kisaran 7...8 kHz. Salinan mahal dapat diprogram ulang, dan parameter ini meningkat 2-4 kali lipat.

Cobalah untuk memilih mikrokontroler dalam segala hal, karena memengaruhi daya yang dapat dikembangkan oleh motor listrik.

Bagaimana pengelolaannya

Unit kontrol elektronik memungkinkan pergantian belitan penggerak. Untuk menentukan momen peralihan menggunakan penggerak, posisi rotor dipantau oleh sensor Hall yang terpasang pada penggerak.

Jika tidak ada perangkat seperti itu, tegangan balik harus dibaca. Itu dihasilkan dalam gulungan stator yang tidak terhubung saat ini. Pengontrol adalah kompleks perangkat keras-perangkat lunak, memungkinkan Anda untuk melacak semua perubahan dan mengatur urutan peralihan seakurat mungkin.

Motor tanpa sikat tiga fase

Banyak motor listrik tanpa sikat untuk model pesawat ditenagai oleh arus searah. Tetapi ada juga contoh tiga fase di mana konverter dipasang. Mereka memungkinkan Anda membuat pulsa tiga fase dari tegangan konstan.

Pekerjaannya adalah sebagai berikut:

1. Coil "A" menerima pulsa dengan nilai positif. Pada koil "B" - dengan nilai negatif. Akibatnya, jangkar akan mulai bergerak. Sensor memperbaiki perpindahan dan sinyal dikirim ke pengontrol untuk peralihan berikutnya.
2. Kumparan "A" dimatikan, sementara pulsa positif disuplai ke belitan "C". Beralih berliku "B" tidak berubah.
3. Kumparan "C" mendapat pulsa positif, dan yang negatif masuk ke "A".
4. Kemudian pasangkan "A" dan "B" mulai beroperasi. Nilai pulsa positif dan negatif masing-masing diumpankan ke mereka.
5. Kemudian impuls positif kembali masuk ke koil "B", dan yang negatif masuk ke "C".
6. Pada tahap terakhir, koil "A" dihidupkan, yang menerima pulsa positif, dan pulsa negatif masuk ke C.

Dan kemudian seluruh siklus diulang.

Manfaat menggunakan

Sulit membuat motor listrik tanpa sikat dengan tangan Anda sendiri, dan hampir tidak mungkin menerapkan kontrol mikrokontroler. Oleh karena itu, yang terbaik adalah menggunakan desain industri yang sudah jadi. Tetapi pastikan untuk mempertimbangkan keuntungan yang diterima drive saat menggunakan motor tanpa sikat:

1. Sumber daya yang jauh lebih lama daripada mesin pengumpul.
2. Tingkat efisiensi tinggi.
3. Daya lebih tinggi dari motor pengumpul.
4. Kecepatan rotasi jauh lebih cepat.
5. Tidak ada percikan yang dihasilkan selama pengoperasian, sehingga dapat digunakan di lingkungan dengan bahaya kebakaran yang tinggi.
6. Pengoperasian drive yang sangat mudah.
7. Tidak perlu menggunakan komponen tambahan untuk pendinginan selama pengoperasian.

Di antara kekurangannya, orang dapat membedakan biaya yang sangat tinggi, jika kita juga memperhitungkan harga pengontrol. Meski dalam waktu singkat, motor listrik semacam itu tidak bisa dihidupkan untuk mengecek performanya. Selain itu, memperbaiki motor semacam itu jauh lebih sulit karena fitur desainnya.

Prinsip operasi yang didasarkan pada pengaturan frekuensi dan sinkronisasi sendiri disebut motor tanpa sikat. Dalam desain ini, vektor medan magnet stator dikontrol relatif terhadap posisi rotor. Motor tanpa sikat dirancang untuk meningkatkan kinerja motor sikat DC standar.

Ini secara organik menggabungkan kualitas terbaik dari motor DC dan motor listrik non-kontak.

Perbedaan utama dari mesin konvensional

Motor brushless sering digunakan di model yang dikendalikan radio pesawat terbang. Performa dan daya tahannya yang luar biasa telah mendapatkan popularitas yang luas karena tidak adanya bagian gosok dalam bentuk sikat yang melakukan transmisi saat ini.

Untuk lebih mewakili perbedaannya, Anda perlu mengingatnya dalam standar motor listrik kolektor rotor berputar dengan belitan di dalam stator, yang didasarkan pada magnet permanen. Belitan dialihkan menggunakan kolektor, tergantung pada posisi rotor. Di motor AC, sebaliknya, rotor dengan magnet berputar di dalam stator dengan belitan. Kira-kira desain yang sama memiliki mesin.

Tidak seperti motor standar, pada motor tanpa sikat, stator bertindak sebagai bagian yang bergerak, di mana magnet permanen ditempatkan, dan rotor dengan belitan tiga fase berperan sebagai bagian tetap.

Cara kerja motor tanpa sikat

Perputaran motor dilakukan dengan mengubah arah medan magnet pada belitan rotor dengan urutan tertentu. Dalam hal ini, magnet permanen berinteraksi dengan medan magnet rotor dan menggerakkan stator yang bergerak. Gerakan ini didasarkan pada sifat utama magnet, ketika kutub yang sama saling tolak, dan berbeda - tertarik.

Medan magnet pada belitan rotor dan perubahannya dikendalikan oleh pengontrol. Ini adalah perangkat yang cukup rumit yang mampu mengalihkan arus tinggi dengan kecepatan tinggi. Pengontrol harus memiliki motor listrik tanpa sikat di sirkuitnya, yang sangat meningkatkan biaya penggunaannya.

Motor tanpa sikat tidak memiliki kontak yang berputar dan kontak yang dapat beralih. Ini adalah keunggulan utama mereka dibandingkan motor listrik konvensional, karena semua kerugian gesekan diminimalkan.