Авто

Безколекторний двигун постійного струму: особливості, переваги, пристрій приладу

Червень 6, 2020

Двигуном постійного струму називають електричний двигун, живлення якого забезпечує постійний струм. При необхідності отримати высокомоментный двигун з порівняно невеликими оборотами. Конструктивно Inrunners простіше через те, що нерухомий статор може служити корпусом. До нього можуть бути змонтовані кріпильні пристосування. У разі Outrunners обертається вся зовнішня частина. Кріплення двигуна здійснюється за нерухому вісь або деталі статора. У разі мотор-колеса кріплення здійснюється за нерухому вісь статора, дроти заводяться до статора через порожнисту оськоторых менше 0,5 мм.

Види електродвигунів

Існують наступні типи двигунів постійного струму:

  • з порушенням за допомогою постійних магнітів;
  • з послідовним з’єднанням обмоток якоря і збудження;
  • з паралельним з’єднанням обмоток якоря і збудження;
  • зі змішаним з’єднанням обмоток якоря і збудження;
  • вентильний двигун (безколекторний двигун постійного струму), виконаний за допомогою замкнутої системи; в такому типі двигуна використовується інвертор (силовий напівпровідниковий перетворювач), перетворювач координат і ДПР (датчик положення ротора).

Двигуном змінного струму називають електричний двигун, живлення якого забезпечує змінний струм. Існують наступні типи двигунів змінного струму:

  • гістерезисна двигун;
  • вентильний реактивний двигун;
  • асинхронний електродвигун з частотою обертання ротора, що відрізняється від частоти обертання створюється напругою магнітного поля;
  • синхронний електродвигун з частотою обертання ротора, що збігається з частотою обертання створюється напругою магнітного поля.

Також існує УКД (універсальний колекторний двигун) з функцією режиму роботи як на змінному, так і на постійному струмі.

Ще один тип двигунів – це кроковий електродвигун з кінцевим числом положень ротора. Певне зазначене положення ротора фіксується за допомогою подачі живлення на необхідні відповідні обмотки. При знятті напруги живлення з однієї обмотки і його передачі на інші відбувається процес переходу в інше положення.

Двигун змінного струму при живленні допомогою промислової мережі зазвичай не дозволяє досягти частоти обертання більше трьох тисяч обертів у хвилину. З цієї причини при необхідності отримати більш високі частоти використовується колекторний двигун, додатковими перевагами якого є легкість і компактність при збереженні необхідної потужності.

Іноді також застосовують спеціальний передавальний механізм під назвою мультиплікатор, який змінює кінематичні параметри пристрою до необхідних технічних показників. Колекторні вузли іноді займають до половини простору двигуна, тому електродвигуни змінного струму зменшують в розмірі і роблять легше у вазі шляхом використання перетворювача частоти, а іноді завдяки наявності мережі з підвищеною частотою до 400 Гц.

Ресурс будь-якого асинхронного двигуна змінного струму помітно вище колекторного. Визначається він станом ізоляції обмоток і підшипників. Синхронний двигун при використанні інвертора і датчика положення ротора вважається електронним аналогом класичного колекторного двигуна, що підтримує роботу з допомогою постійного струму.

Безколекторний електродвигун постійного струму. Загальні відомості і пристрій приладу

Безколекторний електродвигун постійного струму також називають трифазним вентильним двигуном. Він являє собою синхронне пристрій, принцип роботи якого грунтується на самосинхронизированном частотному регулюванні, завдяки чому відбувається керування вектором (відштовхуючись від положення ротора) магнітного поля статора.

Контролери електродвигунів такого типу часто харчуються завдяки постійному напрузі, від чого і отримали свою назву. В англомовній технічній літературі вентильний електродвигун називають PMSM або BLDC.

Безколекторний електродвигун був створений в першу чергу для оптимізації будь-якого електродвигуна постійного струму в цілому. До виконавчого механізму такого пристрою (особливо до высокооборотному микроприводу з точним позиціонуванням) ставилися дуже високі вимоги.

Це, мабуть, і зумовило використання таких специфічних приладів постійного струму, безколекторні трифазні двигуни, також звані БДПТ. По своїй конструкції вони практично ідентичні синхронних двигунів змінного струму, де обертання магнітного ротора відбувається в звичайному шихтованном статорі при наявності трифазних обмоток, а кількість оборотів залежить напруги і навантажень статора. Виходячи з визначених координат ротора, відбувається перемикання різних обмоток статора.

Безколекторні двигуни постійного струму можуть існувати без яких-небудь окремих датчиків, однак, іноді вони присутні на роторі, наприклад, датчик Холла. Якщо пристрій працює без додаткового датчика, то обмотки статора виконують функцію фіксуючого елемента. Тоді струм виникає завдяки обертанню магніту, коли в обмотці статора ротор наводить ЕРС.

Якщо одна з обмоток буде вимкнено, то буде вимірюватися і в подальшому оброблятися той сигнал, який був наведений, однак, такий принцип роботи неможливий без професора обробки сигналів. А ось для реверсу або гальмування такого електродвигуна мостова схема не потрібна – достатньо буде подання в зворотній послідовності керуючих імпульсів на обмотки статора.

У ВД (вентильному двигуні) індуктор у вигляді постійного магніту розташований на роторі, а якірна обмотка – на статорі. Виходячи з положення ротора, формується напруга живлення всіх обмоток електродвигуна. При використанні в таких конструкціях колектора, його функцію буде виконувати у вентильному двигуні напівпровідниковий комутатор.

Основна відмінність синхронного та вентильного двигунів полягає в самосинхронізації останнього за допомогою ДПР, що обумовлює пропорційну частоту обертання ротора й поля.

Найчастіше безколекторний електродвигун постійного струму знаходить застосування в таких сферах:

  • морозильне або холодильне обладнання (компресори);
  • електропривод;
  • системи нагріву повітря, його кондиціонування або вентиляції.

Статор

Це пристрій має класичну конструкцію і нагадує такий же прилад асинхронної машини. До складу входить сердечник з мідної обмотки (покладеної по периметру в пази), що визначає кількість фаз, і корпус. Зазвичай синусної і косинусної фаз достатньо для обертання і самозапуску, однак, часто вентильний двигун створюють трифазним і навіть чотирьохфазним.

Електродвигуни із зворотного електрорушійної силою за типом укладання витків на обмотці статора діляться на два типу:

  • синусоїдальної форми;
  • трапецеїдальної форми.

У відповідних видах двигуна електричний фазний струм змінюється також за способом живлення синусоїдальної або трапецеїдально.

Ротор

Зазвичай ротор виготовляють з постійних магнітів з кількістю пар полюсів від двох до восьми, які, в свою чергу, чергуються від північного до південного або навпаки.

Найбільш поширеними і дешевими для виготовлення ротора вважаються феритові магніти, але їх недоліком є низький рівень магнітної індукції, тому на заміну такого матеріалу зараз приходять прилади, створені із сплавів різних рідкоземельних елементів, оскільки можуть надати високий рівень магнітної індукції, що, в свою чергу, дозволяє зменшити розмір ротора.

ДПР

Датчик положення ротора забезпечує зворотний зв’язок. За принципом роботи пристрій поділяється на такі підвиди:

  • індуктивний;
  • фотоелектричний;
  • датчик з ефектом Холла.

Останній тип отримав найбільшу популярність завдяки своїм практично абсолютним безінерційним властивостям і здатності позбавлятися за положенням ротора від запізнювання в каналах зворотного зв’язку.

Система управління

Система управління складається з силових ключів, іноді також з тиристорів або силових транзисторів, що включають ізольований затвор, що ведуть до збору інвертора струму або інвертора напруги. Процес управління цими ключами реалізується найчастіше шляхом використання мікроконтролера, що вимагає для управління двигуном величезної кількості обчислювальних операцій.