За да се решат проблемите с управлението на съвременните прецизни системи, все по-често се използва безчетковият двигател. Това се характеризира с голямото предимство на такива устройства, както и активното формиране на изчислителните възможности на микроелектрониката. Както знаете, те могат да осигурят висока плътност на въртящия момент и енергийна ефективност в сравнение с други видове двигатели.
Схема на безчетковия мотор
Двигателят се състои от следните части:
1. Задна част на кутията.
2. Статор.
3. Лагер.
4. Магнитен диск (ротор).
5. Лагер.
6. Навит статор.7. Предна част на кутията.
Безчетков двигател има връзка между многофазната намотка на статора и ротора. Имат постоянни магнити и вграден сензор за положение. Превключването на устройството се осъществява с помощта на клапанен преобразувател, в резултат на което получава такова име.
Схема на безчетков двигател се състои от заден капак и печатна платка от сензори, лагерна втулка, вал илагер, роторни магнити, изолационен пръстен, намотка, пружина Belleville, дистанционер, сензор на Хол, изолация, корпус и проводници.
В случай на свързване на намотките със "звезда", устройството има големи постоянни моменти, така че този монтаж се използва за управление на осите. В случай на закрепване на намотките с "триъгълник", те могат да се използват за работа при високи скорости. Най-често броят на двойките полюси се изчислява от броя на роторните магнити, които помагат да се определи съотношението на електрическите и механичните обороти.
Статорът може да бъде направен с без желязо или желязна сърцевина. Използвайки такива конструкции с първата опция, е възможно да се гарантира, че магнитите на ротора не се привличат, но в същия момент ефективността на двигателя се намалява с 20% поради намаляване на стойността на постоянния въртящ момент.
От диаграмата се вижда, че в намотките се генерира ток в статора, а в ротора се създава с помощта на високоенергийни постоянни магнити.
Символи: - VT1-VT7 - транзисторни комуникатори; - A, B, C – фази на намотката;
- M – въртящ момент на двигателя;
- DR – сензор за положение на ротора; - U – регулатор на захранващото напрежение на двигателя;
- S (юг), N (север) – посока на магнита;
- UZ – честотен преобразувател;
- BR – скорост сензор;
- VD – ценеров диод;
- L е индуктор.
Диаграмата на двигателя показва, че едно от основните предимства на ротора, в който са инсталирани постоянни магнити, е намаляването на диаметъра муи следователно намаляване на инерционния момент. Такива устройства могат да бъдат вградени в самото устройство или разположени на неговата повърхност. Намаляването на този индикатор много често води до малки стойности на баланса на инерционния момент на самия двигател и натоварването, доведено до неговия вал, което усложнява работата на задвижването. Поради тази причина производителите могат да предложат стандартен и 2-4 пъти по-висок момент на инерция.
Принципи на работа
Днес безчетковият двигател става много популярен, чийто принцип на работа се основава на факта, че контролерът на устройството започва да превключва намотките на статора. Поради това векторът на магнитното поле винаги остава изместен с ъгъл, приближаващ се до 900 (-900) спрямо ротора. Контролерът е проектиран да управлява тока, който се движи през намотките на двигателя, включително величината на магнитното поле на статора. Следователно е възможно да се регулира момента, който действа върху устройството. Експонента на ъгъла между векторите може да определи посоката на въртене, която действа върху него.
Трябва да се има предвид, че говорим за електрически градуси (те са много по-малки от геометричните). Например, нека вземем изчисление на безчетков двигател с ротор, който има 3 чифта полюси. Тогава оптималният му ъгъл ще бъде 900/3=300. Тези двойки осигуряват 6 фази на превключващите намотки, след което се оказва, че векторът на статора може да се движи на скокове от 600. От това се вижда, че реалният ъгъл между векторите непременно ще варира от 600 до1200, започвайки от въртене на ротора.
Вентилният двигател, чийто принцип на действие се основава на въртенето на фазите на превключване, поради което възбуждащият поток се поддържа от относително постоянно движение на котвата, след тяхното взаимодействие започва да образува въртящ се момент. Той се втурва да завърти ротора по такъв начин, че всички потоци на възбуждане и котва да съвпадат заедно. Но по време на своя завой сензорът започва да превключва намотките и потокът преминава към следващата стъпка. В този момент полученият вектор ще се движи, но ще остане напълно неподвижен спрямо потока на ротора, което в крайна сметка ще създаде въртящ момент на вала.
Предимства
Използвайки безчетков мотор при работа, можем да отбележим неговите предимства:
- възможност за използване на широк диапазон за промяна на скоростта;
- висока динамика и производителност;
- максимална точност на позициониране;
- ниски разходи за поддръжка;
- устройството може да се припише на експлозивни обекти;
- има способността да издържа на големи претоварвания в момента на въртене;
- висока ефективност, която е повече от 90%;
- има плъзгащи се електронни контакти, които значително увеличават експлоатационния живот и експлоатационния живот;
- няма прегряване на електродвигателя по време на продължителна работа.
Недостатъци
Въпреки огромния брой предимства, безчетковият мотор има и недостатъци при работа:
- доста сложно управление на двигателя;- относителновисоката цена на устройството поради използването на ротор в неговия дизайн, който има скъпи постоянни магнити.
Реактивен двигател
Двигателят с възпрепятствие на клапана е устройство, в което е осигурено превключващо магнитно съпротивление. При него преобразуването на енергия се осъществява поради промяна в индуктивността на намотките, които се намират върху изявените зъби на статора, когато зъбният магнитен ротор се движи. Устройството получава захранване от електрически преобразувател, който последователно превключва намотките на двигателя в съответствие с движението на ротора.
Моторът с превключване на съпротивлението е сложна сложна система, в която компоненти от различно физическо естество работят заедно. Успешното проектиране на такива устройства изисква задълбочени познания по машинен и механичен дизайн, както и по електроника, електромеханика и микропроцесорна технология.
Модерното устройство действа като електродвигател, действащ във връзка с електронен преобразувател, който се произвежда по интегрирана технология с помощта на микропроцесор. Позволява ви да извършвате висококачествено управление на двигателя с най-добра производителност при обработка на енергия.
Свойства на двигателя
Такива устройства имат висока динамика, висок капацитет на претоварване и прецизно позициониране. Тъй като няма движещи се части,използването им е възможно в експлозивна агресивна среда. Такива двигатели се наричат още безчеткови двигатели, основното им предимство в сравнение с колекторните двигатели е скоростта, която зависи от захранващото напрежение на въртящия момент на натоварване. Също така, друго важно свойство е липсата на абразивни и триещи се елементи, които превключват контактите, което увеличава ресурса за използване на устройството.
BLDC двигатели
Всички DC двигатели могат да бъдат наречени безчеткови. Те работят на постоянен ток. Четковият възел е предвиден за електрическо комбиниране на роторните и статорните вериги. Такава част е най-уязвимата и доста трудна за поддръжка и ремонт.
Моторът BLDC работи на същия принцип като всички синхронни устройства от този тип. Това е затворена система, включваща силов полупроводников преобразувател, сензор за положение на ротора и координатор.
AC AC двигатели
Тези устройства се захранват от AC мрежа. Скоростта на въртене на ротора и движението на първия хармоник на магнитната сила на статора напълно съвпадат. Този подтип двигатели може да се използва при високи мощности. Тази група включва стъпаловидни и реактивни клапанни устройства. Отличителна черта на стъпковите устройства е дискретното ъглово изместване на ротора по време на неговата работа. Захранването на намотките се формира с помощта на полупроводникови компоненти. Моторът на клапана се управлява отпоследователно изместване на ротора, което създава превключване на мощността му от една намотка към друга. Това устройство може да бъде разделено на едно-, три- и многофазно, първата от които може да съдържа стартова намотка или верига за изместване на фаза, както и да се стартира ръчно.
Принципът на работа на синхронен двигател
Вентилният синхронен двигател работи на базата на взаимодействието на магнитните полета на ротора и статора. Схематично магнитното поле по време на въртене може да бъде представено от плюсовете на същите магнити, които се движат със скоростта на магнитното поле на статора. Роторното поле може да се изобрази и като постоянен магнит, който се върти синхронно с полето на статора. При липса на външен въртящ момент, който се прилага към вала на апарата, осите съвпадат напълно. Действащите сили на привличане преминават по цялата ос на полюсите и могат да се компенсират взаимно. Ъгълът между тях е настроен на нула.
Ако спирачният момент се приложи към вала на машината, роторът се придвижва настрани със закъснение. Поради това привличащите сили се разделят на компоненти, които са насочени по оста на положителните индикатори и перпендикулярно на оста на полюсите. Ако се приложи външен момент, който създава ускорение, тоест той започва да действа в посока на въртене на вала, картината на взаимодействието на полетата ще се промени напълно на противоположна. Посоката на ъгловото изместване започва да се трансформира в противоположната и във връзка с това посоката на тангенциалните сили се променя иелектромагнитен момент. В този сценарий двигателят се превръща в спирачка, а устройството работи като генератор, който преобразува механичната енергия, подадена на вала, в електрическа енергия. След това се пренасочва към мрежата, която захранва статора.
Когато няма външен, изпъкнал полюсен момент ще започне да заема позиция, при която оста на полюсите на магнитното поле на статора ще съвпада с надлъжната. Това разположение ще съответства на минималното съпротивление на потока в статора.
Ако спирачният момент се приложи към вала на машината, роторът ще се отклони, докато магнитното поле на статора ще се деформира, тъй като потокът има тенденция да се затвори при най-малкото съпротивление. За да се определи, са необходими силови линии, чиято посока във всяка една от точките ще съответства на движението на силата, така че промяната в полето ще доведе до появата на тангенциално взаимодействие.
Като разгледахме всички тези процеси в синхронните двигатели, можем да идентифицираме демонстративния принцип на реверсивността на различни машини, тоест способността на всеки електрически апарат да променя посоката на преобразуваната енергия към обратното.
Безчеткови двигатели с постоянен магнит
Моторът с постоянен магнит се използва за сериозни отбранителни и промишлени приложения, тъй като такова устройство има голям резерв на мощност и ефективност.
Тези устройства най-често се използват в индустрии, където е относително ниска консумация на енергия ималки размери. Те могат да имат различни размери, без технологични ограничения. В същото време големите устройства не са напълно нови, най-често се произвеждат от компании, които се опитват да преодолеят икономическите трудности, които ограничават обхвата на тези устройства. Те имат свои предимства, сред които висока ефективност поради загуби на ротора и висока плътност на мощността. За да управлявате безчеткови двигатели, имате нужда от задвижване с променлива честота.
Анализът на разходите и ползите показва, че устройствата с постоянни магнити са много по-предпочитани от другите алтернативни технологии. Най-често се използват за индустрии с доста натоварен график за работа на корабни двигатели, във военната и отбранителната промишленост и други подразделения, чийто брой непрекъснато нараства.
Реактивен двигател
Моторът с превключване на съпротивлението работи с помощта на двуфазни намотки, които са инсталирани около диаметрално противоположни полюси на статора. Захранването се движи към ротора според полюсите. Така неговата опозиция е напълно сведена до минимум.
Ръчно изработен DC мотор осигурява висока ефективна скорост на задвижване с оптимизиран магнетизъм за работа на заден ход. Информацията за местоположението на ротора се използва за управление на фазите на захранването на напрежението, тъй като това е оптимално за постигане на непрекъснат и плавен въртящ момент.въртящ момент и висока ефективност.
Сигналите, произвеждани от реактивния двигател, се наслагват върху ъгловата ненаситена фаза на индуктивността. Минималното полюсно съпротивление напълно съответства на максималната индуктивност на устройството.
Положителен момент може да се получи само при ъгли, когато индикаторите са положителни. При ниски скорости фазовият ток трябва задължително да бъде ограничен, за да се предпази електрониката от високи волтови секунди. Механизмът на преобразуване може да бъде илюстриран чрез линия за реактивна енергия. Силовата сфера характеризира мощността, която се превръща в механична енергия. В случай на внезапно изключване, излишната или остатъчната сила се връща към статора. Минималните показатели за влиянието на магнитното поле върху работата на устройството са основната му разлика от подобни устройства.
