Двигатель bldc: Что такое BLDC-мотор

Содержание

Что такое BLDC-мотор

BLDC двигатель, он же вентильный двигатель — это бесколлекторный синхронный двигатель постоянного тока на постоянных магнитах. Функцию коллектора в данном случае выполняет электронный контроллер, как если бы двигатель был коллекторный — контроллер переключает обмотки в зависимости от положения ротора с магнитами, определяемого датчиками Холла, установленными в мотор. Если двигатель застопорить, то контроллер будет подавать ток в те две фазы, которые должны его стронуть в нужную сторону. Контроллер не будет переключать фазы, пока ротор стоит. Дополнительно в отличие от механических коллекторов,это обеспечивает работу большого количества магнитных пар,чем может быть обеспечен значительно больший момент.

По сути, BLDC – это коллекторный двигатель с «электронным коллектором», но лишенный его недостатков в виде механического износа щеток и постоянного обслуживания щеточного узла для удаления нагара и загрязнений.

«Вентильный электродвигатель» — это наше, советское название. В зарубежной литературе они называются по другому. Общие аббревиатуры для обозначения синхронных бесколлектроных электродвигателей постоянного тока — это BLDC или PMSM:

  1. BLDC — Brushless DC electric motor (бесколлекторный электродвигатель постоянного тока).
  2. PMSM — Permanent Magnet Synchronous Motor (синхронный двигатель с постоянными магнитами).

Конструкция: 

В роторе двигателя размещаются постоянные магниты, создающие магнитное поле, которые чередуются + — + -… В зависимости от количества магнитов, двигатель имеет соответствующее количество полюсов. Роторы линейки Golden Motor 3-5-10-20кВт имеют 8 магнитов, т.е. 4 пары магнитов. 

Статор сделан из электротехнической стали и медной обмотки, уложенной в пазы сердечника. Количество обмоток определяет количество фаз двигателя. Для вращения необходимы 3 фазы. Обычно ВД трёхфазные, в Golden Motor в т.ч.

BLDC двигатель так же имеет более высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с асинхронными двигателями. Он обладает лучшей удельной мощностью (мощность на килограмм массы), лучшим КПД, особенно на низких оборотах и на старте, более простое управление (асинхронным двигателям требуется чистый синус).

Каждому мотору нужен свой управляющий контроллер. 

Ниже представлено видео, объясняющая принцип действия:

 

48V 3КВТ BLDC двигатель на газоне косилка

Мощные и эффективные и надежные двигатели BLDC

Мы ведущий производитель средств общего назначения бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) двигатели с питанием в диапазоне от 200 W до 20 квт и напряжение в диапазоне от 24V

До 120 В постоянного тока. Он был широко используется для многих приложений, например, автомобильной промышленности, велосипеды, scooters с питанием от батареи, электромобили, вилочные погрузчики, легкие двухместные коляски для гольфа, лодки и т.д. Он имеет лучшие показатели по сравнению с другими традиционными двигателей постоянного тока.

Модель: HPM3000B — BLDC высокой мощности двигателя
1. Напряжение: 48/72V/96v
2. Номинальная мощность: 3КВТ

3. Пиковая мощность: 6 квт
4. Скорость: 3000-5000об/мин
5. Номинальный крутящий момент: 10 Нм
6. Максимальный крутящий момент: 25 Нм
7. Эффективность: >90%
8. Размеры: 18см dia. 12,5 см высоты
9. Вес: 7.35Aircooling(кг);жидкостного охлаждения (8 кг)
10. Система охлаждения двигателя: воздух или жидкостного охлаждения

Продолжительный срок службы (>20000 часов)
Низкий уровень шума и высокий крутящий момент
Отличные эксплуатационные характеристики
Высокая эффективность (>90%)
Высокая надежность
Номинальное напряжение : 48V-120 В постоянного тока
Номинальная мощность : 3 квт
Номинальная частота вращения: 2000-6000 об/мин
Бесступенчатый регулятор скорости, направлении двойного назначения   

 Новинка!!!
 Двигатель BLDC  (HPM3000A)
 Охлаждение воздуха
 Напряжение:48V/60V/72V
 Номинальная мощность: 2Квт 3 квт
 Максимальная мощность: 6 квт
 Efficeincy: >90%
 Скорость: 3000-5000об/мин
 Номинальный крутящий момент: 10 Нм
 Максимальный крутящий момент: 25 Нм
 Размер: 18 см dia. 12,5 см высоты
 Вес: 8 кг
 Особенности: компактная конструкция,полноразмерная воды, вал из нержавеющей стали,  электровентилятор системы охлаждения двигателя
 Новинка!!!
 Двигатель BLDC  (HPM3000L)
 Система жидкостного охлаждения
 Напряжение:48V/60V/72V
 Номинальная мощность: 2Квт 3 квт
 Максимальная мощность: 6 квт
 Efficeincy: >90%
 Скорость: 3000-5000об/мин
 Номинальный крутящий момент: 10 Нм
 Максимальный крутящий момент: 25 Нм
 Размер: 18 см dia. 12,5 см высоты
 Вес: 8 кг
 Особенности: компактная конструкция,полноразмерная воды, вал из нержавеющей стали,  электровентилятор системы охлаждения двигателя

Снимки на 3Квт -10 КВТ ДВИГАТЕЛЬ BLDC  


VEC200
Https://goldenmotorcz.en.made-in-china.com/product/MXKnNQHvZYcu/China-New-Programmable-3kw-to-20kw-Innovative-Sine-Wave-Motor-Controller.html

3КВТ, 5 КВТ, 10 КВТ BLDC двигатель для мотоциклов с электроприводом от наших клиентов

Почему мы?  

Наши услуги  
1.Ответ на ваш запрос в течение 24 рабочих часов.
2.индивидуального дизайна доступна.OEM и ODM .
3.профессиональных инженеров и исключительного и уникального решения.
4.хорошо подготовленных сотрудников.
5.Политика возврата: Для дефектных Товаров,пожалуйста отправьте нам снимки для подтверждения, а затем мы дадим вам во время замены гарантийный срок.
6.гарантия : Мы гарантирует, что данное изделие не проявит дефектов материала или изготовления в течение 1 года с дата покупки.гарантия на аккумулятор составляет 1 год с дата покупки.Данная гарантия не распространяется на любую продукцию, которая была предметом для злоупотреблений, жестокого обращения, халатности или отсутствия заботы.вызваны смягчении , переоборудование и /или ремонт не охватываются настоящей гарантии.
7.Оплата :TT /PAYPAL

Дилер политики:
A:Присоединяйтесь к золотой мотор сегодня предприятия — наш сайт привлекает и перенаправляет свыше 5000 потенциальных покупателей ежедневно для наших дилеров по всему миру!
B:.Теперь у нас есть 180 дилеров в мире.
C:Чтобы стать нашим дилером,вы просто поместите первый заказ на сумму не менее 10000$.
D:.Если Вы являетесь нашим дилером,ваша информация будет переведен на нашей странице дилера на нашем сайте.которых тысячи посетителей каждый день.

Бесколлекторные двигатели | Поставки бесколлекторных двигателей по России

Главная / Каталог / Бесколлекторные двигатели

Бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель) — это синхронный двигатель, основанный на принципе частотного регулирования с самосинхронизацией, суть которого заключается в управлении вектором магнитного поля статора в зависимости от положения ротора. Данный тип двигателей был создан с целью улучшения свойств коллекторных электродвигателей постоянного тока.
Бесколлекторный двигатель объединяет в себе лучшие качества бесконтактных двигателей и двигателей постоянного тока.

Устройство, принцип работы бесколлекторного двигателя

Бесколлекторные двигатели (BLDC — brushless DC motors) или, как их еще называют, вентильные двигатели или шпиндельные двигатели, обладают высокой динамикой и точностью позиционирования, большой перегрузочной способностью двигателя к моменту, а также высоким КПД двигателя – более 90%. Благодаря отсутствию трущихся частей в бесколлекторном двигателе возможно его применения во взрывоопасной и агрессивной среде.

Бесколлекторные двигатели состоят из статора традиционной обмотки, в зависимости от способа укладки витков он бывает BLDC – для двигателей имеющих обратную электродвижущую силу и PMSM – для двигателей питающихся синусоидальным током, ротора в котором используются магниты постоянного тока и датчика положения ротора.

Датчик положения ротора, встроенный в корпус двигателя, вырабатывает сигналы управления моментами времени и последовательностью коммутации токов в обмотках статора. Все поставляемые нами бесколлекторные электродвигатели имеют по три встроенных датчика Хола (Honeywell), расположенных под углом 120 градусов друг к другу.

Все бесколлекторные двигатели мы поставляем вместе с блоками управления, производимыми на том же заводе, что и сами двигатели (Fulling Motor, Китай), что гарантирует идеальную «совместимость» блоков управления и двигателей. Некоторые наши клиенты (как правило, использующие бесколлекторные двигатели в массовой серийной продукции с большими объемами выпуска) предпочитают разрабатывать устройства управления бесколлекторным двигателем самостоятельно. При этом они имеют возможность наиболее полно учесть нюансы рабочих режимов двигателей, и максимально снизить цену (себестоимость) блока управления бесколлекторным двигателем. 

Бесколлекторные двигатели не имеют недостатков, присущих асинхронным двигателям (потребление реактивной мощности, потери в роторе) и синхронным двигателям (пульсация частоты вращения, выпадение из синхронизма).

Как и у коллекторных двигателей момент бесколлекторных двигателей прямо пропорционален току, а скорость зависит от напряжения питания и нагружающего момента.
Но бесколлекторные двигатели имеют преимущество по сравнению с коллекторными — это отсутствие трущихся и истираемых частей, переключающихся контактов и т.п. и, как следствие, высокий ресурс.

Основные достоинства бесколлекторных (вентильных) двигателей:

  • высокое быстродействие и динамика, точность позиционирования
  • линейность нагрузочных характеристик
  • широкий диапазон изменения частоты вращения
  • большая перегрузочная способность по моменту
  • высокий срок службы (ресурс электродвигателя ограничен, по большому счету, только сроком службы подшипников)
  • высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов
  • низкий перегрев электродвигателя, при работе в режимах с возможными перегрузками
  • существенно более низкий уровень электромагнитных шумов по сравнению с коллекторными моторами

Области применения бесколлекторных двигателей

С силу своих достоинств бесколлекторные двигатели получили широкое распространение  во многих отраслях промышленности. Незаменимыми оказываются они в медицинской технике — низкий уровень электромагнитных излучений, низкий уровень шума и высокий ресурс определили лидирующую роль бесколлекторного привода во многих узлах медицинской аппаратуры. Также бесколлекторные электродвигатели традиционно используются для работы в опасных средах. Отсутствие трущихся частей, способных вызвать искру, позволяет применять бесколлекторные двигатели в нефтегазовой промышленности, например, в качестве трубозапорных приводов для нефте- и газопроводов.

Управление бесколлекторным двигателем по сигналам обратной ЭДС – понимание процесса

Когда я начал разрабатывать блок управления бесколлекторным двигателем (мотор-колесом), было много вопросов о том, как сопоставить реальный двигатель с абстрактной схемой из трех обмоток и магнитов, на которой, как правило, все объясняют принцип управления бесколлекторными двигателями.

Когда я реализовал управление по датчикам Холла я еще не очень понимал, что происходит в двигателе дальше абстрактных трех обмоток и двух полюсов: почему 120 градусов и почему алгоритм управления именно такой.

Все встало на место, когда я начал разбираться в идее бездатчикового управления бесколлекторным двигателем — понимание процесса, происходящего в реальной железке, помогло разработать аппаратную часть и понять алгоритм управления.

Ниже я постараюсь расписать свой путь к пониманию принципа управления бесколлекторным двигателем постоянного тока.



Для работы бесколлекторного двигателя необходимо чтобы постоянное магнитное поле ротора увлекалось за вращающемся электромагнитным полем статора, как и в обычном ДПТ.

Вращение магнитного поля статора осуществляется коммутацией обмоток с помощью электронного блока управления.
Конструкция бесколлекторного двигателя схожа с конструкцией синхронного двигателя, если подключить бесколлекторный двигатель в трехфазную сеть переменного тока, удовлетворяющую электрическим параметрам двигателя, он будет работать.

Определенная коммутация обмоток бесколлекторного двигателя позволяет управлять им от источника постоянного тока. Чтобы понять, как составить таблицу коммутаций бесколлекторного двигателя необходимо рассмотреть управление синхронной машиной переменного тока.

Синхронная машина
Синхронная машина управляется от трехфазной сети переменного тока. Двигатель имеет 3 электрические обмотки, смещенные между собой на 120 электрических градусов.

Запустив трехфазный двигатель в генераторном режиме, постоянным магнитным полем будет наводиться ЭДС на каждую из обмоток двигателя, обмотки двигателя распределены равномерно, на каждую из фаз будет наводиться синусоидальное напряжение и данные сигналы будут смещены между собой на 1/3 периода (рисунок 1). Форма ЭДС меняется по синусоидальному закону, период синусоиды равен 2П(360), поскольку мы имеем дело с электрическими величинами (ЭДС, напряжение, ток) назовем это электрическими градусами и будем измерять период в них.

При подаче на двигатель трехфазного напряжения в каждый момент времени на каждой обмотке будет некое значение силы тока.

                                                

Рисунок 1. Вид сигнала трехфазного источника переменного тока.

Каждая обмотка формирует вектор магнитного поля пропорциональный току на обмотке. Сложив 3 вектора можно получить результирующий вектор магнитного поля. Так как с течением времени ток на обмотках двигателя меняется по синусоидальному закону, меняется величина вектора магнитного поля каждой обмотки, а результирующий суммарный вектор меняет угол поворота, при этом величина данного вектора остается постоянной.

                                                       

Рисунок 2. Один электрический период трехфазного двигателя.

На рисунке 2 изображен один электрический период трехфазного двигателя, на данном периоде обозначено 3 произвольных момента, чтобы построить в каждом из этих моментов вектора магнитного поля отложим данный период, 360 электрических градусов, на окружности. Разместим 3 обмотки двигателя сдвинутые на 120 электрических градусов относительно друг друга (рисунок 3).

     

Рисунок 3. Момент 1. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Вдоль каждой из фаз построен вектор магнитного поля, создаваемый обмоткой двигателя. Направление вектора определяется направлением постоянного тока в обмотке, если напряжение, прикладываемое к обмотке положительно, то вектор направлен в противоположную сторону от обмотки, если отрицательное, то вдоль обмотки. Величина вектора пропорциональна величине напряжения на фазе в данный момент.
Чтобы получить результирующий вектор магнитного поля необходимо сложить данные вектора по закону сложения векторов.
Аналогично построение для второго и третьего моментов времени.

      

Рисунок 4. Момент 2. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Так, с течение времени, результирующий вектор плавно меняет свое направление, на рисунке 5 изображены получившиеся вектора и изображен полный поворот магнитного поля статора за один электрический период.

                                 

Рисунок 5. Вид вращающегося магнитного поля формируемого обмотками на статоре двигателя.

За этим вектором электрического магнитного поля увлекается магнитное поле постоянных магнитов ротора в каждый момент времени (рисунок 6).

                            

Рисунок 6. Постоянный магнит (ротор) следует направлению магнитного поля формируемого статором.

Так работает синхронная машина переменного тока.

Имея источник постоянного тока необходимо самостоятельно формировать один электрический период со сменой направлений тока на трех обмотках двигателя. Поскольку бесколлекторный двигатель по конструкции такой же, как синхронный, в генераторном режиме имеет идентичные параметры, необходимо отталкиваться от рисунка 5, где изображено сформированное вращающееся магнитное поле.

Постоянное напряжение
Источник постоянного тока имеет только 2 провода «плюс питания» и «минус питания» это значит, что есть возможность подавать напряжение только на две из трех обмоток. Необходимо аппроксимировать рисунок 5 и выделить все моменты, при которых возможно скоммутировать 2 фазы из трех.

Число перестановок из множества 3 равняется 6, следовательно, имеется 6 вариантов подключения обмоток.
Изобразим возможные варианты коммутаций и выделим последовательность, при которой вектор будет шаг за шагом проворачиваться далее пока не дойдет до конца периода и не начнет сначала.

Электрический период будем отсчитывать от первого вектора.

      

Рисунок 7. Вид шести векторов магнитного поля которые можно создать от источника постоянного тока коммутацией двух из трех обмоток.

На рисунке 5 видно, что при управлении трехфазным синусоидальным напряжением имеется множество векторов плавно проворачивающихся с течением времени, а при коммутации постоянным током возможно получить вращающееся поле только из 6 векторов, то есть переключение на следующий шаг должно происходить каждые 60 электрических градусов.
Результаты из рисунка 7 сведены в таблицу 1.

 Таблица 1. Полученная последовательность коммутаций обмоток двигателя.

Плюс питания Минус питания Обмотка не подключена
W U V
W V U
U V W
U W V
V W U
V U W

Вид получившегося управляющего сигнала в соответствии с таблицей 1 изображен на рисунке 8. Где -V коммутация на минус источника питания (GND), а +V коммутация на плюс источника питания.

    

Рисунок 8. Вид управляющих сигналов от источника постоянного тока для бесколлекторного двигателя. Желтый – фаза W, синий – U, красный – V.

Однако реальная картина с фаз двигателя будет похожа на синусоидальный сигнал из рисунка 1. У сигнала образуется трапециевидная форма, так как в моменты, когда обмотка двигателя не подключена, постоянные магниты ротора наводят на нее ЭДС (рисунок 9).

                                    

Рисунок 9. Вид сигнала с обмоток бесколлекторного двигателя в рабочем режиме.

На осциллографе это выглядит так:

                                 

Рисунок 10. Вид окна осциллографа при измерении одной фазы двигателя.

Конструктивные особенности
Как было сказано ранее за 6 переключений обмоток формируется один электрический период 360 электрических градусов.
Необходимо связать данный период с реальным углом вращения ротора. Двигатели с одной парой полюсов и трехзубым статором применяются крайне редко, двигатели имеют N пар полюсов.
На рисунке 11 изображены модели двигателя с одной парой полюсов и с двумя парами полюсов.

                                       а.                                                                                              б.

                                      

Рисунок 11. Модель двигателя с одной (a) и с двумя (б) парами полюсов.

Двигатель с двумя парами полюсов имеет 6 обмоток, каждая из обмоток парная, каждая группа из 3 обмоток смещена между собой на 120 электрических градусов. На рисунке 12б. отложен один период для 6 обмоток. Обмотки U1-U2, V1-V2, W1-W2 соединены между собой и в конструкции представляют 3 провода вывода фаз. Для простоты рисунка не отображены соединения, но следует запомнить, что U1-U2, V1-V2, W1-W2 одно и то же.

На рисунке 12, исходя из данных таблицы 1, изображены вектора для одной и двух пар полюсов.

                                       а.                                                                                              б.

                     

Рисунок 12. Схема векторов магнитного поля для двигателя с одной (a) и с двумя (б) парами полюсов.

На рисунке 13 изображены вектора, созданные 6 коммутациями обмоток двигателя с одной парой полюсов. Ротор состоит из постоянных магнитов, за 6 шагов ротор провернется на 360 механических градусов.
На рисунке обозначены конечные положения ротора, в промежутках между двумя соседними положениями ротор проворачивается от предыдущего к следующему скоммутированному состоянию. Когда ротор достигает данного конечного положения, должно происходить следующее переключение и ротор будет стремиться к новому заданному положению, так чтобы его вектор магнитного поля стал сонаправлен с вектором электромагнитного поля статора.

        

Рисунок 13. Конечные положения ротора при шестиступенчатой коммутации бесколлекторного двигателя с одной парой полюсов.

В двигателях с N парами полюсов необходимо пройти N электрических периодов для полного механического оборота.
Двигатель с двумя парами полюсов будет иметь два магнита с полюсами S и N, и 6 обмоток (рисунок 14). Каждая группа из 3 обмотки смещены друг относительно друга на 120 электрических градусов.

        

Рисунок 14. Конечные положения ротора при шестиступенчатой коммутации бесколлекторного двигателя с двумя парами полюсов.

Определение положения ротора бесколлекторного двигателя
Как было сказано ранее для работы двигателя необходимо в нужные моменты времени подключать напряжение на нужные обмотки статора. Подавать напряжение на обмотки двигателя нужно в зависимости от положения ротора, так чтобы магнитное поле статора всегда опережало магнитное поле ротора. Для определения положения ротора двигателя и коммутаций обмоток используют электронный блок управления.
Отслеживание положения ротора возможно несколькими способами:
      1. По датчикам Холла
      2. По обратной ЭДС
Как правило, датчиками Холла производители оснащают двигатель при выпуске, поэтому это самый распространённый метод управления.
Коммутирование обмоток в соответствии с сигналами обратной ЭДС позволяет отказаться от датчиков встроенных в двигатель и использовать в качестве датчика анализ свободной фазы двигателя, на которую будет наводиться магнитным полем противо-ЭДС.

Управление бесколлекторным двигателем с датчиками Холла
Чтобы коммутировать обмотки в нужные моменты времени необходимо отслеживать положение ротора в электрических градусах. Для этого применяются датчики Холла.
Поскольку имеется 6 состояний вектора магнитного поля необходимо 3 датчика Холла, которые будут представлять один абсолютный датчик положения с трехбитным выходом. Датчики Холла устанавливаются также как обмотки, смещенные между собой на 120 электрических градусов. Это позволяет использовать магниты ротора в качестве воздействующего элемента датчика.

                                

Рисунок 15. Сигналы с датчиков Холла за один электрический оборот двигателя.

Для вращения двигателя необходимо чтобы магнитное поле статора опережало магнитное поле ротора, положение, когда вектор магнитного поля ротора сонаправлен с вектором магнитного поля статора является конечным для данной коммутации, именно в этот момент должно происходить переключение на следующую комбинацию, чтобы не давать ротору зависать в стационарном положении.
Cопоставим сигналы с датчиков Холла с комбинацией фаз которые необходимо скоммутировать (таблица 2)

 Таблица 2. Сопоставление сигналов датчиков Холла с коммутацией фаз двигателя.

Положение двигателя HU(1) HV(2) HW(3) U V W
0 0 0 1 0 +
1 0 1 + 0
1 0 0 + 0
1 1 0 0 +
0 1 0 + 0
360/N 0 1 1 0 +

При равномерном вращении двигателя с датчиков поступает сигнал смещенный на 1/6 периода, 60 электрических градусов (рисунок 16).

                                                        

Рисунок 16. Вид сигнала с датчиков Холла.

Управление с помощью сигнала обратной ЭДС
Существуют бесколлекторный двигатели без датчиков положения. Определение положения ротора осуществляется с помощью анализа сигнала ЭДС на свободной фазе двигателя. В каждый момент времени к одной из фаз подключен «+» к другой «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, магнитное поле ротора наводит ЭДС в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе изменяется (рисунок 17).

                                                 

Рисунок 17. Изменение напряжения на фазе двигателя.

Сигнал с обмотки двигателя разбит на 4 момента:
   1. Обмотка подключена к 0
   2. Обмотка не подключена (свободная фаза)
   3. Обмотка подключена к питающему напряжению
   4. Обмотка не подключена (свободная фаза)
Сопоставив сигнал с фаз с управляющим сигналом, видно, что момент перехода на следующее состояние можно детектировать пересечением средней точки (половины питающего напряжения) с фазой, которая в данный момент не подключена (рисунок 18).

                            

Рисунок 18. Сопоставление управляющего сигнала с сигналом на фазах двигателя.

После детектирования пересечения необходимо выдержать паузу и включать следующее состояние. По данному рисунку составлен алгоритм переключений состояний обмоток (таблица 3).

 Таблица 3. Алгоритм переключения обмоток двигателя

Текущее состояние U V W Следующее состояние
1 Ожидание пересечения средней точки из + в — + 2
2 Ожидание пересечения средней точки из — в + + 3
3 + Ожидание пересечения средней точки из + в — 4
4 + Ожидание пересечения средней точки из — в + 5
5 Ожидание пересечения средней точки из + в — + 6
6 + Ожидание пересечения средней точки из — в + 1

Пересечение средней точки проще всего детектировать компаратором, на один вход компаратора подается напряжение средней точки, а на второй текущее напряжение фазы.

                                            

Рисунок 19. Детектирование средней точки компаратором.

Компаратор срабатывает в момент перехода напряжения через среднюю точку и генерирует сигнал для микроконтроллера.

Обработка сигнала с фаз двигателя
Однако сигнал с фаз при регулировании скорости ШИМ отличается видом, и имеет импульсный характер (рисунок 21), в таком сигнале невозможно детектировать пересечение со средней точкой.

                                        

Рисунок 20. Вид сигнала фазы при регулировании скорости ШИМ.

Поэтому данный сигнал следует отфильтровать RC фильтром чтобы получить огибающую, а так же разделить под требования компаратора. По мере увеличения скважности шим сигнал будет возрастать по амплитуде (рисунок 22).

                                                   

Рисунок 21. Схема делителя и фильтра сигнала с фазы двигателя.

                                            

Рисунок 22. Огибающая сигнала при изменении скважности ШИМ.

Схема со средней точкой

                                                      

Рисунок 23. Вид виртуальная средней точки. Картинка взята с avislab.com/

С фаз снимаются сигналы через токограничительные резисторы и объединяются, получается вот такая картина:

                                          

Рисунок 24. Вид осциллограммы напряжения виртуальной средней точки.

Из-за ШИМ, напряжение средней точки не постоянно, сигнал так же необходимо фильтровать. Напряжение средней точки после сглаживания будет достаточно большим (в районе питающего напряжения двигателя), его необходимо разделить делителем напряжения до значения половины питающего напряжения.

После прохождения сигнала через фильтр колебания сглаживается и получается ровное напряжение относительно которого можно детектировать пересечение обратной ЭДС.

                                       

Рисунок 26. Напряжение после делителя и фильтра низких частот.

Средняя точка будет менять свое значение в зависимости от напряжения (скважности ШИМ), так же как и огибающая сигнала.
                               

Полученные сигналы с компараторов заводятся на микроконтроллер, который их обрабатывает по алгоритму выше.
Пока на этом все.

Электронный научный архив ТПУ: Разработка устройства управления BLDC


Please use this identifier to cite or link to this item: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/61472

Title: Разработка устройства управления BLDC — двигателем в составе мобильной робототехнической платформы
Authors: Игнатюк, Сергей Дмитриевич
metadata.dc.contributor.advisor: Филипас, Александр Александрович
Keywords: система управления; векторное управление; бесколлекторный двигатель; робототехническая платформа; драйвер двигателя; control system; vector control; brushless motor; robotic platform; engine driver
Issue Date: 2020
Citation: Игнатюк С. Д. Разработка устройства управления BLDC — двигателем в составе мобильной робототехнической платформы : бакалаврская работа / С. Д. Игнатюк ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Инженерная школа информационных технологий и робототехники (ИШИТР), Отделение автоматизации и робототехники (ОАР) ; науч. рук. А. А. Филипас. — Томск, 2020.
Abstract: В данной работе было разработано устройство управления бесколлекторным двигателем постоянного тока для обеспечения движения робототехнической платформы разработанной на базе Томского Политехнического Университета. Разработка устройства управления включала в себя разработку принципиальной электрической схемы, печатной платы, выбор программных и аппаратных компонентов, а также отладка работы отдельных модулей системы. Также были изучены и протестированы в работе такие способы управления как:блочная коммутация, управление синусоидальным напряжением, векторное управление.
In this work, a control device for a brushless DC motor was developed to ensure the movement of a robotic platform developed on the basis of Tomsk Polytechnic University. The development of the control device included the development of a circuit diagram, a printed circuit board, the selection of software and hardware components, as well as debugging the operation of individual system modules. Such control methods as: block switching, sinusoidal voltage control, vector control were also studied and tested in the work.
URI: http://earchive.tpu.ru/handle/11683/61472
Appears in Collections:Выпускные квалификационные работы (ВКР)

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Производство мотор-редукторов постоянного тока — Hennkwell Ind. Co., Ltd.

Мотор-редуктор постоянного тока диаметром 18 мм

Внешний вид Размеры: планетарный редуктор OD 18 мм, щеточный двигатель постоянного тока OD 17,4 мм Нормальное напряжение: 3 В постоянного тока, 6 В постоянного тока, 12 В постоянного тока и 24 В постоянного тока Доступен магнитный энкодер 3PPR Типичные области применения: электрические жалюзи, ставни, медицинские устройства, водяные клапаны, комплекты роботов, детали дверных механизмов, банкоматы, бытовая техника, измерительное оборудование, оптические приборы и различные моторизованные приборы.

Больше
Dia. Мотор планетарной передачи постоянного тока 22 мм

Внешний вид Размеры: диаметр 22 мм, длина корпуса от 43,7 мм до 65,5 мм Нормальное напряжение: 6 В ~ 24 В постоянного тока Доступен магнитный энкодер 3PPR / 6PPR / 12PPR Типичные области применения: электрические жалюзи, ставни, медицинские устройства, водяные клапаны, комплекты роботов, детали дверных механизмов, детали электрических жалюзи, банкоматы, бытовая техника, измерительное оборудование, оптические приборы и различные моторизованные приборы.

Больше
Dia. 22-миллиметровый цилиндрический мотор-редуктор постоянного тока

Внешний вид Размеры: цилиндрический редуктор OD 22 мм, щеточный двигатель постоянного тока OD 21,6 мм Нормальное напряжение: 6 В постоянного тока, 12 В постоянного тока и 24 В постоянного тока Магнитные инкрементальные энкодеры 3PPR, 6PPR и 12PPR доступны для опций Применение: открывание и закрывание двери устройства, медицинский лабораторный анализатор, робототехника, банкомат, умный робот для ресторана, больничный робот, автомат для продажи билетов и т. Д.

Больше
Dia. Мотор коробки передач 32 мм

Внешний вид Размеры: диаметр 32 мм, длина корпуса от 51,2 мм до 98,9 мм Нормальное напряжение: DC6V, DC9V, DC12V, DC24V Доступен магнитный энкодер 12PPR Типичные области применения: офисное и денежное оборудование, моторизованные жалюзи, бытовая техника, электроинструмент, торговый автомат, система запирания ящиков безопасности и т. Д.

Больше
Dia. Редукторный двигатель постоянного тока 38 мм

Внешний вид Размеры: диаметр 38 мм, длина корпуса от 82,7 до 106,2 мм Нормальное напряжение: 12 В постоянного тока, 24 В постоянного тока Доступен магнитный энкодер 12PPR Типичные области применения: офисное и денежное оборудование, бытовая техника, игровой автомат, электроинструменты, система блокировки защитного футляра, торговый автомат, комплекты роботов, робот-пылесос, автоматический датчик и т. Д.

Больше
Матовый двигатель постоянного тока 42,5 мм с редуктором

Внешний вид Размеры: коробка передач 42,5 * 42,5 мм Нормальное напряжение: DC12V, DC24V Доступен магнитный энкодер 24PPR Тормоз с отключенным питанием доступен Типичные области применения: электрические жалюзи, жалюзи, медицинские устройства, домашнее применение, торговые автоматы, система запирания безопасности, диспенсеры для воды, робототехника, автоматические системы продажи билетов, бизнес-машины, любые популярные электрические устройства / приложения и т. Д.

Больше
Dia. 22-миллиметровый планетарный мотор-редуктор постоянного тока без сердечника

Appearance Dimensions: 22 mm diameter, 47. 2 mm to 58 mm body length Normal Voltage: 6 VDC, 12VDC, 24 VDC Typical Applications: medical equipment, window shade automatic operators, ticket printing/ dispensing, coin counters, ATM machine cash dispensers, water valves, robot kits and various motorized appliances

Больше
Мотор-редуктор BLDC

Внешний вид Размеры: диаметр 38 мм, длина корпуса от 99,7 мм до 106,1 мм Нормальное напряжение: 12 В постоянного тока, 24 В постоянного тока Типичные области применения: медицинское оборудование, комплекты роботов, автоматическое управление, насосы, офисное / банковское оборудование и т. Д.

Больше

Бесколлекторные двигатели с датчиками Холла (Sensored brushless motors) — Avislab

Мы уже ознакомились с устройством бесколлекторного двигателя и теперь разберемся, как ним управлять.

Мостовая схема ключей

Двигатель имеет три вывода (три фазы) на которые нам придется подавать в разные моменты времени «+» или «-» питания. Это реализуется с помощью электронных ключей, включенных по  мостовой схеме: Замыкая ключ SW1 подаем «+» на фазу А, а замыкая SW6 подаем «-» на фазу С. Таким образом, ток потечет от «+» батареи через фазы А и С. Для обеспечения обратного направления, открываем SW5 и SW2. В этом случае ток потечет от «+» батареи через фазы С и А в обратном направлении. При работе двигателя одновременно должен быть открыт только один верхний ключ и один нижний ключ. При смене состояния нужно сразу выключить пару ключей, выждать время, необходимое для закрытия ключей, и только после этого включить другую пару ключей.

Диаграмма включения ключей

Напряжение на обмотки нужно подавать в зависимости от положения двигателя. Рассмотрим управление двигателем, где в качестве датчиков положения используются датчики Холла. Всего используют 3 датчика с дискретными выходами. Ниже приведена схема, согласно которой нужно подавать напряжение на обмотки в зависимости от сигналов с датчиков. Временная диаграмма:

Таблица включения ключей в зависимости от сигналов датчиков Холла:

Анимированная демонстрация работы 4 полюсного двигателя:

ШИМ (PWM), частота, переходные процессы

При включении ключей, как показано выше, на двигатель подается полное напряжение питания. При этом двигатель развивает максимальные обороты (мощность). Чтобы обеспечить управление двигателем нужно регулировать напряжение питания двигателя. Изменение действующего напряжения осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Т.е. ключи открыты не все время, а открываются, и закрываются с фиксированной частой, но изменяемой скважностью: Таким образом, изменяется действующее напряжение от нулевого до напряжения питания. Чтобы добиться управления оборотами двигателя нужно наложить сигнал ШИМ на сигналы, подаваемые на ключи. Это можно реализовать, например, такой схемой:

Некоторые микроконтроллеры могут аппаратно формировать ШИМ сигнал на нескольких своих выводах. Можно формировать ШИМ для каждого из ключей программно. В этом случае схему можно упростить, и не использовать логических элементов. Частота ШИМ сигнала обычно бывает от 4 до 80 килогерц.

Во время включения и выключения ключей происходят переходные процессы, вследствие чего на ключах выделяется дополнительное тепло. Чем выше частота ШИМ сигнала, тем больше количество переходных процессов за единицу времени, и тем выше потери на ключах. Слишком малая частота может быть не эффективной или не обеспечивать необходимой плавности регулирования.

В случае с двигателями без датчиков, которые будут рассматриваться в следующих статьях, выбор частоты ШИМ сигнала играет очень важную роль.

Потери на ключах

Для уменьшения потерь вследствие переходных процессов на ключах ШИМ сигнал можно подавать только на нижние или только на верхние ключи. Прямые потери на ключах (без учета переходных процессов) можно рассчитать по формуле:

P=R*I2

где:

P — теряемая мощность, которая выделяется в виде тепла R — прямое сопротивление открытого ключа I — ток, протекаемый через ключ.

Очевидно, что чем меньше сопротивление ключей, тем меньше потери на ключах. Уменьшение сопротивления ключей ведет к повышению общего КПД и уменьшению тепловыделения на ключах.

Уровень потерь на ключах имеет квадратичную зависимость от тока.  Уменьшить ток, сохранив при этом общую мощность, можно повысив напряжение питания двигателя.  В качестве примера рассмотрим два варианта:

1. Питание: 50В, ток: 100А, сопротивление ключей: 0,001 Ом. Потери на ключах = 0,001 * 1002 = 10 Вт

2. Питание: 100В, ток: 50А, сопротивление ключей: 0,001 Ом. Потери на ключах = 0,001 * 502 = 2,5 Вт

Т.е. снизив ток вдвое потери на ключах падают в 4 раза.

Угол опережения фаз (timing)

При приложении напряжения к обмотке двигателя, ток в обмотке не может вырасти мгновенно, поскольку обмотка двигателя представляет собой индуктивность. От момента подачи напряжения до достижения тока максимального значения пройдет некоторое время. Аналогично при снятии напряжения понадобится некоторое время пока ток будет уменьшаться до нуля. Это время зависит от индуктивности обмотки двигателя и других конструктивных особенностей двигателя. Таким образом, действие обмотки двигателя несколько запаздывает за управляющим сигналом.

Чтобы компенсировать эту задержку управляющий сигнал на ключи подают с опережением. Опережение управляющего сигнала выражают в угле опережения. Угол опережения может быть от 0 до 30 градусов. Речь идет об электрических градусах (см. Бесколлекторные двигатели постоянного тока. Устройство бесколлекторного двигателя). Угол опережения может отличаться для каждой модели двигателя. Точность установки угла опережения сильно влияет на работу высоко-оборотистых двигателей. На малых скоростях точность установки угла опережения не столь критична.

Настройка угла опережения (timing) выполняется либо перемещением датчиков (некоторые двигатели оборудованы специальным приспособлением) либо корректируется программно средствами регулятора. Если двигатель имеет реверсивный режим (должен обеспечивать вращение в обе стороны), разумнее прибегнуть к программному методу.

Для лучшего понимания смысла угла опережения можно провести аналогию с двигателем внутреннего сгорания, где после подачи искры проходит некоторое время до воспламенения топлива. За это время вал двигателя успевает провернуться на некоторый угол. Для компенсации такой задержки устанавливают угол опережения зажигания.

Статьи по бесколлекторным моторам:

Бесщеточные двигатели постоянного тока | Двигатели BLDC от NANOTEC

Бесщеточные двигатели постоянного тока, сокращенно двигатели BLDC, несмотря на свое название, представляют собой трехфазные синхронные машины: ротор следует за магнитным вращательным полем, а движение синхронно с напряжением переменного тока, приложенным к обмоткам. Этот тип двигателя часто называют «бесщеточным двигателем постоянного тока», потому что во многих приложениях он заменяет двигатели постоянного тока щетками (щеточные двигатели постоянного тока или коллекторные двигатели).В щеточном двигателе постоянного тока подается напряжение постоянного тока, генерирующее переменный ток, не зависящий от скорости, с помощью механического инвертора в двигателе — щеток.

Вместе с электронным контроллером привода, который берет на себя управление работой щеток и преобразует подаваемый постоянный ток в переменный, двигатель BLDC обеспечивает производительность, сравнимую с работой коллекторного двигателя постоянного тока — без щеток, которые имеют ограниченный срок службы. Поэтому двигатели BLDC также называют двигателями EC (с электронной коммутацией), чтобы отличить их от двигателей с механической коммутацией и щетками.

Другим часто используемым термином является синхронный двигатель с постоянными магнитами. Здесь «постоянный магнит» используется, чтобы отличить его от других синхронных двигателей, которые работают с обмоткой возбуждения на роторе, тогда как BLDC постоянно находится под напряжением. Другими словами, ротор двигателя создает магнитное поле с помощью постоянного магнита, даже если статор не находится под напряжением.

Термины PMSM и BLDC часто сопоставляются, чтобы различать двигатели PMSM с синусоидальным индуцированным напряжением (противо-ЭДС) и двигатели BLDC с трапециевидным индуктивным напряжением (см. ниже).Сегодня большинство двигателей BLDC демонстрируют синусоидальную противоЭДС.

1. Структура/Типы

Большинство двигателей BLDC представляют собой «двигатели с внутренним ротором», в которых ротор вращается с помощью постоянных магнитов на валу в неподвижном статоре с катушками. В «двигателях с внешним ротором» статор расположен внутри, а ротор состоит из вращающегося снаружи колоколообразного корпуса, в котором установлены магниты.

Преимущества двигателей с внутренним ротором заключаются в низкой инерции ротора и лучшем рассеивании тепла.Напротив, в двигателях с внешним ротором теплогенерирующие катушки изолированы от окружающей среды корпусом ротора и магнитами. Из-за высокого момента инерции ротора и того факта, что корпус ротора с трудом поддается балансировке, двигатели с внешним ротором не подходят для очень высоких скоростей вращения.

Соответственно, двигатели с внутренним ротором используются в большинстве промышленных применений. Двигатели с внешним ротором демонстрируют свои преимущества при массовом производстве, поскольку их производство обходится дешевле.Их также можно сделать короче и обычно они имеют меньший крутящий момент в состоянии покоя, а также более высокий крутящий момент — благодаря большему диаметру ротора при той же магнитной силе.

Обе конструкции двигателей, как правило, производятся с тремя фазами. Однако существуют также конструкции с одной или двумя фазами. Далее будут рассмотрены только трехфазные двигатели BLDC, потому что Nanotec производит только их.

Двигатели как с внутренним, так и с внешним ротором изготавливаются с щелевыми обмотками; здесь провод обмотки наматывается на башмаки полюсов статора (железный сердечник), что позволяет линиям магнитного поля обмотки вытекать и концентрироваться в определенной форме. Статор состоит из тонких, смещенных друг к другу изолированных металлических пластин для сведения к минимуму потерь на вихревые токи.

Специальная форма конструкции для внутренних роторов, которая особенно важна для очень маленьких двигателей, — это двигатели BLDC без пазов. Его статоры состоят только из кольцеобразных металлических пластин, а внутри закреплена плоская, склеенная или герметизированная обмотка. Поскольку нет железного сердечника, индуктивность двигателя очень мала, а увеличение тока в обмотках происходит быстро.Кроме того, потери в железе значительно снижены, а двигатели имеют высокий КПД. При медленной работе положительно сказывается отсутствие пульсаций крутящего момента. В отличие от стандартных двигателей BLDC, магнитное поле не усиливается на полюсных башмаках, и отсутствует зубчатый крутящий момент. Этот тип конструкции особенно важен для двигателей диаметром менее 40 мм, так как их удельная мощность значительно выше, чем у щелевых двигателей. Это связано с тем, что в результате производства у щелевых двигателей относительно большая часть статора всегда остается незаполненной между обмотками. С другой стороны, в двигателях без пазов это монтажное пространство может быть полностью заполнено медной обмоткой. Чем меньше диаметр двигателей, тем больше проявляется преимущество бесщелевых двигателей.

2. Контроллер привода/коммутация

Двигатель BLDC вращается, потому что постоянный магнит на роторе пытается выровняться в направлении магнитного поля, создаваемого электромагнитами статора. При этом крутящий момент максимален, когда оба магнитных поля перпендикулярны друг другу.Тип регулятора привода различают двояко: по форме возбуждения обмоток (блочное или синусоидальное) или по способам определения положения ротора. Необходимо определить положение ротора, так как токи в обмотках должны быть синхронизированы для переключения таким образом, чтобы магнитное поле статора всегда было перпендикулярно магнитному полю ротора, т.е. он продолжал вращаться с заданной скоростью.

2.1 Коммутация блоков

Положение ротора можно легко определить с помощью датчиков Холла в двигателе. Затем они могут переключаться соответствующим образом совмещенным магнитом на роторе в точное время, когда обмотка должна быть переключена. Тогда три обмотки соответствуют трем датчикам Холла; их состояния определяют, как должны быть соединены обмотки. Если три обмотки переключаются цифровым способом, т. е. на обмотках нет тока или полный ток, это называется блочной коммутацией. Эта комбинация датчиков Холла и блочной коммутации является технически самым простым методом приведения в действие бесконтактного двигателя постоянного тока. Недостатком этого метода является то, что магнитное поле статора из-за дискретного переключения не всегда перпендикулярно магнитному полю ротора.Это связано с тем, что выравнивание магнитного поля статора остается постоянным через 60°, тогда как ротор вращается дальше до следующей точки переключения. Датчики Холла расположены таким образом, что магнитное поле статора в середине находится перпендикулярно между двумя точками переключения, что приводит к соответствующей угловой погрешности в 30° в точках переключения. В результате крутящий момент на 13,4% (1-косинус [30°]) ниже. Следовательно, при блочной коммутации на этом пике возникает пульсация крутящего момента с частотой, в шесть раз превышающей электрическую частоту вращения двигателя.Это приводит к вибрациям и шумам; особенно на низких оборотах двигатель будет вращаться неравномерно. Вот почему блочная коммутация не подходит для применений, в которых двигатели должны, по крайней мере, с перерывами, работать медленно (менее прибл. 10 % от номинальной скорости). В среднем пульсация крутящего момента вызывает потерю ок. 4,5% крутящего момента, а также соответствующее ухудшение КПД по сравнению с термически эквивалентным, оптимальным питанием обмоток.

2.2 Синусоидальная коммутация

Оптимальной формой питания является синусоидальная коммутация, при которой каждая обмотка двигателя питается синусоидальной волной, сдвинутой на 120°, что приводит к постоянно вращающемуся магнитному полю статора с постоянной напряженностью. Как правило, если для определения положения ротора доступны только датчики Холла, можно также использовать синусоидальную коммутацию путем интерполяции между точками переключения. В большинстве случаев это напрямую приводит к значительному улучшению характеристик мотора.Однако в случае изменения нагрузки между двумя датчиками Холла синусоида не может быть отрегулирована, что приводит к неправильному позиционированию магнитного поля. Это можно исправить только с помощью следующего сигнала датчика Холла.

Таким образом, для синусоидальной коммутации в идеале требуется система с более высоким разрешением для определения положения ротора. Обычно он состоит из оптического или магнитного энкодера, который постоянно определяет положение ротора с достаточной точностью и соответствующим образом регулирует ток.

2.3 Полевой контроль

Иногда управление, ориентированное на поле, все же отличается от синусоидальной коммутации; однако часто оба термина используются взаимозаменяемо. Эти термины используются взаимозаменяемо, поскольку синусоидальная коммутация, как описано выше, оптимально управляет магнитным полем статора.

Если не учитывать принцип работы самого регулятора тока, разница в описании синусоидальной коммутации не очевидна. Ранее предполагалось, что будет генерироваться синусоидальное значение тока, которое с достаточной скоростью будет вводиться в обмотку регулятором тока.Таким образом, обе задачи, значение тока (которое соответствует контуру управления крутящим моментом) и управление током обмоток, обрабатываются отдельно при синусоидальной коммутации или, соответственно, выполняются отдельными контроллерами. Однако в этом случае регуляторы тока для обмоток получают с увеличением скорости значение тока, которое изменяется с большей частотой. В то же время необходимо компенсировать все более сильное влияние противо-ЭДС двигателя. Поскольку полоса пропускания регулятора тока имеет верхний предел, при более высоких скоростях могут возникать фазовые сдвиги и искажения токовых потоков, так что магнитное поле статора больше не перпендикулярно ротору.

Полеориентированное управление решает эту проблему, управляя вектором тока непосредственно во вращающейся системе координат ротора. Для этого измеренные токи трех фаз преобразуются посредством преобразования Кларка-Парка в двухосную систему координат ротора. Таким образом, значение крутящего момента больше не будет сначала преобразовываться в значения тока, как в случае с синусоидальной коммутацией для отдельных обмоток, каждая из которых затем управляется отдельно; но вместо этого одновременно контролируется в системе координат уровень тока ротора и ориентация магнитного поля.Затем рассчитываются токи для отдельных обмоток (через обратное преобразование Кларка-Парка). При этом методе управление не зависит от частоты и даже при более высоких скоростях вращения всегда будет обеспечивать оптимальный синусоидальный ток.

2.4 Бездатчиковое управление

Бездатчиковое управление — это не дополнительный метод управления, а скорее термин для методов, позволяющих определять положение ротора без датчиков (например, датчиков Холла, энкодеров).Эти методы можно условно разделить на два класса:

Простое бездатчиковое управление основано на прямом измерении противо-ЭДС в соответствующей обесточенной обмотке. Однако по сравнению со стандартным контролем этот метод требует специального оборудования и нестабилен ниже прибл. 20 % от номинальной скорости двигателя, так как сигнал измерения слишком мал. Кроме того, этот метод работает только в сочетании с блочной коммутацией, потому что при синусоидальной коммутации все три катушки всегда находятся под напряжением одновременно.

Более сложные решения основаны на так называемом «отслеживании наблюдателя», которое воспроизводит значения, не поддающиеся непосредственному измерению, такие как скорость или противо-ЭДС, из других значений, измеренных контроллером тока. Ядром системы этого типа является чрезвычайно точная модель двигателя, которая параллельно с реальным двигателем вычисляет из известных входных значений, таких как установленный ШИМ, те значения, которые также измеряются, такие как текущий уровень в обмотка. Затем рассчитанные значения сравниваются с измеренными значениями в каждом цикле.Из-за ошибки наблюдения, определяемой этим методом, внутренние значения модели двигателя постоянно корректируются. С помощью этого метода также получают более точную оценку значений, которые фактически не измеряются, например скорости. Хотя этот метод работает только потому, что реакция обмотки изменяется в зависимости от скорости из-за наведенного напряжения, непосредственно измеренные значения могут быть легко измерены даже при низких скоростях. Результатом является «виртуальный энкодер», который предоставляет информацию о положении и скорости, начиная с определенной минимальной скорости, с той же точностью, что и настоящий оптический или магнитный энкодер.Как и в этом методе, противо-ЭДС не обязательно измерять напрямую, его также можно комбинировать с синусоидальной коммутацией или управлением, ориентированным на поле.

Общим для обоих методов без датчиков является то, что информация о положении ротора недоступна на холостом ходу, поэтому требуется специальный метод запуска. Подобно шаговому двигателю, двигатель работает в управляемом режиме в течение нескольких коммутационных циклов, пока не наберет требуемую скорость и бездатчиковое измерение не позволит определить положение ротора.

3. Важные параметры

Скорость холостого хода Макс. скорость вращения ненагруженного двигателя, определяемая, прежде всего, константой напряжения
Ток холостого хода Ток на холостом ходу (потребление, необходимое для преодоления трения)
Номинальная скорость/номинальный крутящий момент Номинальная рабочая точка
Максимальный крутящий момент Моментально достижимый крутящий момент, обычно в 3 раза больше номинального крутящего момента в течение прибл.5 с, затем тепловой захват => I2T
Постоянный крутящий момент (Нм/А) Указывает соотношение между крутящим моментом и током
Постоянное напряжение (В/об/мин) Наведенная противо-ЭДС на оборот
Бесщеточные двигатели постоянного тока

— Бесщеточный серводвигатель постоянного тока RapidPower™ Xtreme

Бесщеточные двигатели постоянного тока ElectroCraft (BLDC) разработаны для обеспечения высокой производительности.Двигатели BLDC идеально подходят для приложений, где быстрое ускорение и высокая требуется точность. Электрокрафт Rapid Power и Rapid Power Plus Двигатели BLDC имеют эффективную компактную конструкцию с высокой плотностью крутящего момента. определяется высоким крутящим моментом относительно размера рамы. Благодаря эффективному дизайну, скорость, точность и надежность, двигатели ElectroCraft BLDC находятся в различные критически важные медицинские, военные, автоматические и другие прецизионные приложения.Подробнее ▸

Пожалуйста, ознакомьтесь с нашими базовыми семействами продуктов и не стесняйтесь свяжитесь с нашим приложением BLDC инженеров по вопросам, касающимся ваших потребностей в двигателях BLDC. ЭлектроКрафт специализируется на разработке индивидуальных решений для самых требовательных движений контролировать проекты.В дополнение к нашей линейке продуктов BLDC, пожалуйста, посетите наш Справочник и руководство по применению высокопроизводительных бесщеточных двигателей.

Преимущества бесщеточных двигателей постоянного тока

  • Высокая производительность и эффективность. BLDC в целом более эффективны, чем их щеточные аналоги.Они используют электронные возможности, позволяющие быстро и точно контролировать скорость и положение двигателя.
  • Долговечность. Бесщеточные двигатели управляются меньшим количеством движущихся частей, чем PMDC, что делает их более устойчивыми к износу и ударам. Они не склонны к перегоранию из-за искрения, с которым часто сталкиваются коллекторные двигатели, что значительно увеличивает срок их службы.
  • Низкий уровень шума — двигатели BLDC работают тише, потому что у них нет щеток, которые постоянно соприкасаются с другими компонентами.

Произошла ошибка

Пожалуйста, повторите попытку позже или снова зайдите на нашу домашнюю страницу.
Bitte versuchen Sie es später oder schauen Sie ob die Homepage funktioniert.

Ошибка: E1020

Австралия Электронная почта

maxon motor Australia Pty Ltd

Блок 1, 12-14 Бомонт Роуд
Гора Куринг-Гай Новый Южный Уэльс 2080
Австралия

Бенилюкс Электронная почта

максон мотор бенилюкс б.V.

Josink Kolkweg 38
7545 PR Enschede
Netherlands

China E-Mail

maxon motor (Suzhou) Co., Ltd

江兴东路1128号1号楼5楼
215200 江苏吴江
中国

Germany E-Mail

maxon motor gmbh

Truderinger Str. 210
81825 München
Deutschland

India E-Mail

maxon precision motor India Pvt.Ltd.

Niran Arcade, No. 563/564
New BEL Road,
RMV 2nd Stage
Bangalore – 560 094
India

Italy E-Mail

maxon motor italia S.r.l.

Società Unipersonale
Via Sirtori 35
20017 Rho MI
Italia

Japan E-Mail

マクソンジャパン株式会社

東京都新宿区新宿 5-1-15
〒 160-0022
日本

Korea E-Mail

㈜맥슨모터코리아

서울시 서초구
반포대로 14길 27, 한국 137-876

Portugal E-Mail

maxon motor ibérica s.

C/ Polo Norte № 9
28850 Торрехон-де-Ардос
Испания

Швейцария Электронная почта

мотор maxon ag

Брюнигштрассе 220
Постфач 263
6072 Заксельн
Швейцария

Испания Электронная почта

maxon motor ibérica s.a. Испания (Барселона)

C/ Polo Norte № 9
28850 Торрехон-де-Ардос
Испания

Тайвань Электронная почта

мотор maxon Тайвань

8ф.-8 №16, переулок 609 сек. 5
сек. 5, Чунсинь роад.
Санчунский р-н.
Нью-Тайбэй Сити 241
Номер

Великобритания, Ирландия Электронная почта

Maxon Motor UK Ltd

Максон Хаус, Хогвуд Лейн
Финчемпстед
Беркшир, RG40 4QW
Соединенное Королевство

США (восточное побережье) Электронная почта

Maxon Precision Motors, Inc.

125 Девер Драйв
Тонтон, Массачусетс 02780
США

США (Западное побережье) Электронная почта

Maxon Precision Motors, Inc.

1065 бульвар Ист-Хиллсдейл,
Люкс 210
Фостер-Сити, Калифорния 94404
США

Франция Электронная почта

максон Франция

201 – 715 рю дю Ша Ботте
ZAC des Malettes
01700 Beynost
Франция

Бесщеточные двигатели | Корпорация Нидек

Технические возможности Nidec

Бесщеточные двигатели постоянного тока

отличаются сниженным энергопотреблением, длительным сроком службы, низким уровнем шума, компактными размерами и малым весом.
Nidec является мировым лидером в разработке и производстве этих высокопроизводительных двигателей.

Щеточные двигатели постоянного тока

имеют различные преимущества, такие как высокая эффективность, возможность уменьшения размеров, возможность работы от электроэнергии и низкие производственные затраты. Однако эти двигатели имеют ряд недостатков, таких как шум из-за трения щеток, образование искр и электрических помех, а также ограниченный срок службы из-за износа щеток. Разработка бесщеточного двигателя постоянного тока решила все эти проблемы.

В бесщеточном двигателе постоянного тока ротор, изготовленный из постоянного магнита, приводится в движение магнитной силой цепи обмотки статора. В то время как щеточный двигатель постоянного тока использует щетку и коммутатор для переключения тока, бесщеточный двигатель постоянного тока использует датчик и электронную схему для переключения тока. Разработка этого двигателя стала возможной благодаря развитию технологий полупроводников и периферийных устройств. Этот двигатель имеет преимущества характеристик двигателей постоянного тока (ток и напряжение соответственно пропорциональны крутящему моменту и скорости вращения) и двигателей переменного тока (бесщеточная конструкция).Особенности бесщеточного двигателя постоянного тока включают компактный размер, высокую мощность, длительный срок службы и отсутствие искр и шума, и он используется в широком диапазоне приложений от ПК до бытовой техники.

Характеристики и классификация бесщеточных двигателей постоянного тока

Бесщеточный двигатель постоянного тока «вращает свой магнит».

Ротор, сделанный из магнита, вращается магнитными полями, которые создаются током, протекающим через обмотки статора. Ток переключается датчиком и электронной схемой.

Тип внешнего ротора (ротор снаружи статора)

Преимущества
  • Легко получить большой крутящий момент.
  • Скорость стабильна при постоянном вращении.
Недостатки
  • Ротор большой (движение медленное).
  • Внешний ротор требует соответствующих мер безопасности.

Тип внутреннего ротора (ротор находится внутри статора)

Преимущества
  • Ротор маленький и может быстро реагировать.
  • Змеевик расположен снаружи и уровень отвода тепла высокий.
Недостатки
  • Трудно получить большой крутящий момент.
  • Магниты могут быть повреждены центробежной силой.

Сравнительная таблица типов двигателей

Бесщеточные двигатели постоянного тока

имеют много преимуществ (в частности, в области эффективности).

По сравнению с другими типами двигателей бесщеточный двигатель постоянного тока имеет множество преимуществ, таких как компактный размер, высокая мощность, низкий уровень вибрации, низкий уровень шума и длительный срок службы.

Двигатель переменного тока Универсальный двигатель Щеточные двигатели постоянного тока Бесщеточный двигатель постоянного тока Шаговый двигатель Серводвигатель
Однофазный Трехфазный
(индукционный)
Трехфазный
(синхронный)
Сервер переменного тока Сервопривод постоянного тока
Тип питания АС AC/DC DC DC (включая драйвер)/драйвер Драйверы Драйверы Драйверы
Эффективность 40-60% 60-70% 70-80% 50-60% 60-80% 80%- 60-70% 50-80% 60-80%
Размер
(тот же выход)
Большой Средний или большой Большой Маленький Маленький Промежуточный уровень Маленький или средний Маленький
Шум Маленький Большой Большой Маленький Промежуточный уровень Маленький Большой
Диапазон скоростей Узкий Широкий Промежуточный уровень Широкий Широкий Широкий Промежуточный уровень Узкий
Ответ Медленный Медленный Промежуточный уровень Промежуточный уровень Промежуточный уровень Быстро
Срок службы Длинный Короткий Короткий Длинный Длинный Короткий
Цена Низкий Промежуточный уровень Низкий Низкий Средний или высокий уровень Промежуточный уровень Высокий
Приложения Стиральные машины
Воздуходувки
Пылесосы
Насосы
Краны
Конвейеры
Кондиционеры
Промышленное оборудование
Компрессоры
Посудомоечные машины
Стиральные машины
Пылесосы
Электроинструменты
Соковыжималки
Электрические игрушки
Электрические инструменты
Автомобильные электрические компоненты
Мелкая бытовая техника
Кондиционеры
Посудомоечные машины
Стиральные машины
Мелкая бытовая техника
Роботы
Мелкая бытовая техника
Оборудование для кондиционирования воздуха
Конвейеры
Роботы
Станки
Принтеры
Плоттеры
Рабочие машины
Решение Ориентированная на стоимость Универсальность Ориентированная на стоимость Ориентированная на стоимость Эффективность
Универсальность
Универсальность Ориентирован на производительность

Компания Nidec имеет значительный опыт в области малых бесщеточных двигателей постоянного тока.Компании принадлежит 80 % мирового рынка шпиндельных двигателей жестких дисков, 60 % мирового рынка двигателей DVD и других оптических приводов и 40 % мирового рынка двигателей вентиляторов. Nidec работает в области малогабаритных прецизионных двигателей, в которой произошел самый быстрый переход на бесщеточные двигатели. Нам удалось наладить массовое производство бесколлекторных двигателей постоянного тока раньше, чем у наших конкурентов, и занять лидирующие позиции на рынке. Кроме того, мы удерживаем позицию № 1 в мире, постоянно внедряя новые технологии, такие как первое в отрасли применение FDB (гидродинамических подшипников), которые удовлетворяют потребности все более точных жестких дисков, а также собственное производство инструментов проектирования и моделирования.

Наиболее плодотворным рынком с точки зрения применения бесщеточных двигателей постоянного тока становится рынок автомобильных двигателей. Как свидетельствует система гидроусилителя руля, уровень расхода топлива которой можно улучшить на 3-5%, если заменить гидравлическую систему на электрическую, эффект энергосбережения очень высок за счет использования систем электроснабжения. В различных местах все больше и больше гидравлических систем заменяются двигателями. В частности, бесщеточный двигатель постоянного тока играет ведущую роль в замене функций, где требуется управляемость, а также в местах, где часто используются детали и, следовательно, требуются детали с длительным сроком службы.Основная область применения после ГУР – компрессорные двигатели кондиционеров. Кроме того, тяговые двигатели для электромобилей (EV) являются перспективной областью для бесщеточных двигателей постоянного тока. Поскольку система работает от батареи с ограниченной мощностью, двигатель должен быть высокоэффективным и компактным, чтобы его можно было установить в ограниченном пространстве. Благодаря опыту, который мы накопили в области малых прецизионных двигателей, мы стремимся стать компанией № 1 в мире, работающей в области автомобильных двигателей.

Рынок автомобильных компонентов значительно расширяется как область применения бесщеточных двигателей постоянного тока.

Товары

Статьи и колонки, связанные с этим продуктом

Применение бесщеточных двигателей постоянного тока: примеры, демонстрирующие их возможности

Двигатели постоянного тока модели

, со щетками или без них, используются в самых разных областях, отличаются высоким пусковым моментом и способностью вращаться с высокой скоростью. Бесщеточные двигатели постоянного тока работают тише, чем щеточные двигатели, имеют более длительный срок службы и меньшие требования к техническому обслуживанию.

На этой странице рассказывается, где используются бесщеточные двигатели постоянного тока, и описывается их применение в различных областях.

Особенности и преимущества бесщеточных двигателей постоянного тока

Давайте начнем с простого объяснения того, что такое двигатели постоянного тока. Двигатели постоянного тока — это электродвигатели, работающие от постоянного тока. Особенности включают вращение на высокой скорости и способность обеспечивать высокий пусковой крутящий момент. Скорость и крутящий момент двигателя регулируются напряжением привода.

Двигатели постоянного тока

можно разделить на щеточные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока, в зависимости от того, используют ли они щетки в качестве электрода. Более короткий срок службы щеточных двигателей постоянного тока объясняется тем, что они оснащены щетками и коллектором, которые являются расходными частями. С другой стороны, бесщеточные двигатели постоянного тока, как следует из их названия, не имеют щеток. Вместо этого они приводятся в действие путем включения и выключения транзистора в цепи привода на основе сигнала от магнитного датчика внутри двигателя.

Поскольку в бесщеточных двигателях постоянного тока не используются расходуемые щетки, а поток тока переключается электронным способом, они отличаются низкими эксплуатационными расходами и длительным сроком службы. Еще одна привлекательность заключается в том, что они работают тише, чем коллекторные двигатели.

Этот низкий уровень шума двигателя означает, что они часто используются для того, чтобы домашние электронные устройства и другое подобное оборудование работали более тихо.

Применение в бытовой технике и коммерческих электротехнических изделиях

Хотя в повседневной жизни мало возможностей увидеть бесколлекторные двигатели постоянного тока в действии, их часто можно найти в широко используемых бытовых приборах.Кондиционеры и холодильники являются двумя примерами. В таких устройствах используются вентиляторы для подачи охлажденного или теплого воздуха, а для привода этих вентиляторов используются бесщеточные двигатели постоянного тока.

Аналогичным образом двигатели все чаще используются в электровентиляторах. Лопасти бытовых вентиляторов вращаются с очень высокой скоростью и имеют тенденцию создавать шум двигателя. Поэтому бесщеточные двигатели постоянного тока широко используются в моделях, отличающихся бесшумной работой и тонкой регулировкой мощности вентилятора.

Двигатели также применяются в коммерческих электротехнических изделиях.Примеры включают подачу бумаги в лазерные принтеры, управление пропеллерами и подвесом в дронах, поворот отверток или пил в электроинструментах. Другими словами, бесщеточные двигатели постоянного тока чрезвычайно универсальны.

Примеры использования бесщеточного двигателя постоянного тока

Больше, чем просто замена мотора. Другие проблемы преодолеваются для достижения дальнейшего уменьшения размера.

Кухонное оборудование

Предложение запускает разработку нового продукта, преодолевая скрытые препятствия. Снижение затрат на разработку вместе с повышенной энергоэффективностью продукта.

Витрины холодильные

Применение в прецизионных устройствах

Бесщеточные двигатели постоянного тока

широко используются в прецизионных устройствах. Основные примеры включают жесткие диски, используемые в ПК и DVD-плеерах, других ПК-дисках и рекордерах Blu-Ray. Вращение диска является жизненно важной функцией для этих устройств. В шпинделях, вращающих диски, используются бесщеточные двигатели постоянного тока.

Большинство повседневных применений этого типа требуют длительного срока службы продукта. Благодаря длительному сроку службы и низким требованиям к техническому обслуживанию бесщеточные двигатели постоянного тока заняли важную нишу в секторе точных устройств.

Применение в автомобильной промышленности

Как уже отмечалось, использование бесщеточных двигателей постоянного тока в последние годы растет. Причем именно в автомобильной промышленности этот рост был наиболее выражен. В управлении автомобилем участвует широкий спектр электронных устройств. Среди основных приложений:

  • Электродвигатели рулевого управления с усилителем
  • Электрические двигатели распределения масла
  • Электродвигатели регулировки положения фар
  • Электродвигатели стояночного тормоза
  • Электродвигатели с активным стабилизатором
  • Электродвигатели для автоматического открывания и закрывания люка
  • Электродвигатели дверных замков
  • Двигатели для открывания и закрывания дверей
  • Электродвигатели вентилятора охлаждения сиденья

Транспортные средства представляют опасность не только для водителя и пассажиров, но и для пешеходов и других участников дорожного движения.Благодаря длительному сроку службы и низким требованиям к техническому обслуживанию бесщеточные двигатели постоянного тока широко используются в приложениях, направленных на сведение этого риска к абсолютному минимуму. Между тем, тихая работа этих двигателей также помогает обеспечить более комфортное вождение.

Определение областей применения, в которых характеристики бесщеточного двигателя постоянного тока могут быть эффективно использованы

Поскольку в бесщеточных двигателях постоянного тока не используются щетки, они отличаются долгим сроком службы, простотой обслуживания и бесшумной работой.Воспользовавшись этими функциями, они используются во многих различных аспектах нашей жизни.

Они варьируются от электронных устройств, обычно используемых в качестве бытовых приборов, до электротехнических изделий для промышленного применения. Их использование в этих продуктах разнообразно. В последние годы они также все чаще используются в автомобильной промышленности, где предъявляются требования к комфорту и безопасности. Возможно, вам следует по-новому взглянуть на то, как бесколлекторные двигатели постоянного тока можно использовать в вашей области.

Решение проблем с бесщеточными двигателями постоянного тока

ASPINA поставляет не только автономные бесщеточные двигатели постоянного тока, но и системные продукты, включающие системы привода и управления, а также механические конструкции. Они подкреплены всесторонней поддержкой, которая простирается от прототипирования до коммерческого производства и послепродажного обслуживания.
ASPINA может предложить решения, адаптированные к функциям и характеристикам, требуемым в различных отраслях промышленности, областях применения и потребительских продуктах, а также для ваших конкретных производственных схем.

ASPINA поддерживает не только клиентов, которые уже знают свои требования или спецификации, но и тех, кто сталкивается с проблемами на ранних стадиях разработки. Вы боретесь со следующими проблемами?

Выбор двигателя

  • У вас еще нет подробных спецификаций или проектных чертежей, но вам нужен совет по двигателям?
  • У вас нет штатного специалиста по двигателям, и вы не можете определить, какой тип двигателя лучше всего подойдет для вашего нового продукта?

Разработка двигателей и связанных с ними компонентов

  • Хотите сосредоточить свои ресурсы на основных технологиях и заказать приводные системы и разработку двигателей?
  • Хотите сэкономить время и силы на перепроектирование существующих механических компонентов при замене двигателя?

Уникальное требование

  • Нужен специальный двигатель для вашего продукта, но ваш обычный поставщик отказался?
  • Не можете найти двигатель, который дает вам требуемый контроль, и почти теряете надежду?

Ищете ответы на эти вопросы? Свяжитесь с ASPINA, мы здесь, чтобы помочь.

Ссылки на глоссарий и страницы часто задаваемых вопросов

Обзор бесщелевого бесщеточного двигателя постоянного тока

Обзор высокоскоростного двигателя постоянного тока без пазов

Когда на рынке появились бесщеточные двигатели постоянного тока, они стали прекрасной альтернативой двигателям с щеточной коммутацией. Коллекторные двигатели постоянного тока имели ограниченный срок службы, были неэффективными с точки зрения энергии, генерировали электрические помехи и, как правило, были шумными, что делало их неподходящими для некоторые промышленные и медицинские приложения.

Посмотреть PDF

Из-за резкого снижения стоимости и размеров двигатели BLDC получили широкое распространение в различных отраслях промышленности.Однако действительно быстрые двигатели должны иметь роторы малого диаметра, чтобы минимизировать вращающуюся массу. Таким образом, несмотря на преимущества двигателей BLDC, производителям необходимо было преодолеть ограничения скорости двигателей малого диаметра.

Результатом стало создание бесщелевого двигателя BLDC.

Традиционная конструкция двигателя BLDC Индивидуальная конструкция двигателя BLDC без прорезей
Щелевые двигатели BLDC
В двигателях BLDC

вместо щеток и коллекторов используется электронная коммутация — магниты, датчики Холла и электронные контроллеры двигателей.Ротор состоит из стального вала с кольцом из постоянных магнитов вокруг вала. Величина доступного крутящего момента увеличивается по мере увеличения плотности магнитного потока.

Традиционные двигатели BLDC с прорезями имеют статоры со стопкой стальных пластин, сплавленных вместе. Пространства или прорези в пакете ламинирования имеют такую ​​форму, чтобы на них можно было наматывать катушки. Затем производители наматывают медные катушки в каждый из слотов, чтобы завершить сборку статора и создать электромагнитное поле.

Ламинированный материал возле медных обмоток завершает обратный путь магнитопровода. Бесщеточные щелевые двигатели стали более мощными за счет использования высокоэнергетических редкоземельных магнитов.

Двигатели постоянного тока без пазов

Вместо того, чтобы наматывать медные провода через ламинированные прорези, производители двигателей постоянного тока без прорезей наматывают их в цилиндрическую форму и защищают их термостойкой смолой для сохранения формы. Эта конфигурация устраняет необходимость в ламинированном пакете статора с прорезями.Это устраняет зубчатое зацепление и снижает вибрации, шум и потери на демпфирование, связанные с вихревыми токами. Поскольку статор с обмоткой без прорезей занимает меньше места, чем пластинчатый пакет с прорезями, ротор может иметь больший диаметр, что увеличивает крутящий момент.

Отсутствие зубьев в двигателе без пазов снижает индуктивность обмотки и уменьшает демпфирование для быстрого отклика двигателя.

Более высокая мощность достигается в двигателях за счет уменьшения воздушного зазора между статором и якорем. В щелевых двигателях BLDC этот зазор по своей природе большой из-за геометрии пластин.В бесщелевых двигателях BLDC единственным ограничением для уменьшения воздушного зазора является точность изготовления. Качественный бесщелевой двигатель постоянного тока Sinotech, изготовленный по индивидуальному заказу, максимально увеличивает напряженность электромагнитного поля для максимальной выходной мощности.

Преимущества двигателей постоянного тока без пазов

  • Отсутствие зубьев статора исключает заедание
  • Более тихая работа
  • Более гладкая и улучшенная производительность благодаря материалам для ламинирования с низкими потерями
  • Снижение потерь, связанных с демпфированием
  • Уменьшенная индуктивность для более быстрого динамического отклика
  • Минимальная вибрация
  • Увеличенный срок службы
  • Более плавная работа на высоких скоростях
  • Скорость до 100 000+ об/мин
  • Отношение мощности к весу облегчает разработку легких ручных инструментов
  • Изоляция для температур до 200°C
  • Использование магнитов с высокой плотностью мощности снижает влияние потерь в сердечнике при высокоскоростных операциях
  • Подходит для различных применений, в том числе в медицине, автомобилестроении, аэрокосмической промышленности и робототехнике

Индивидуальная настройка двигателя BLDC без пазов

Бесщелевые двигатели BLDC

Sinotech имеют модульную конструкцию, которая упрощает настройку компонентов двигателя в соответствии с потребностями в производительности.Например, инженеры могут интегрировать прямозубые редукторы в двигатели для альтернативных вариантов с более высоким крутящим моментом. Вы также можете добавить такие компоненты, как оптические энкодеры, индикаторы положения ротора и драйверы дифференциальных линий.

При сравнении щелевых и бесщелевых двигателей BLDC важно помнить, что один не лучше другого. Они просто лучше для определенных приложений. Когда вы поделитесь своими идеями с Sinotech, наши инженеры помогут вам определить, какой тип двигателя BLDC лучше всего подходит для ваших нужд.Затем наши специалисты исследуют лучшие фабрики в Азиатско-Тихоокеанском регионе, проверяют их, чтобы убедиться, что они способны справиться с вашим проектом, и проводят аудит во время производства, чтобы гарантировать качество вашего индивидуального дизайна. Процессы, которые мы разрабатывали в течение последних двух десятилетий, предназначены для снижения затрат, минимизации рисков и предоставления на рынок нестандартных компонентов двигателя высочайшего качества. Свяжитесь с Sinotech сегодня, чтобы узнать больше.

 

Как работают бесщеточный двигатель и ESC

В этом уроке мы узнаем, как работают бесщеточный двигатель и ESC.Эта статья является первой частью следующего видео, где мы изучим принцип работы бесколлекторного двигателя постоянного тока и ESC (электронного регулятора скорости), а во второй части мы узнаем, как управлять бесщеточным двигателем постоянного тока с помощью Arduino.

Как это работает

BLDC двигатель состоит из двух основных частей, статора и ротора. Для этой иллюстрации ротор представляет собой постоянный магнит с двумя полюсами, а статор состоит из катушек, расположенных, как показано на рисунке ниже.

Все мы знаем, что если подать ток через катушку, она создаст магнитное поле, а линии или полюса магнитного поля зависят от направления тока.

Итак, если мы применим соответствующий ток, катушка создаст магнитное поле, которое будет притягивать постоянный магнит ротора. Теперь, если мы активируем каждую катушку одну за другой, ротор будет продолжать вращаться из-за силового взаимодействия между перманентом и электромагнитом.

Чтобы повысить КПД двигателя, мы можем намотать две противоположные катушки как одну катушку таким образом, чтобы полюса были противоположны полюсам ротора, таким образом, мы получим двойную силу притяжения.

С помощью этой конфигурации мы можем создать шесть полюсов на статоре всего с тремя катушками или фазой. Мы можем еще больше повысить эффективность, подав питание на две катушки одновременно. Таким образом, одна катушка будет притягивать, а другая — отталкивать ротор.

Для того, чтобы ротор совершил полный цикл на 360 градусов, ему необходимо шесть шагов или интервалов.

Если мы посмотрим на форму волны тока, то увидим, что в каждом интервале есть одна фаза с положительным током, одна фаза с отрицательным током, а третья фаза отключена.Это наводит на мысль, что мы можем соединить свободные конечные точки каждой из трех фаз вместе и, таким образом, мы можем разделить ток между ними или использовать один ток для питания двух фаз одновременно.

Вот пример. Если мы подтянем фазу A High или подключим ее к положительному постоянному напряжению с помощью какого-либо переключателя, например MOSFET, а с другой стороны соединим фазу B с землей, то ток будет течь от VCC через фазу А, нейтральную точку и фазу В, на землю.Итак, с помощью всего лишь одного потока тока мы создали четыре разных полюса, которые заставляют ротор двигаться.

В этой конфигурации у нас фактически есть соединение фаз двигателя звездой, где нейтральная точка соединена внутри, а остальные три конца фаз выходят из двигателя, поэтому из бесщеточного двигателя выходят три провода. .

Итак, для того, чтобы ротор прошел полный цикл, нам просто нужно активировать правильные два МОП-транзистора в каждом из 6 интервалов, и это то, для чего на самом деле предназначены ESC.

Как работает ESC (электронный регулятор скорости)

ESC или электронный регулятор скорости управляет движением или скоростью бесколлекторного двигателя, активируя соответствующие МОП-транзисторы для создания вращающегося магнитного поля, заставляющего двигатель вращаться. Чем выше частота или чем быстрее ESC проходит через 6 интервалов, тем выше будет скорость двигателя.

Однако здесь возникает важный вопрос: как узнать, когда какую фазу активировать.Ответ заключается в том, что нам нужно знать положение ротора, и есть два распространенных метода, используемых для определения положения ротора.

Первый распространенный метод заключается в использовании датчиков Холла, встроенных в статор, расположенных под углом 120 или 60 градусов друг к другу.

Когда постоянные магниты ротора вращаются, датчики Холла воспринимают магнитное поле и генерируют логический «высокий» для одного магнитного полюса или логический «низкий» для противоположного полюса. В соответствии с этой информацией ESC знает, когда активировать следующую коммутационную последовательность или интервал.

Второй распространенный метод, используемый для определения положения ротора, заключается в измерении обратной электродвижущей силы или обратной ЭДС. Обратная ЭДС возникает в результате прямо противоположного процесса генерации магнитного поля или когда движущееся или изменяющееся магнитное поле проходит через катушку, оно индуцирует ток в катушке.

Таким образом, когда движущееся магнитное поле ротора проходит через свободную катушку или ту, которая не активна, оно индуцирует ток в катушке, и в результате в этой катушке возникает падение напряжения.ESC фиксирует эти падения напряжения по мере их возникновения и на их основе прогнозирует или рассчитывает, когда должен произойти следующий интервал.

Таков основной принцип работы бесколлекторных двигателей постоянного тока и регуляторов скорости, и он останется тем же, даже если мы увеличим количество полюсов как ротора, так и статора. У нас по-прежнему будет трехфазный двигатель, только количество интервалов увеличится, чтобы совершить полный цикл.

Здесь мы также можем упомянуть, что двигатели BLDC могут быть инраннерами или аутраннерами.Бесщеточный двигатель с внутренним ротором имеет постоянные магниты внутри электромагнитов, и наоборот, двигатель с наружным ротором имеет постоянные магниты снаружи электромагнитов. Опять же, они используют один и тот же принцип работы, и каждый из них имеет свои сильные и слабые стороны.

Хорошо, хватит теории, а теперь давайте продемонстрируем и увидим в реальной жизни то, что мы объяснили выше. Для этого мы подключим три фазы бесщеточного двигателя к осциллографу. Я подключил 3 резистора в одной точке, чтобы создать виртуальную нейтральную точку, а с другой стороны я подключил их к трем фазам двигателя BLDC.

Первое, что мы можем заметить, это три синусоиды. Эти синусоидальные волны на самом деле являются обратными EFM, генерируемыми в фазах, когда они не активны.

Мы видим, что при изменении оборотов двигателя частота синусоид изменяется, а также их амплитуда. Чем выше число оборотов, тем выше частота и амплитуда синусоидальных волн противоЭДС. Однако то, что приводит в движение двигатель, на самом деле эти пики, которые являются активными фазами, которые генерируют изменяющееся магнитное поле.

Мы можем заметить, что на каждом интервале есть две активные и одна неактивная фаза. Например, здесь у нас активны фазы A и B, а фаза C неактивна. Затем у нас активны фазы A и C, а фаза B неактивна и так далее.

Здесь я хотел бы поблагодарить Banggood.com за предоставление мне этого осциллографа. Это Rigol DS1054Z, и это один из лучших осциллографов начального уровня в своей ценовой категории. Он имеет четыре входных канала, полосу пропускания 50 МГц, которая может быть изменена до 100 МГц, частоту дискретизации 1 Гвыб/с и относительно большую глубину памяти 24 Мб.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *