Na vyriešenie problémov s riadením moderných presných systémov sa čoraz viac používa bezkomutátorový motor. To sa vyznačuje veľkou výhodou takýchto zariadení, ako aj aktívnym formovaním výpočtových schopností mikroelektroniky. Ako viete, môžu poskytnúť vysokú hustotu krútiaceho momentu a energetickú účinnosť v porovnaní s inými druhmi motorov.
Schéma bezkomutátorového motora
Motor sa skladá z nasledujúcich častí:
1. Zadná strana obalu.
2. Stator.
3. Ložisko.
4. Magnetický disk (rotor).
5. Ložisko.
6. Stočený stator.7. Predná strana puzdra.
Bezkomutátorový motor má vzťah medzi viacfázovým vinutím statora a rotora. Majú permanentné magnety a zabudovaný snímač polohy. Spínanie zariadenia je realizované pomocou ventilového meniča, v dôsledku čoho dostal takýto názov.
Obvod bezkomutátorového motora pozostáva zo zadného krytu a dosky plošných spojov snímačov, ložiskového puzdra, hriadeľa aložisko, magnety rotora, izolačný krúžok, vinutie, pružina Belleville, rozpera, Hallov senzor, izolácia, puzdro a vodiče.
V prípade spojenia vinutí "hviezdou" má zariadenie veľké konštantné momenty, preto sa táto zostava používa na ovládanie osí. V prípade upevnenia vinutia "trojuholníkom" môžu byť použité na prácu pri vysokých rýchlostiach. Najčastejšie sa počet pólových párov vypočítava podľa počtu rotorových magnetov, ktoré pomáhajú určiť pomer elektrických a mechanických otáčok.
Stator môže byť vyrobený s bezželezným alebo železným jadrom. Použitím takýchto konštrukcií s prvou možnosťou je možné zabezpečiť, aby sa magnety rotora nepriťahovali, ale zároveň sa účinnosť motora zníži o 20% v dôsledku poklesu hodnoty konštantného krútiaceho momentu.
Z diagramu je vidieť, že v statore sa prúd generuje vo vinutiach av rotore pomocou vysokoenergetických permanentných magnetov.
Symboly: - VT1-VT7 - tranzistorové komunikátory; - A, B, C – fázy vinutia;
- M – moment motora;
- DR – snímač polohy rotora; - U – regulátor napájacieho napätia motora;
- S (juh), N (sever) – smer magnetu;
- UZ – frekvenčný menič;
- BR – rýchlosť senzor;
- VD – zenerova dióda;
- L je tlmivka.
Schéma motora ukazuje, že jednou z hlavných výhod rotora, v ktorom sú nainštalované permanentné magnety, je zmenšenie jeho priemerua v dôsledku toho zníženie momentu zotrvačnosti. Takéto zariadenia môžu byť zabudované do samotného zariadenia alebo umiestnené na jeho povrchu. Zníženie tohto ukazovateľa veľmi často vedie k malým hodnotám rovnováhy momentu zotrvačnosti samotného motora a zaťaženia privedeného na jeho hriadeľ, čo komplikuje prevádzku pohonu. Z tohto dôvodu môžu výrobcovia ponúknuť štandardný a 2-4 krát vyšší moment zotrvačnosti.
Princípy práce
V súčasnosti je veľmi populárny bezkomutátorový motor, ktorého princíp činnosti je založený na tom, že ovládač zariadenia začne spínať vinutia statora. Vďaka tomu zostáva vektor magnetického poľa vždy posunutý o uhol blížiaci sa 900 (-900) vzhľadom na rotor. Regulátor je určený na riadenie prúdu, ktorý sa pohybuje vinutím motora, vrátane veľkosti magnetického poľa statora. Preto je možné upraviť moment, ktorý pôsobí na zariadenie. Exponent uhla medzi vektormi môže určiť smer rotácie, ktorý naň pôsobí.
Treba vziať do úvahy, že hovoríme o elektrických stupňoch (sú oveľa menšie ako geometrické). Zoberme si napríklad výpočet bezkomutátorového motora s rotorom, ktorý má 3 páry pólov. Potom bude jeho optimálny uhol 900/3=300. Tieto páry zabezpečujú 6 fáz spínacích vinutí, potom sa ukazuje, že vektor statora sa môže pohybovať v skokoch 600. Z toho je zrejmé, že skutočný uhol medzi vektormi sa bude nevyhnutne meniť od 600 do1200 od rotácie rotora.
Ventilový motor, ktorého princíp činnosti je založený na rotácii spínacích fáz, vďaka čomu je budiaci tok udržiavaný relatívne konštantným pohybom kotvy, po ich interakcii začne vytvárať rotačný moment. Ponáhľa sa otáčať rotorom takým spôsobom, aby sa všetky toky budenia a kotvy zhodovali. Počas otáčania však snímač začne prepínať vinutia a tok sa presunie do ďalšieho kroku. V tomto bode sa výsledný vektor bude pohybovať, ale zostane úplne stacionárny vzhľadom na tok rotora, čo nakoniec vytvorí krútiaci moment hriadeľa.
Výhody
Používanie bezkomutátorového motora pri práci si môžeme všimnúť jeho výhody:
- možnosť využitia širokého rozsahu na úpravu rýchlosti;
- vysoká dynamika a výkon;
- maximálna presnosť polohovania;
- nízke náklady na údržbu;
- zariadenie možno pripísať predmetom odolným proti výbuchu;
- má schopnosť vydržať veľké preťaženie v momente rotácie;
- vysoká účinnosť, ktorá je viac ako 90%;
- sú tu posuvné elektronické kontakty, ktoré výrazne zvyšujú životnosť a životnosť;
- nedochádza k prehrievaniu elektromotora pri dlhodobej prevádzke.
Chyby
Napriek obrovskému množstvu výhod má bezkomutátorový motor aj nevýhody v prevádzke:
- pomerne komplikované ovládanie motora;- relatívnevysoká cena zariadenia v dôsledku použitia rotora v jeho dizajne, ktorý má drahé permanentné magnety.
Reluctance motor
Reluktančný motor ventilu je zariadenie, v ktorom je zabezpečený spínací magnetický odpor. V ňom dochádza k premene energie v dôsledku zmeny indukčnosti vinutí, ktoré sa nachádzajú na výrazných zuboch statora pri pohybe ozubeného magnetického rotora. Zariadenie prijíma energiu z elektrického meniča, ktorý striedavo spína vinutia motora striktne podľa pohybu rotora.
Spínaný reluktančný motor je komplexný komplexný systém, v ktorom komponenty rôzneho fyzikálneho charakteru spolupracujú. Úspešný návrh takýchto zariadení si vyžaduje hlboké znalosti strojového a mechanického dizajnu, ako aj elektroniky, elektromechaniky a mikroprocesorovej technológie.
Moderné zariadenie funguje ako elektromotor pôsobiaci v spojení s elektronickým meničom, ktorý je vyrobený integrovanou technológiou s použitím mikroprocesora. Umožňuje vám vykonávať vysokokvalitné riadenie motora s najlepším výkonom pri spracovaní energie.
Vlastnosti motora
Takéto zariadenia majú vysokú dynamiku, vysokú kapacitu preťaženia a presné polohovanie. Keďže neexistujú žiadne pohyblivé časti,ich použitie je možné vo výbušnom agresívnom prostredí. Takéto motory sa nazývajú aj bezkomutátorové motory, ich hlavnou výhodou oproti kolektorovým motorom je rýchlosť, ktorá závisí od napájacieho napätia zaťažovacieho momentu. Ďalšou dôležitou vlastnosťou je tiež absencia brúsnych a trecích prvkov, ktoré spínajú kontakty, čo zvyšuje zdroje používania zariadenia.
BLDC motory
Všetky jednosmerné motory možno nazvať bezkomutátorové. Fungujú na jednosmerný prúd. Zostava kefy je určená na elektrické spojenie obvodov rotora a statora. Takáto časť je najzraniteľnejšia a pomerne náročná na údržbu a opravu.
BLDC motor funguje na rovnakom princípe ako všetky synchrónne zariadenia tohto typu. Ide o uzavretý systém vrátane výkonového polovodičového meniča, snímača polohy rotora a koordinátora.
AC AC motory
Tieto zariadenia sa napájajú zo siete striedavého prúdu. Rýchlosť otáčania rotora a pohyb prvej harmonickej magnetickej sily statora sa úplne zhodujú. Tento podtyp motorov je možné použiť pri vysokých výkonoch. Táto skupina zahŕňa krokové a reaktívne ventilové zariadenia. Charakteristickým znakom krokových zariadení je diskrétne uhlové posunutie rotora počas jeho prevádzky. Napájanie vinutia je vytvorené pomocou polovodičových komponentov. Ventilový motor je ovládaný pomocousekvenčný posun rotora, ktorý vytvára prepínanie jeho výkonu z jedného vinutia na druhé. Toto zariadenie je možné rozdeliť na jedno-, troj- a viacfázové, pričom prvé z nich môže obsahovať spúšťacie vinutie alebo obvod fázového posunu, ako aj manuálne spúšťanie.
Princíp činnosti synchrónneho motora
Ventilový synchrónny motor funguje na základe interakcie magnetických polí rotora a statora. Schematicky môže byť magnetické pole počas otáčania reprezentované plusmi rovnakých magnetov, ktoré sa pohybujú rýchlosťou magnetického poľa statora. Rotorové pole môže byť tiež znázornené ako permanentný magnet, ktorý sa otáča synchrónne so statorovým poľom. Pri absencii vonkajšieho krútiaceho momentu, ktorý pôsobí na hriadeľ zariadenia, sa osi úplne zhodujú. Pôsobiace príťažlivé sily prechádzajú pozdĺž celej osi pólov a môžu sa navzájom kompenzovať. Uhol medzi nimi je nastavený na nulu.
Ak je brzdný moment aplikovaný na hriadeľ stroja, rotor sa posunie do strany s oneskorením. Vďaka tomu sú príťažlivé sily rozdelené na zložky, ktoré sú nasmerované pozdĺž osi kladných indikátorov a kolmo na os pólov. Ak sa uplatní vonkajší moment, ktorý vytvorí zrýchlenie, teda začne pôsobiť v smere otáčania hriadeľa, obraz interakcie polí sa úplne zmení na opačný. Smer uhlového posunu sa začína transformovať na opačný a v súvislosti s tým sa mení smer tangenciálnych síl aelektromagnetický moment. V tomto scenári sa motor stáva brzdou a zariadenie funguje ako generátor, ktorý premieňa mechanickú energiu dodávanú do hriadeľa na elektrickú energiu. Potom je presmerovaný do siete, ktorá napája stator.
Keď neexistuje žiadny vonkajší, pólový moment začne zaujímať polohu, v ktorej sa os pólov magnetického poľa statora zhoduje s pozdĺžnou. Toto umiestnenie bude zodpovedať minimálnemu prietokovému odporu v statore.
Ak je brzdný moment aplikovaný na hriadeľ stroja, rotor sa vychýli, zatiaľ čo magnetické pole statora sa zdeformuje, pretože tok má tendenciu uzatvárať sa pri najmenšom odpore. Na jej určenie sú potrebné siločiary, ktorých smer v každom z bodov bude zodpovedať pohybu sily, takže zmena poľa povedie k vzniku tangenciálnej interakcie.
Po zvážení všetkých týchto procesov v synchrónnych motoroch môžeme identifikovať demonštratívny princíp reverzibility rôznych strojov, teda schopnosť akéhokoľvek elektrického zariadenia zmeniť smer premenenej energie na opačný.
Bezkomutátorové motory s permanentným magnetom
Motor s permanentným magnetom sa používa na seriózne obranné a priemyselné aplikácie, pretože takéto zariadenie má veľkú rezervu energie a účinnosť.
Tieto zariadenia sa najčastejšie používajú v odvetviach s relatívne nízkou spotrebou energie amalé rozmery. Môžu mať rôzne rozmery, bez technologických obmedzení. Veľké zariadenia zároveň nie sú úplnou novinkou, vyrábajú ich najčastejšie firmy, ktoré sa snažia prekonať ekonomické ťažkosti obmedzujúce dosah týchto zariadení. Majú svoje vlastné výhody, medzi ktoré patrí vysoká účinnosť v dôsledku strát rotora a vysoká hustota výkonu. Na ovládanie bezkomutátorových motorov potrebujete frekvenčný menič.
Analýza nákladov a výnosov ukazuje, že zariadenia s permanentnými magnetmi sú oveľa výhodnejšie ako iné alternatívne technológie. Najčastejšie sa používajú v odvetviach s pomerne náročným harmonogramom prevádzky lodných motorov, vo vojenskom a obrannom priemysle a iných jednotkách, ktorých počet neustále narastá.
Prúdový motor
Spínaný reluktančný motor funguje pomocou dvojfázových vinutí, ktoré sú inštalované okolo diametrálne opačných pólov statora. Napájací zdroj sa pohybuje smerom k rotoru podľa pólov. Jeho odpor je teda úplne zredukovaný na minimum.
Ručne vyrobený jednosmerný motor poskytuje vysoko efektívnu rýchlosť pohonu s optimalizovaným magnetizmom pre reverznú prevádzku. Informácie o umiestnení rotora sa používajú na riadenie fáz napájacieho napätia, pretože je to optimálne na dosiahnutie nepretržitého a hladkého krútiaceho momentu.krútiaci moment a vysoká účinnosť.
Signály produkované prúdovým motorom sú superponované na uhlovú nenasýtenú fázu indukčnosti. Minimálny odpor pólov plne zodpovedá maximálnej indukčnosti zariadenia.
Pozitívny moment je možné dosiahnuť iba pri uhloch, keď sú ukazovatele kladné. Pri nízkych rýchlostiach musí byť fázový prúd nevyhnutne obmedzený, aby bola elektronika chránená pred vysokými volt-sekundami. Mechanizmus premeny môže byť znázornený čiarou reaktívnej energie. Silová sféra charakterizuje silu, ktorá sa premieňa na mechanickú energiu. V prípade náhleho vypnutia sa nadmerná alebo zvyšková sila vracia späť do statora. Minimálne ukazovatele vplyvu magnetického poľa na výkon zariadenia sú jeho hlavným rozdielom od podobných zariadení.
