Как известно, частой причиной короткого замыкания и возникновения искры является коллекторный узел двигателя. Из-за непродолжительного срока эксплуатации щеток может возникнуть аварийная ситуация.
Потому специалисты разработали двигатель бесколлекторного принципа работы, который нивелирует возникновения десятков проблем ввиду отсутствия коллекторного узла.
Подробнее о нем, его конструкции принципе действия, мы узнаем из этой статьи.
Терминология бесколлекторного привода
Электрический двигатель постоянного тока бесколлекторного узла имеет название – бесколлекторный. Внутренний прибор, который изменяет ход тока в обмотке называется – драйвер или генератор периодического изменения напряжения, иными словами – инвертор.
Драйвера всегда неподвижно зафиксированы на статоре. В тоже время сетевой коммутатор или сетевой переключатель оснащен полупроводниковыми триодами, которых всего шесть.
Именно они направляют напряжение тока на те или другие витки провода электро-двигателя.
В узкопрофильных публикациях для электромехаников бесколлекторный тип двигателя имеет название вентильный, потому что транзисторы иначе называют именно вентилями.
Кроме того, устройства разделяют не несколько типов в зависимости от конструкции и электродвижущей силы.
В американских источниках один из типов электро-двигателя маркируется буквами BLDC, которые являются аббревиатурой термина, который в дословном значении переводится как «двигатель бесщеточный постоянного тока».
Именно в данном типе происходит ЭДС по схеме трапеции. В другой типе, который маркируется аббревиатурой PMSM, возникает ЭДС по схеме синусоиды.
Конструкция бесколлекторного электро-двигателя и его принцип работы
Как мы обсудили выше, бесколлекторный электро-двигатель не оснащен коллекторным узлом. Его функцию выполняют сетевой переключатель на полупроводниковых триодах.
Именно радиоэлектронный компонент переключает витки провода неподвижной основы двигателя, при котором одновременно возникает магнитное поле активного вращения, которое начинает вступать в действие с полем валом устройства.
В момент протекания электро-тока через объект проводящий ток в зоне магнитного поля, на него давит сила Ам, благодаря которой и возникает вращающийся момент на роторе электро-двигателя.
На такой не сложной работе основан весь принцип действия бесколлекторного двигателя.
Прежде всего, на неподвижной основе бесколлекторного двигателя чаще всего размещенный три витка проводов, по тому же принципу, что и жилы трех фаз в двигателях переменного электро-тока, потому изредка их именуют 3-х фазными, хотя данный термин подходит только отчасти.
БДПТ (аббревиатура бесколлекторного двигателя) зачастую работают от постоянного питания электро-тока, например, аккумулятор, однако пусковой переключатель постоянно чередует поток напряжения по виткам проводов.
Итоговый результат напряжения тока, который поступает на витки, образуется сигналами управления полупроводниковых триодов по схеме «прямоугольник».
Так называемый, 3-х фазный бесколлекторный привод может быть оснащен либо тремя проводами, либо четырьмя, если тип обвития проводов по схеме «звезда».
Витки медных жил располагаются, в так называемых «зазубринах», основы неподвижного элемента устройства.
Ввиду того, что конструкции бесколлекторного двигателя могут отличаться, точно также как и их предназначение, количество витков проводов, катушек или обмоток, что подразумевает одно и тоже, может отличаться. Также существует несколько схем витков.
В зависимости от выбранной схемы, жили витков в каждой зазубрине, могут быть соединены поочередно или напротив друг друга. Также существует аналогичный вариант, как у ДПТ по схеме «звезда» или «треугольник».
Как мы писали выше, все зависит от поставленной цели перед определенным устройством.
Рекомендуем просмотреть рисунки ниже.
Кроме того, неподвижная основа, или статор, может быть оснащена автоматическими датчиками реагирования положения вала. Нередко используют известные и распространенные магнитные микрокомпоненты Холла, которые используются в бытовой технике, например, стиральных машинах.
Именно они могу давать соответствующий сигнальный импульс на контролирующий переключатель, под воздействием магнитного поля вала.
Такой процесс крайне важен, поскольку переключателю необходимо вовремя изменить подачу питания на нужные витки проводов катушки. Благодаря этому, электро-двигатель будет работать максимально эффективно без пустой траты ресурсов.
Чаще всего на один бесколлекторный привод устанавливают три датчика, которых вполне хватает. Однако их наличие немного усложняет конструкцию, но для многих специалистов подвести пару дополнительных кабелей для питания, не составит особого труда.
Кроме того, для активизации работы электро-двигателя всегда монтируются магниты на вале, а для остановки – на неподвижном элементе.
Как вы наверняка знаете, в двигателях с коллекторными узлами принцип в точности наоборот, важно не перепутать этот момент и уделить ему достаточно внимания.
Сами магнитные элементы монтируются по чередованию положительного заряда, однако это не значит, что количество элементов прямо пропорционально количеству положительных зарядов.
Несколько элементов могут образовывать один положительный заряд. Как в случае и с другими электро-двигателями, количество положительных зарядом равно количеству вращений вала в минуту.
Типы бесколлекторных электро-двигателей
Как мы описывали выше, БДТП могут разделяться на разные типы в зависимости от противоэлектродвижущей силе, схеме устройства и оснащенности датчиками Холла. Основные два вида, мы уже обсудили выше, этоBLDC – схема трапеция иPMSM – схема синус.
Для правильного использования необходимо подключать их к различным источника электричества, однако в своей практике специалисты используют их как аналогичные устройства с единым аккумулятором.
В зависимости от схемы конструирования устройства, бесколлекторные двигатели разделяются на следующие типы:
- Оснащенные вращающимся валом внутри. Самый распространенный вариант, который часто применяется электрических устройствах с высоким количеством оборотов в минуту.
- Оснащенный внешним вращающимся валом. Данный тип часто применяют в устройствах, в которых нужно словить вращающийся момент.
Чтобы выбрать тот или иной тип двигателя необходимо наверняка знать, где он будет использоваться.
На данный момент производители изготавливают многочисленные варианты бесколлекторных двигателей и с датчиками Холла, и без них в том числе.
Специалисты утверждают, что хотя микрокомпоненты очень полезны для работы и повышают ее качества, а также могут выполнять несколько задач, например: питание витков жил, контроль положения по электродвижущей силе, все же иногда можно обойтись и без них.
Главные параметры БДТП:
- Длительность работы, от максимума до минимума.
- Верхняя граница рабочего тока.
- Верхняя граница рабочего электро-напряжения.
- Верхняя граница мощности устройства.
- Верхняя граница вращений. На заметку. Производитель может указать количество вращений на один вольт напряжения без нагрузки на ротор. Чтобы определить данный параметр необходимо указанный показатель умножить на показатель верхней границы рабочего электро-напряжения.
- Обратная сила витков жил. Коэффициент ПД будет выше, если данный показатель максимально низкий.
- Секунды, через которые ток в витках жил достигнем своего максимального значения верхней границы.
Подключение бесколлекторного двигателя и схематическая демонстрация
Как мы писали выше, для правильной работы БДПТ необходим специализированный прибор для переключения напряжения. Чтобы выбрать подходящий необходимо учесть силу тока. Приобрести приборы переключения можно в комплекте или по отдельности. Устройство иностранных производителей может иметь название «Электрический Контроллер».
Сам процесс подключения очень простой и не составит проблемы даже для начинающего специалиста. Основное, что не сточит забывать, что для изменения направленности оборотов нужно переключить сразу две жилы фаз, точно также как и в остальных двигателях.
Также обязательно уделите несколько минут своего времени, чтобы просмотреть информативные видео-уроки, размещенные в конце данной статьи.
Область применения БДПТ
БДТП широко используют как и для мелкой бытовой техники, аудио-, видео- устройствах, а также компонентах ПК и ноутбуков, таких как: жесткие диски, проигрыватели, дисководы, аккумуляторы и батареи.
Также их применяют для гаджетов и девайсов для развлечений и работы, как радиоуправляемые приборы. Без БДТП не обходится и на производственных станках и профессиональном заводском оборудовании.
Бесколлекторные двигатели обязательно оснащают колеса современной электро-техники, например, скутера, мотоциклы, велосипеды и сигвеи. Не исключение и экологически чистые новинки автомобилей.
Как видно область БДТП невероятно огромна, поскольку отсутствие самого коллектора позволяет использовать устройство в местах с повышенным риском аварийных ситуаций, слишком высокой влажностью, резкими перепадами температур.
Дошло до того, что БДТП используют в космическом производстве, что не может не радовать наблюдателей технического прогресса.
Плюсы и минусы бесколлекторных двигателей
К сожалению, несмотря на все свои достоинства, бесколлекторный двигатель вовсе не идеальное устройство, которое тоже, как и все другие приборы, созданные человеком, имеет ряд минусов. Но начнем с хорошего.
Плюсы бесколлекторных приводов:
- Компактность, благодаря маленькому размеру активизирующих работу магнитных элементов.
- Отсутствие коллекторного узла, соответственно отсутствие сложного обслуживания и сервиса.
- Отсутствие помех и шумов, в отличие от коллекторных двигателей.
- Коэффициент ПД более 90 процентов.
- Высокая граница максимального количества оборотов, которая может достигать ста тысяч в секунду.
Минусы бесколлекторных приводов:
- Если нет контролирующего устройства переключения напряжения или, другими словами электро-контроллера, двигатель не будет работать.
Это единственный и пожалуй основной недостаток. Проблема заключается в том, что стоимость данного прибора достаточно высокая, однако она соответствует итоговому результату.
Надеемся, что данная статья была для вас информативной и полезной.
