Šiuolaikiniai nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių
Dėl reikšmingos puslaidininkių elektronikos pažangos ir technologijos, leidžiančios sukurti galingus neodimio magnetus, bešepetėliai nuolatinės srovės varikliai šiandien plačiai naudojami. Jie naudojami skalbimo mašinose, dulkių siurbliuose, ventiliatoriuose, dronuose ir kt.
Ir nors bešepetėlio variklio veikimo principo idėja buvo išreikšta dar XIX amžiaus pradžioje, ji laukė puslaidininkių eros pradžios, kai technologijos buvo paruoštos praktiniam įgyvendinimui. ši įdomi ir efektyvi koncepcija, kuri leido bešepetiams nuolatinės srovės varikliams veikti taip plačiai, kaip ir šiandien. …
Angliškoje versijoje jie vadinami tokio tipo varikliais BLDC variklis – nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių - nuolatinės srovės variklis be šepetėlių. Variklio rotoriuje yra nuolatiniai magnetai, o darbinės apvijos yra ant statoriaus, tai yra, BLDC variklio įtaisas yra visiškai priešingas nei klasikiniame šepečiu variklyje. BLDC variklis valdomas elektroniniu valdikliu, vadinamu ESC – elektroninis greičio reguliatorius - elektroninė pastovaus greičio palaikymo sistema.
Elektroninis reguliatorius ir didelis efektyvumas
Elektroninis reguliatorius leidžia sklandžiai keisti į bešepetį variklį tiekiamą elektros energiją. Skirtingai nuo paprastesnių varžinių greičio reguliatorių versijų, kurios tiesiog riboja galią, nuosekliai sujungdami varžinę apkrovą su varikliu, kuri perteklinę galią paverčia šiluma, elektroninis greičio valdymas užtikrina žymiai didesnį efektyvumą, neeikvodamas tiekiamos elektros energijos.Energija nereikalingam šildymui. ..
Bešepetėlis nuolatinės srovės variklis gali būti klasifikuojamas kaip savaime sinchronizuojantis sinchroninis variklis, kur kibirkščiuojantis mazgas, kuriam reikia reguliarios priežiūros, yra visiškai išjungtas – kolekcininkas… Kolektoriaus funkciją perima elektronika, dėl kurios visas gaminio dizainas labai supaprastėja ir tampa kompaktiškesnis.
Šepečiai iš tikrųjų pakeičiami elektroniniais jungikliais, kurių nuostoliai yra daug mažesni nei būtų su mechaniniu perjungimu. Galingi neodimio magnetai ant rotoriaus užtikrina didesnį veleno sukimo momentą. Ir toks variklis įkaista mažiau nei kolektoriaus pirmtakas.
Dėl to variklio efektyvumas yra geriausias, o galia vienam svorio kilogramui didesnė, taip pat gana platus rotoriaus greičio reguliavimo diapazonas ir beveik visiškas generuojamų radijo trukdžių nebuvimas. Struktūriškai tokio tipo varikliai lengvai pritaikomi darbui vandenyje ir agresyvioje aplinkoje.
Elektroninis valdymo blokas yra labai svarbi ir brangi nuolatinės srovės variklio be šepetėlių dalis, tačiau be jo negalima apsieiti.Iš šio įrenginio variklis gauna galią, kurios parametrai vienu metu įtakoja ir greitį, ir galią, kurią variklis galės išvystyti esant apkrovai.
Net jei sukimosi greičio reguliuoti nereikia, vis tiek reikalingas elektroninis valdymo blokas, nes jis ne tik atlieka valdymo funkciją, bet turi ir maitinimo komponentą. Galima sakyti, kad ESC yra analogas dažnio reguliatorius asinchroniniams kintamosios srovės varikliamsspecialiai sukurtas maitinti ir valdyti bešepetį nuolatinės srovės variklį.
BLDC variklio valdymas
Norėdami suprasti, kaip valdomas BLDC variklis, pirmiausia prisiminkime, kaip veikia komutatoriaus variklis. Jo esmė rėmo sukimosi su srove magnetiniame lauke principas.
Kiekvieną kartą, kai rėmas su srove sukasi ir randa pusiausvyros padėtį, komutatorius (šepečiai prispaudžiami prie kolektoriaus) pakeičia srovės kryptį per rėmą ir rėmas tęsiasi. Šis procesas kartojamas, kai rėmas juda nuo poliaus iki poliaus. Tik kolektoriaus variklyje yra daug tokių rėmų ir yra kelios poros magnetinių polių, todėl šepečio kolektoriuje yra ne du kontaktai, o daug.
ECM daro tą patį. Jis pakeičia magnetinio lauko poliškumą, kai tik rotorius turi pasisukti iš pusiausvyros padėties. Tik valdymo įtampa tiekiama ne į rotorių, o į statoriaus apvijas, ir tai atliekama puslaidininkinių jungiklių pagalba reikiamu laiku (rotoriaus fazėmis).
Akivaizdu, kad srovė į bešepetinio variklio statoriaus apvijas turi būti tiekiama tinkamu laiku, tai yra, kai rotorius yra tam tikroje žinomoje padėtyje. Norėdami tai padaryti, naudokite vieną iš šių būdų.Pirmasis yra pagrįstas rotoriaus padėties jutikliu, antrasis – matuojant vienos iš ritinių, kurios šiuo metu negauna energijos, EML.
Jutikliai yra skirtingi, magnetiniai ir optiniai, populiariausi yra magnetiniai jutikliai Salės efektas… Antrasis metodas (remiantis EML matavimu), nors ir veiksmingas, neleidžia tiksliai valdyti esant mažam greičiui ir paleidžiant. Kita vertus, salės jutikliai užtikrina tikslesnį valdymą visais režimais. Trifaziuose BLDC varikliuose yra trys tokie jutikliai.
Varikliai be rotoriaus padėties jutiklių tinka tais atvejais, kai variklis paleidžiamas be veleno apkrovos (ventiliatorius, sraigtas ir kt.). Jei paleidžiama esant apkrovai, reikalingas variklis su rotoriaus padėties jutikliais. Abu variantai turi savo pliusų ir minusų.
Sprendimas su jutikliu virsta patogesniu valdymu, tačiau sugedus bent vienam iš daviklių teks ardyti variklį, be to, jutikliams reikalingi atskiri laidai. Versijoje be jutiklių nereikia jokių specialių laidų, tačiau paleidimo metu rotorius sukasi pirmyn ir atgal. Jei tai nepriimtina, sistemoje būtina įdiegti jutiklius.
Rotorius ir statorius, fazių skaičius
BLDC variklio rotorius gali būti išorinis arba vidinis, o statorius - vidinis arba išorinis. Statorius pagamintas iš magnetiškai laidžios medžiagos, o dantų skaičius visiškai padalintas iš fazių skaičiaus. Rotorius gali būti pagamintas nebūtinai iš magnetiškai laidžios medžiagos, bet būtinai su tvirtai pritvirtintais magnetais.
Kuo stipresni magnetai, tuo didesnis turimas sukimo momentas. Statoriaus dantų skaičius neturi būti lygus rotoriaus magnetų skaičiui.Minimalus dantų skaičius yra lygus valdymo fazių skaičiui.
Dauguma šiuolaikinių bešepetėlių nuolatinės srovės variklių yra trifaziai, paprasčiausiai dėl dizaino ir valdymo paprastumo. Kaip ir kintamosios srovės indukciniuose varikliuose, čia trijų fazių apvijos su statoriumi sujungiamos „trikampe“ arba „žvaigžde“.
Tokie varikliai be rotoriaus padėties jutiklių turi 3 maitinimo laidus, o varikliai su davikliais turi 8 laidus: du papildomi laidai jutiklių maitinimui ir trys jutiklių signalų išvadams.
Mažo greičio išoriniai rotoriniai varikliai gaminami su dideliu polių (taigi ir dantų) skaičiumi vienoje fazėje, kad sukimasis būtų žymiai mažesnis už valdymo srovės dažnį. Tačiau net ir naudojant greituosius trifazius variklius, mažesnis nei 9 dantų skaičius paprastai nenaudojamas.