Bezkartáčové elektromotory sa používajú v zdravotníckych zariadeniach, pri modelovaní lietadiel, v pohonoch uzatvárania potrubí ropovodov, ako aj v mnohých iných odvetviach. Majú však svoje nevýhody, vlastnosti a výhody, ktoré niekedy zohrávajú kľúčovú úlohu pri navrhovaní rôznych zariadení. Nech je to akokoľvek, takéto elektromotory zaberajú relatívne malý priestor v porovnaní s asynchrónnymi striedavými strojmi.
Vlastnosti elektrických motorov
Jedným z dôvodov, prečo sa dizajnéri zaujímajú o bezkomutátorové motory, je potreba vysokorýchlostných motorov s malými rozmermi. Navyše tieto motory majú veľmi presné polohovanie. Konštrukcia má pohyblivý rotor a pevný stator. Na rotore je jeden permanentný magnet alebo niekoľko, usporiadaných v určitom poradí. Na statore sú cievky, ktoré vytvárajúmagnetické pole.
Je potrebné poznamenať ešte jednu vlastnosť – bezkomutátorové motory môžu mať kotvu umiestnenú vo vnútri aj zvonku. Preto môžu mať tieto dva typy konštrukcií špecifické aplikácie v rôznych oblastiach. Keď je kotva umiestnená vo vnútri, ukazuje sa, že dosahuje veľmi vysokú rýchlosť otáčania, takže takéto motory fungujú veľmi dobre pri konštrukcii chladiacich systémov. Ak je nainštalovaný externý pohon rotora, je možné dosiahnuť veľmi presné polohovanie, ako aj vysokú odolnosť proti preťaženiu. Veľmi často sa takéto motory používajú v robotike, zdravotníckych zariadeniach, v obrábacích strojoch s riadením frekvenčným programom.
Ako fungujú motory
Ak chcete poháňať rotor bezkomutátorového jednosmerného motora, musíte použiť špeciálny mikrokontrolér. Nedá sa spustiť rovnakým spôsobom ako synchrónny alebo asynchrónny stroj. S pomocou mikrokontroléra sa ukáže, že zapína vinutia motora tak, aby smer vektorov magnetického poľa na statore a kotve bol ortogonálny.
Inými slovami, pomocou pohonu je možné regulovať krútiaci moment, ktorý pôsobí na rotor bezkomutátorového motora. Pre pohyb kotvy je potrebné vykonať správne spínanie vo vinutí statora. Žiaľ, nie je možné zabezpečiť plynulé ovládanie otáčania. Dá sa však veľmi rýchlo zvýšiť.rýchlosť rotora motora.
Rozdiely medzi kefovým a bezkomutátorovým motorom
Hlavný rozdiel je v tom, že bezkomutátorové motory pre modely nemajú vinutie na rotore. V prípade kolektorových elektromotorov sú na ich rotoroch vinutia. Ale permanentné magnety sú inštalované na stacionárnej časti motora. Okrem toho je na rotore inštalovaný kolektor špeciálnej konštrukcie, ku ktorému sú pripojené grafitové kefy. S ich pomocou sa na vinutie rotora aplikuje napätie. Princíp činnosti bezkomutátorového motora je tiež výrazne odlišný.
Ako funguje zberač
Na spustenie motora kolektora budete musieť priviesť napätie na budiace vinutie, ktoré je umiestnené priamo na kotve. V tomto prípade sa vytvára konštantné magnetické pole, ktoré interaguje s magnetmi na statore, v dôsledku čoho sa kotva a na nej pripevnený kolektor otáčajú. V tomto prípade sa napája ďalšie vinutie, cyklus sa opakuje.
Rýchlosť otáčania rotora priamo závisí od intenzity magnetického poľa a posledná charakteristika závisí priamo od veľkosti napätia. Preto, aby sa rýchlosť zvýšila alebo znížila, je potrebné zmeniť napájacie napätie.
Na implementáciu naopak stačí zmeniť polaritu pripojenia motora. Na takéto ovládanie nie je potrebné používať špeciálne mikrokontroléry,môžete zmeniť rýchlosť otáčania pomocou bežného variabilného odporu.
Funkcie bezkefkových strojov
Ovládanie bezkomutátorového motora je však nemožné bez použitia špeciálnych ovládačov. Na základe toho môžeme konštatovať, že motory tohto typu nemožno použiť ako generátor. Pre efektívne riadenie možno polohu rotora monitorovať pomocou viacerých Hallových senzorov. Pomocou takýchto jednoduchých zariadení je možné výrazne zlepšiť výkon, ale náklady na elektromotor sa niekoľkonásobne zvýšia.
Štartovanie bezkomutátorových motorov
Nedáva zmysel vyrábať mikrokontroléry svojpomocne, oveľa lepšou možnosťou by bolo kúpiť hotové, hoci čínske. Pri výbere sa však musíte držať nasledujúcich odporúčaní:
- Pamätajte na maximálny povolený prúd. Tento parameter bude užitočný pre rôzne typy prevádzky pohonu. Charakteristiku často uvádzajú výrobcovia priamo v názve modelu. Veľmi zriedkavo sú uvedené hodnoty typické pre špičkové režimy, v ktorých mikrokontrolér nemôže pracovať dlhší čas.
- Pre nepretržitú prevádzku je potrebné vziať do úvahy aj maximálne napájacie napätie.
- Nezabudnite zvážiť odpor všetkých vnútorných obvodov mikrokontroléra.
- Uistite sa, že beriete do úvahy maximálny počet otáčok, ktorý je typický pre činnosť tohto mikrokontroléra. Upozorňujeme, že nie jebudú môcť zvýšiť maximálnu rýchlosť, pretože obmedzenie je vykonané na úrovni softvéru.
- Lacné modely mikrokontrolérových zariadení majú frekvenciu generovaných impulzov v rozsahu 7…8 kHz. Drahé kópie je možné preprogramovať a tento parameter sa zvýši 2-4 krát.
Pokúste sa vybrať mikrokontroléry vo všetkých ohľadoch, pretože ovplyvňujú výkon, ktorý dokáže elektromotor vyvinúť.
Ako sa to spravuje
Elektronická riadiaca jednotka umožňuje prepínanie vinutí pohonu. Na určenie momentu prepnutia pomocou pohonu je poloha rotora monitorovaná Hallovým snímačom inštalovaným na pohone.
V prípade, že takéto zariadenia neexistujú, je potrebné odčítať spätné napätie. Vytvára sa v cievkach statora, ktoré nie sú momentálne pripojené. Ovládač je hardvérovo-softvérový komplex, umožňuje vám sledovať všetky zmeny a čo najpresnejšie nastaviť poradie spínania.
Trojfázové bezkomutátorové motory
Veľa bezkomutátorových elektromotorov pre modely lietadiel je poháňaných jednosmerným prúdom. Existujú však aj trojfázové prípady, v ktorých sú nainštalované meniče. Umožňujú vám vytvárať trojfázové impulzy z konštantného napätia.
Práca je nasledovná:
- Cievka "A" prijíma impulzy zkladná hodnota. Na cievke "B" - so zápornou hodnotou. V dôsledku toho sa kotva začne pohybovať. Senzory zafixujú posun a do ovládača sa odošle signál na ďalšie prepnutie.
- Cievka "A" je vypnutá, zatiaľ čo do vinutia "C" sa posiela kladný impulz. Spínacie vinutie "B" sa nemení.
- Pozitívny impulz sa aplikuje na cievku „C“a záporný impulz sa odošle do „A“.
- Potom prichádza do hry pár „A“a „B“. Privádzajú sa do nich kladné a záporné hodnoty impulzov.
- Potom kladný impulz opäť prejde do cievky „B“a záporný do cievky „C“.
- V poslednej fáze sa zapne cievka „A“, ktorá dostane kladný impulz a záporný impulz ide na C.
A potom sa celý cyklus opakuje.
Výhody používania
Je ťažké vyrobiť bezkomutátorový elektromotor vlastnými rukami a je takmer nemožné implementovať ovládanie mikrokontrolérom. Preto je najlepšie použiť hotové priemyselné vzory. Nezabudnite však zvážiť výhody, ktoré pohon získava pri použití bezkomutátorových motorov:
- Výrazne dlhší zdroj ako zberateľské stroje.
- Vysoká úroveň účinnosti.
- Výkonnejší ako kartáčované motory.
- Rýchlosť rotácie sa zvyšuje oveľa rýchlejšie.
- Žiadne iskry počas prevádzky, takže ich možno použiť v prostrediach s vysokým nebezpečenstvom požiaru.
- Veľmi jednoduchá obsluha pohonu.
- Počas prevádzky nie je potrebné používať ďalšie chladiace komponenty.
Medzi nedostatky možno vyzdvihnúť veľmi vysoké náklady, ak vezmeme do úvahy aj cenu ovládača. Ani na krátky čas zapnutie takéhoto elektromotora na kontrolu výkonu nebude fungovať. Oprava takýchto motorov je navyše oveľa náročnejšia kvôli ich konštrukčným prvkom.
