Bezkomutátorové elektromotory se používají v lékařských zařízeních, leteckém modelářství, pohonech uzavíracích potrubí ropovodů a také v mnoha dalších průmyslových odvětvích. Ale mají své nevýhody, vlastnosti a výhody, které někdy hrají klíčovou roli při návrhu různých zařízení. Ať je to jakkoli, takové elektromotory zaujímají relativně malou mezeru ve srovnání s asynchronními střídavými stroji.
Vlastnosti elektrických motorů
Jedním z důvodů, proč se konstruktéři zajímají o bezkomutátorové motory, je potřeba vysokorychlostních motorů s malými rozměry. Navíc mají tyto motory velmi přesné polohování. Konstrukce má pohyblivý rotor a pevný stator. Na rotoru je jeden nebo několik permanentních magnetů, uspořádaných v určitém pořadí. Na statoru jsou cívky, které tvořímagnetické pole.
Je třeba poznamenat ještě jednu vlastnost – bezkomutátorové motory mohou mít kotvu umístěnou jak uvnitř, tak na vnější straně. Proto mohou mít tyto dva typy konstrukcí specifické aplikace v různých oblastech. Když je kotva umístěna uvnitř, ukazuje se, že dosahuje velmi vysoké rychlosti otáčení, takže takové motory fungují velmi dobře při návrhu chladicích systémů. Pokud je instalován externí pohon rotoru, lze dosáhnout velmi přesného polohování a také vysoké odolnosti proti přetížení. Velmi často se takové motory používají v robotice, lékařských zařízeních, v obráběcích strojích s frekvenčním programovým řízením.
Jak fungují motory
Abyste mohli pohánět rotor bezkomutátorového stejnosměrného motoru, musíte použít speciální mikrokontrolér. Nelze jej spustit stejným způsobem jako synchronní nebo asynchronní stroj. S pomocí mikrokontroléru se ukáže, že zapíná vinutí motoru tak, aby směr vektorů magnetického pole na statoru a kotvě byl ortogonální.
Jinými slovy, pomocí driveru je možné regulovat točivý moment, který působí na rotor bezkomutátorového motoru. Pro pohyb kotvy je nutné provést správné spínání ve vinutí statoru. Bohužel není možné zajistit plynulé ovládání otáčení. Dá se však velmi rychle zvýšit.rychlost rotoru motoru.
Rozdíly mezi kartáčovanými a bezkomutátorovými motory
Hlavní rozdíl je v tom, že bezkomutátorové motory pro modely nemají vinutí na rotoru. U kolektorových elektromotorů jsou na jejich rotorech vinutí. Ale permanentní magnety jsou instalovány na stacionární části motoru. Kromě toho je na rotoru instalován kolektor speciální konstrukce, ke kterému jsou připojeny grafitové kartáče. S jejich pomocí se na vinutí rotoru přivádí napětí. Princip činnosti bezkomutátorového motoru je také výrazně odlišný.
Jak funguje sběrací stroj
Pro spuštění motoru kolektoru budete muset přivést napětí na budicí vinutí, které je umístěno přímo na kotvě. V tomto případě se vytváří konstantní magnetické pole, které interaguje s magnety na statoru, v důsledku čehož se kotva a na ní upevněný kolektor otáčí. V tomto případě je napájení přivedeno do dalšího vinutí, cyklus se opakuje.
Rychlost otáčení rotoru přímo závisí na tom, jak intenzivní je magnetické pole, a poslední charakteristika přímo závisí na velikosti napětí. Proto je pro zvýšení nebo snížení rychlosti nutné změnit napájecí napětí.
Chcete-li provést obrácený postup, stačí změnit polaritu připojení motoru. Pro takové ovládání není nutné používat speciální mikrokontroléry,můžete změnit rychlost otáčení pomocí konvenčního proměnného odporu.
Funkce bezkomutátorových strojů
Ovládání bezkomutátorového motoru je však nemožné bez použití speciálních ovladačů. Na základě toho můžeme usoudit, že motory tohoto typu nelze použít jako generátor. Pro efektivní řízení lze polohu rotoru monitorovat pomocí více Hallových senzorů. Pomocí těchto jednoduchých zařízení je možné výrazně zlepšit výkon, ale náklady na elektromotor se několikanásobně zvýší.
Spouštění bezkomutátorových motorů
Nedává smysl vyrábět mikrokontroléry vlastními silami, mnohem lepší možností by bylo koupit hotové, byť čínské. Při výběru se ale musíte držet následujících doporučení:
- Pamatujte si maximální přípustný proud. Tento parametr bude užitečný pro různé typy provozu měniče. Charakteristiku často udávají výrobci přímo v názvu modelu. Velmi zřídka jsou uvedeny hodnoty typické pro špičkové režimy, ve kterých mikrokontrolér nemůže pracovat dlouhou dobu.
- Pro nepřetržitý provoz je třeba vzít v úvahu také maximální napájecí napětí.
- Nezapomeňte vzít v úvahu odpor všech vnitřních obvodů mikrokontroléru.
- Nezapomeňte vzít v úvahu maximální počet otáček, který je typický pro provoz tohoto mikrokontroléru. Upozorňujeme, že neníbude moci zvýšit maximální rychlost, protože omezení je provedeno na úrovni softwaru.
- Levné modely mikrokontrolérových zařízení mají frekvenci generovaných pulsů v rozsahu 7…8 kHz. Drahé kopie lze přeprogramovat a tento parametr se zvýší 2-4krát.
Snažte se vybrat mikrokontroléry ve všech ohledech, protože ovlivňují výkon, který může elektromotor vyvinout.
Jak se to spravuje
Elektronická řídicí jednotka umožňuje přepínání vinutí měniče. Pro určení okamžiku přepnutí pomocí driveru je poloha rotoru monitorována Hallovým senzorem nainstalovaným na pohonu.
V případě, že žádná taková zařízení neexistují, je nutné odečíst zpětné napětí. Generuje se v cívkách statoru, které nejsou v tuto chvíli zapojeny. Ovladač je hardwarově-softwarový komplex, umožňuje vám sledovat všechny změny a nastavit pořadí přepínání co nejpřesněji.
Třífázové bezkomutátorové motory
Spousta bezkomutátorových elektromotorů pro modely letadel je poháněna stejnosměrným proudem. Existují však také třífázové instance, ve kterých jsou měniče instalovány. Umožňují vám vytvářet třífázové impulsy z konstantního napětí.
Práce je následující:
- Cívka "A" přijímá impulsy zkladná hodnota. Na cívce "B" - se zápornou hodnotou. V důsledku toho se kotva začne pohybovat. Senzory zafixují posun a do ovladače je odeslán signál pro další přepnutí.
- Cívka "A" je vypnutá, zatímco do vinutí "C" je odeslán kladný impuls. Spínací vinutí "B" se nemění.
- Pozitivní puls je aplikován na cívku "C" a záporný puls je odeslán do "A".
- Pak přichází do hry dvojice „A“a „B“. Jsou jim přiváděny kladné a záporné hodnoty pulzů.
- Pak kladný puls jde opět do cívky „B“a záporný do „C“.
- V poslední fázi se zapne cívka "A", která přijme kladný puls a záporný jde na C.
A poté se celý cyklus opakuje.
Výhody používání
Je obtížné vyrobit bezkomutátorový elektromotor vlastníma rukama a je téměř nemožné implementovat ovládání mikrokontrolérem. Proto je nejlepší používat hotové průmyslové vzory. Nezapomeňte však zvážit výhody, které pohon získává při použití bezkomutátorových motorů:
- Výrazně delší zdroj než sběratelské stroje.
- Vysoká úroveň účinnosti.
- Výkonnější než kartáčované motory.
- Rychlost rotace se zvyšuje mnohem rychleji.
- Žádné jiskry během provozu, takže je lze používat v prostředí s vysokým nebezpečím požáru.
- Velmi snadné ovládání pohonu.
- Během provozu není nutné používat další chladicí komponenty.
Mezi nedostatky lze vyzdvihnout velmi vysoké náklady, vezmeme-li v úvahu i cenu ovladače. Ani na krátkou dobu zapnout takový elektromotor pro kontrolu výkonu nebude fungovat. Navíc je oprava takových motorů mnohem obtížnější kvůli jejich konstrukčním prvkům.
