Содержание

Как правильно выбрать электрический двигатель

Перед промышленностью все чаще встает вопрос энергоэффективности. Более экологичная экономика является одной из целей Конференции по климату в Париже (COP21), на достижение которой ориентированы многие страны. Для ограничения потребления и экономии энергии в последние годы в промышленность внедряется все более энергоэффективное оборудование. Согласно исследованию Европейской Комиссии, на долю двигателей приходится 65% промышленного потребления энергии в Европе. Работа над двигателями является важным рычагом сокращения выбросов CO2. Еврокомиссия даже прогнозирует, что к 2020 году можно повысить энергоэффективность двигателей европейского производства на 20-30%.  В результате выбросы CO2 в атмосферу сократились бы на 63 млн. тонн, а экономия составила бы 135 миллиардов кВтч.

Если вы хотите использовать в своей деятельности энергоэффективные двигатели и внести свой вклад в энергосбережение и развитие планеты, вам необходимо изучить в первую очередь стандарты энергоэффективности

 двигателей, действующие в вашей стране или в вашем географическом регионе. Но будьте внимательны, эти стандарты применимы не ко всем двигателям, а только к асинхронным двигателям AC.

Международные нормы

  • Международная электротехническая комиссия (IEC) определила классы энергоэффективности для электродвигателей, представленных на рынке, известные как код IE, которые обобщены в международном стандарте IEC.
  • IEC определила четыре уровня энергоэффективности, которые характеризуют энергоэффективность двигателя:
    • IE1 — стандартный класс
    • IE2 — высокий класс
    • IE3 — премиум класс
    • IE4 — супер-премиум класс
  • IEC также внедрила стандарт IEC 60034-2-1:2014 для испытаний двигателей. Многие страны используют национальные стандарты для испытаний двигателей, но в то же время применяют международный стандарт IEC 60034-2-1.

В Европе

ЕС уже принял ряд директив, направленных на снижение энергопотребления двигателей, включая обязательство производителей выводить на рынок энергоэффективные двигатели:

  • C 2011 года класс IE2 обязателен для всех двигателей.
  • Класс IE3 обязателен с января 2015 года для двигателей мощностью от 7,5 до 375 кВт (или IE2, если эти двигатели оснащены преобразователем частоты).
  • Класс IE3 обязателен с января 2017 года для двигателей мощностью от 0,75 до 375 кВт.

В США

В Соединенных Штатах в силе остаются стандарты, определяемые Американской ассоциацией NEMA (Национальная ассоциация производителей электрооборудования). С 2007 года минимальный требуемый уровень установлен на уровне IE2.
Эта же классификация используется в Австралии и в Новой Зеландии.

В Азии

В Китае корейские стандарты MEPS (Minimum Energy Performance Standard) применяются для малых и средних трехфазных асинхронных двигателей с 2002 года (GB 18693). В 2012 году стандарты MEPS были приведены в соответствие со стандартами IEC, переходя от IE1 к IE2, а теперь и к IE3.

Японияпривела в соответствие свое национальное законодательство с классами эффективности IEC и включила в 2014 году в программу «Top Runner» электродвигатели уровней IE2 и IE3. Действующая с 1998 года программа Top Runner обязывает японских автопроизводителей выставлять на рынок новые модели, которые более энергоэффективны, чем предыдущие поколения, заставляя тем самым внедрять инновации в энергетику.

В Индии используется сравнительная оценка эффективности с 2009 года и национальный стандарт на уровне IE2 с 2012 года.

Уникальные технологии сетевых бесщеточных моторов. Только у Hikoki Power Tools!

Уникальные технологии сетевых бесщеточных моторов. Только у Hikoki Power Tools!

Потребитель больше не должен беспокоится о падениях напряжения при использовании в своей работе с электроинструментом удлинители. Наша технология бесщеточных сетевых моторов использует встроенные контроллеры, которые позволяют работать инструменту даже при значительных колебаниях напряжения в сети.

Эта технология выводит уровень надежности и долговечности инструмента на принципиально новый высокий уровень.

Новая технология позволяет иметь больше эффективной мощности при меньшем потреблении электроэнергии. Она исключает большую часть быстро изнашиваемых элементов, которые присутствуют в традиционных коллекторных двигателях. Она позволяет обойтись намного меньшим сервисным обслуживанием и значительно увеличивает ресурс и надежность инструмента в целом.

Размер имеет значение!

Бесщеточный сетевой мотор HiKOKI намного компактнее и легче, чем аналогичный коллекторный двигатель.
Например, если сравнить мотор новой модели ударного гайковерта WR16SE и предыдущей модели WR16SA с коллекторным двигателем, разница будет очень заметна: мотор WR16SE на 31 мм короче и на 340 грамм легче, что означает составляет почти 50% разницы в весе.

Принцип работы

Ротор.

Как и в обычном двигателе, он вращается под воздействием магнитных полей статора (внешней оболочки мотора с электромагнитными сердечниками и обмотками) и магнитными полями ротора.

Обмотки статора.

В отличие от коллекторного двигателя, бесщеточный мотор имеет несколько групп обмоток статора, и их коммутация осуществляется встроенным контроллером. Это дает целый ряд преимуществ.
1. Отсутствуют изнашиваемые элементы (нет угольных щеток и коллектора).
2. Возможность гибкого управления режимами работы мотора (разгон, торможение, изменение скорости вращения и поддержка оборотов, защита от перегрузок и пр.)

Мощный постоянный магнит.

В отличие от коллекторного двигателя, ротор бесщеточного не имеет обмоток (которые создают магнитное поле) и коллектора (по которому передается электрический ток на обмотки и осуществляется коммутация обмоток). Вместо этого – он представляем собой мощный постоянный магнит (нет расхода электроэнергии для создания магнитного поля). Вместо коллектора на нем установлены датчики, через которые контроллер получает информацию о положении ротора и соответствующим образом управляет подачей электрического тока на те или иные группы обмоток статора.

Контроллер.

Выполнен на полупроводниковых элементах нового поколения и использует уникальные патенты и технологии Hitachi/HiKOKI. Он имеет очень небольшие размеры и вес, высокую надежность и возможности работы в самых разных режимах и условиях. Ранее создание таких устройств было невозможно из-за отсутствия таких полупроводников и технологий (существующие схемы на тот момент имели слишком большие размеры и вес). До сих пор HiKOKI Power Tools является единственной компанией, у которой есть полноценная линейка ассортимента моделей с сетевыми бесщеточными моторами. ВАЖНО: аккумуляторные бесщеточные моторы давно появились в ассортименте многих компаний, так как для небольших напряжений и мощностей не требуются уникальные технологии и можно использовать обычные компоненты.

Повышенный комфорт в работе и надежность.

Большой срок службы.

Новые технологии позволяют исключить трущиеся и быстро изнашиваемые элементы (коллектор и угольные щетки), исключают такие проблемы как выгорание щеток и коллектора, перегрев обмоток и короткое замыкание ротора. Это дает большую экономию на сервисном обслуживании и обеспечивает намного больший срок службы инструмента.

Пример использования УШМ 125мм в течение 4 х лет.

G13VE(бесщёточный двигатель)

Замена или ремонт отдельных узлов

G13SB3(коллекторный двигатель)

Регулярные замены угольных щеток

ВЫСОКАЯ НАДЕЖНОСТЬ

Бесщеточный сетевой мотор меньше нагревается, более эффективный и устойчив к колебаниям напряжения и работает при использовании удлинителей и падениях напряжения в сети.

МЕНЬШЕ РАСХОДЫ НА СЕРВИС

Отсутствие быстро изнашиваемых и трущихся компонентов позволяет значительно уменьшить расходы на ремонт и техобслуживание и экономит время.

СОВМЕСТИМОСТЬ С ГЕНЕРАТОРАМИ

Наши контроллеры обладают возможностью работать с самыми различными типами генераторов, не только инверторного типа (т.е., синусоида напряжения может быть неидеальной – это не мешает работе встроенного контроллера и не требует дополнительных блоков питания и фильтров)

КОМПАКТНЫЕ РАЗМЕРЫ И ВЕС

Мы значительно снизили размеры и вес инструмента благодаря использованию компактных сетевых моторов и управляющих контроллеров

Компактный и мощный инструмент, которые делает вашу работу быстрой и комфортной.

Но и это еще не все.
Благодаря инновационным технологиям проектирования, мы добились исключительно компактных размеров инструмента. Благодаря этому, и так достаточно небольшую конструкцию контроллера мы смогли уменьшить на целых 60%!

Встроенный контроллер HiKOKI Power Tools Инструмент с обычным мотором

Бесщеточный электроинструмент: преимущества перед щеточными моделями

 

Во-первых, бесщеточные двигатели –  определенно не маркетинговые уловки. Есть несколько явных и значительных преимуществ по сравнению с их коллегами.

Что же на самом деле приводит двигатель в действие?

Как в бесщеточных, так и в щеточных электродвигателях магниты отвечают за вал двигателя. 

В щеточных двигателях источник питания проходит через две щетки (небольшие блоки, состоящие из маленьких углеродных нитей) на противоположных сторонах вала двигателя, по одной с каждой стороны.

Эти щетки физически вступают в контакт с частью двигателя, которая называется коммутатором и прикреплена к валу двигателя. Коммутатор передает электрический ток от угольных щеток в другую часть двигателя, называемую якорем, который также прикреплен к валу двигателя.

Это просто пучок медных проводов, которые действительно обернуты в плотные катушки. Электромагнитное поле создается, когда оно проходит через электрическое поле.

Бесщеточные двигатели немного сложнее, хотя в них используется один и тот же базовый принцип противодействия магнитным силам.

Помните, что в щеточном двигателе якорь (медная проводка) прикреплен к валу двигателя (ротору), а магниты N и S неподвижно закреплены снаружи двигателя. В бесщеточном двигателе они защелкиваются; якорь расположен снаружи двигателя (неподвижно), а магниты N и S расположены на роторе (вращающаяся часть).

Однако без угольных щеток, откуда бесщеточный двигатель получает питание для создания противоположных электромагнитных полей?

Для работы бесщеточного двигателя требуется дополнительный набор электрических компонентов – обычно это небольшая плата, которая управляет питанием якоря, и датчик, который отвечает за движение ротора. Когда плата подает на катушки электрический ток, создается то же самое противоположное магнитное поле, и магниты на роторе (вал двигателя) начинают вращаться.

 

Бесщеточные дрели-шуруповерты  

Отлично, у нас есть представление о том, как работает каждый тип двигателя. Теперь давайте посмотрим, в чем заключаются основные преимущества этих бесщеточных моторов.

Помните, что у щеточных двигателей щетки находятся в постоянном контакте с вращающимся коммутатором. Это, как вы можете себе представить, создает большое трение, соответственно сопряжено с большим износом. У бесщеточных двигателей ротор ни с чем не соприкасается, то есть со временем изнашиваться нечему. В этом отношении они намного, намного эффективнее и долговечнее, чем щеточные моторы. Кроме того, из-за отсутствия щеток, создающих трение, бесщеточные двигатели намного более мощные, учитывая то же напряжение, что и у щеточного двигателя.

Кроме того, вы, возможно, слышали, что некоторые производители называют свои бесщеточные электроинструменты «умными».

Здесь имеются ввиду возможности электронного датчика на плате бесщеточного двигателя.

Используя инструмент, работающий на щетках, вы получаете одинаковое количество тока, проходящего через двигатель в любой момент – независимо от того, какую задачу вы выполняете. В бесщеточном двигателе, поскольку электронная плата подает ток непосредственно на неподвижные медные катушки, она может регулировать расход электроэнергии в зависимости от выполняемой задачи.

Например, вы достаете винты из гипсокартона. Довольно легкая работа, верно? Когда датчики в бесщеточном двигателе обнаруживают, что сопротивление относительно ротора невелико, они связывается с платой и «говорят ей», чтобы она не подавала слишком много электрического тока. С другой стороны, если вы сверлите отверстие в стальной трубе, датчик обнаруживает, что ротор испытывает ужасное сопротивление, пытаясь вращаться, и электронной плате подается сигнал использовать всю мощь аккумулятора, которую только возможно.

Естественно бесщеточные электроинструменты являются намного более более эффективными инструментами, и вы заметите, как значительно меньше расходуется заряд аккумулятора при выполнении той же работы, что и при использовании щеточного мотора.

Есть ли недостатки у бесщеточных двигателей?

Конечно, есть.

Единственный недостаток бесщеточных двигателей – это стоимость: датчики и электрические схемы, необходимые для их эксплуатации, сложны, и это удорожает продукт.

Так есть ли смысл покупать современные, но такие дорогие бесщеточные модели, либо по старинке пользоваться щеточными электроинструментами.

Ну, мы позволим вам самим решить это. Все, что мы скажем, – это то, что весь мир переходит на бесщеточные электроинструменты. А клиенты, купившие бесщеточные аккумуляторную дрель-шуруповет, ни за что не променяют ее на щеточную модель.

Кстати именно Makita впервые представила бесщеточную технологию на рынке электроинструментов около 10 лет назад

С тех пор все мировые бренды, производящие электроинструмент, переходят на модели с бесщеточным двигателем.

 

Выбрать бесщеточный электроинструмент 

Бесколлекторные двигатели постоянного тока. Что это такое? – Avislab

Этой статьёй я начинаю цикл публикаций о бесколлекторных двигателях постоянного тока. Доступным языком  опишу общие сведения, устройство, алгоритмы управления бесколлекторным двигателем. Будут рассмотрены разные типы двигателей, приведены примеры подбора параметров регуляторов. Опишу устройство и алгоритм работы регулятора,  методику выбора силовых ключей и основных параметров регулятора. Логическим завершением публикаций будет схема регулятора.

Бесколлекторные двигатели получили широкое распространение благодаря развитию электроники и, в том числе, благодаря появлению недорогих силовых транзисторных ключей. Также немаловажную роль сыграло появление мощных неодимовых магнитов.

Однако не стоит считать бесколлекторный двигатель новинкой. Идея бесколлекторного двигателя появилась на заре электричества. Но, в силу неготовности технологий, ждала своего времени до 1962 года, когда появился первый коммерческий бесколлекторный двигатель постоянного тока. Т.е. уже более полувека существуют различные серийные реализации этого типа электропривода!

Немного терминологии

Бесколлекторные двигатели постоянного тока называют так же вентильными, в зарубежной литературе BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) или PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor).

Конструктивно бесколлекторный двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Обращаю Ваше внимание на то, что в коллекторном двигателе наоборот, обмотки находятся на роторе. Поэтому, далее в тексте ротор – магниты, статор – обмотки.

Для управления двигателем применяется электронный регулятор. В зарубежной литературе Speed Controller или ESC (Electronic speed control).

Что такое бесколлекторный двигатель?

Обычно люди, сталкиваясь с чем-то новым, ищут аналогии. Иногда приходится слышать фразы “ну это как синхронник”, или еще хуже “он похож на шаговик”. Поскольку большинство бесколлекторных двигателей трехфазные, это еще больше путает, что приводит к неправильному мнению о том, что регулятор “кормит” двигатель переменным 3-x фазным током. Все вышесказанное соответствует действительности только отчасти. Дело в том, что синхронными можно назвать все двигатели кроме асинхронных. Все двигатели постоянного тока являются синхронными с самосинхронизацией, но их принцип действия отличается от синхронных двигателей переменного тока, у которых самосинхронизация отсутствует. Как шаговый бесколлекторный двигатель тоже, наверное, сможет работать. Но тут такое дело: кирпич он тоже может летать… правда, недалеко, ибо для этого не предназначен. В качестве шагового двигателя больше подойдет вентильный реактивный двигатель.

Попробуем разобраться, что собой представляет бесколлекторный двигатель постоянного тока (Brushles Direct Current Motor). В самой этой фразе уже кроется ответ – это двигатель постоянного тока без коллектора. Функции коллектора выполняет электроника.

Преимущества и недостатки

Из конструкции двигателя удаляется довольно сложный, требующий обслуживания тяжелый и искрящий узел – коллектор. Конструкция двигателя существенно упрощается. Двигатель получается легче и компактнее. Значительно уменьшаются потери на коммутацию, поскольку контакты коллектора и щетки заменяются электронными ключами. В итоге получаем электродвигатель с наилучшими показателями КПД и показателем мощности на килограмм собственного веса, с наиболее широким диапазоном изменения скорости вращения. На практике бесколлекторные двигатели греются меньше, чем их коллекторные братья. Переносят большую нагрузку по моменту. Применение мощных неодимовых магнитов сделали бесколлекторные двигатели еще более компактными. Конструкция бесколлекторного двигателя позволяет эксплуатировать его в воде и агресивных средах (разумеется, только двигатель, регулятор мочить будет очень дорого). Бесколлекторные двигатели практически не создают радиопомех.

Единственным недостатком считают сложный дорогостоящий электронный блок управления (регулятор или ESC). Однако, если вы хотите управлять оборотами двигателя, без электроники никак не обойтись. Если вам не надо управлять оборотами бесколлекторного двигателя, без электронного блока управления все равно не обойтись. Бесколлекторный двигатель без электроники – просто железка. Нет возможности подать на него напряжение и добиться нормального вращения как у других двигателей.

Что происходит в регуляторе бесколлекторного двигателя?

Для того чтобы понять, что происходит в электронике регулятора, управляющего бесколлекторным двигателем, вернемся немного назад и сначала разберемся как работает коллекторный двигатель. Из школьного курса физики помним, как магнитное поле действует на рамку с током. Рамка с током вращается в магнитном поле. При этом она не вращается постоянно, а поворачивается до определенного положения. Для того чтобы происходило непрерывное вращение, нужно переключать направление тока в рамке в зависимости от положения рамки. В нашем случае рамка с током – это обмотка двигателя, а переключением занимается коллектор – устройство со щетками и контактами. Устройство простейшего двигателя смотри на рисунке.

То же самое делает и электроника, управляющая бесколлекторным двигателем – в нужные моменты подключает постоянное напряжение на нужные обмотки статора.

Датчики положения, двигатели без датчиков

Из вышесказанного важно уяснить, что подавать напряжение на обмотки двигателя нужно в зависимости от положения ротора. Поэтому электроника должна уметь определять положение ротора двигателя. Для этого применяются датчики положения. Они могут быть различного типа, оптические, магнитные и т.д. В настоящее время очень распространены дискретные датчики на основе эффекта Холла (например SS41). В трехфазном бесколлекторном двигателе используется 3 датчика. Благодаря таким датчикам электронный блок управления всегда знает, в каком положении находится ротор и на какие обмотки подавать напряжение в каждый момент времени. Позже будет рассмотрен алгоритм управления трехфазным бесколлекторным двигателем.

Существуют бесколлекторные двигатели, которые не имеют датчиков. В таких двигателях положение ротора определяется путем измерения напряжения на незадействованной в данный момент времени обмотке. Эти методы также будут рассмотрены позднее. Следует обратить внимание на существенный момент: этот способ актуален только при вращении двигателя. Когда двигатель не вращается или вращается очень медленно, такой метод не работает.

В каких случаях применяют бесколлекорные двигатели с датчиками, а в каких – без датчиков? В чем их отличие?

Двигатели с датчиками положения более предпочтительны с технической точки зрения. Алгоритм управления такими двигателями значительно проще. Однако есть и свои минусы: требуется обеспечить питание датчиков и прокладку проводов от датчиков в двигателе к управляющей электронике; в случае выхода со строя одного из датчиков, двигатель прекращает работу, а замена датчиков, как правило, требует разборки двигателя.

В тех случаях, когда конструктивно невозможно разместить датчики в корпусе двигателя, используют двигатели без датчиков. Конструктивно такие двигатели практически не отличаются от двигателей с датчиками. А вот электронный блок должен уметь управлять двигателем без датчиков. При этом блок управления должен соответствовать характеристикам конкретной модели двигателя.

Если двигатель должен стартовать с существенной нагрузкой на валу двигателя (электротранспорт, подъёмные механизмы и т.п.) – применяют двигатели с датчиками. Если двигатель стартует без нагрузки на валу (вентиляция, воздушный винт, применяется центробежная муфта сцепления и т.п.), можно применять двигатели без датчиков. Запомните: двигатель без датчиков положения должен стартовать без нагрузки на валу. Если это условие не соблюдается, следует использовать двигатель с датчиками. Кроме того, в момент старта двигателя без датчиков возможны вращательные колебания оси двигателя в разные стороны. Если это критично для Вашей системы, применяйте двигатель с датчиками.

Три фазы

Трехфазные бесколлекторные двигатели приобрели наибольшее распространение. Но они могут быть и одно, двух, трех и более фазными. Чем больше фаз, тем более плавное вращение магнитного поля, но и сложнее система управления двигателем. 3-х фазная система наиболее оптимальна по соотношению эффективность/сложность, поэтому и получила столь широкое распространение. Далее будет рассматриваться только трехфазная схема, как наиболее распространенная.  Фактически фазы – это обмотки двигателя. Поэтому если сказать “трехобмоточный”, думаю, это тоже будет правильно. Три обмотки соединяются по схеме “звезда” или “треугольник”. Трехфазный бесколлекторный двигатель имеет три провода – выводы обмоток, см. рисунок.

Двигатели с датчиками имеют дополнительных 5 проводов (2-питание датчиков положения, и 3 сигналы от датчиков).

В трехфазной системе в каждый момент времени напряжение подается на две из трех обмоток. Таким образом, есть 6 вариантов подачи постоянного напряжения на обмотки двигателя, как показано на рисунке ниже.

Это позволяет создать вращающееся магнитное поле, которое будет проворачиваться “шагами” на 60 градусов при каждом переключении. Но не будем забегать наперед. В следующей статье будут рассмотрены устройство бесколлекторного двигателя, варианты расположения магнитов, обмоток, датчиков и т.д., а позже будут рассмотрены алгоритмы управления бесколлекторными двигателями.

Бесколлекторные моторы “на пальцах” Что такое бесколлекторные моторы и как управлять бесколлекторными моторами:

Статьи по бесколлекторным моторам:

Произошла ошибка

Повторите попытку позже или попробуйте нашу домашнюю страницу еще раз.
Bitte versuchen Sie es später oder schauen Sie ob die Homepage funktioniert.

Ошибка: E1020

Австралия Электронная почта

Максон Мотор Австралия Пти Лтд

Unit 1, 12-14 Beaumont Road
Гора Куринг-Гай Новый Южный Уэльс 2080
Австралия

Бенилюкс Электронная почта

maxon motor benelux B.V.

Йосинк Колквег 38
7545 PR Enschede
Нидерланды

Китай Электронная почта

Максон Мотор (Сучжоу) Ко., Лтд

江兴东 路 1128 号 1 号楼 5 楼
215200 江苏
中国

Германия Электронная почта

максон мотор гмбх

Truderinger Str. 210
81825 München
Deutschland

Индия Электронная почта

maxon precision motor India Pvt.ООО

Niran Arcade, № 563/564
Новая дорога БЕЛ,
RMV 2-я ступень
Бангалор – 560 094
Индия

Италия Электронная почта

maxon motor italia S.r.l.

Società Unipersonale
Via Sirtori 35,
20017 Rho MI
Италия

Япония Электронная почта

マ ク ソ ン ジ ャ パ ン 株式会社

東京 都 新宿 区 新宿 5-1-15
〒 160-0022
日本

Корея Электронная почта

㈜ 맥슨 모터 코리아

서울시
반포 대로 14 길 27, 한국 137-876

Португалия Электронная почта

maxon motor ibérica s.а

C / Polo Norte № 9
28850 Торрехон-де-Ардос
Испания

Швейцария Электронная почта

максон мотор аг

Брюнигштрассе 220
Постфах 263
6072 Sachseln
Schweiz

Испания Электронная почта

maxon motor ibérica s.a. Испания (Барселона)

C / Polo Norte № 9
28850 Торрехон-де-Ардос
Испания

Тайвань Электронная почта

maxon motor Тайвань

8F.-8 №16, переулок 609 сек. 5
П. 5, Chongxin Rd.
Sanchong Dist.
Нью-Тайбэй 241
臺灣

Великобритания, Ирландия Электронная почта

максон мотор великобритания, лтд

Maxon House, Hogwood Lane
Finchampstead
Беркшир, RG40 4QW
Соединенное Королевство

США (Восточное побережье) Электронная почта

maxon precision motors, inc.

125 Девер Драйв
Тонтон, Массачусетс 02780
США

США (Западное побережье) Электронная почта

maxon precision motors, inc.

1065 East Hillsdale Blvd,
Люкс 210
Фостер-Сити, CA 94404
США

Франция Электронная почта

максон Франция

201 – 715 rue du Chat Botté
ZAC des Malettes
01700 Beynost
Франция

Основы двигателей для дрона – Как работает бесщеточный двигатель

Это руководство поможет вам понять динамику бесщеточного двигателя для дрона, используемого в квадрокоптерах, и то, как они влияют на летные характеристики.Мы рассмотрим типы двигателей, варианты конструкции, вес, общую мощность и другие факторы, влияющие на производительность квадроцикла. Итак, приступим.

Подробнее …

Для новичков в дронах используются два типа двигателей: щеточный и бесщеточный. Они различаются по способу работы. Бесщеточные двигатели намного мощнее для своего веса, чем щеточные двигатели, и служат намного дольше. Для квадроциклов большего размера: бесщеточный – король.

Но для микро- и нано-дронов это фантастика, когда эти дешевые моторы уверенно разбиваются.

Внутренняя работа щеточного и бесщеточного двигателей одинакова; оба основаны на электромагнетизме.

Когда обмотки двигателя находятся под напряжением (оба двигателя имеют катушки), создается временное магнитное поле, которое отталкивается (и / или притягивается) к постоянным магнитам, присутствующим внутри двигателя.

Эта магнитная сила создает силу отталкивания в катушке, которая используется для вращения / вращения вала.

Разница между щеточными и бесщеточными двигателями

С точки зрения эффективности бесщеточные двигатели обычно имеют КПД 85-90%, тогда как щеточный двигатель постоянного тока составляет 75-80%.На роторе щеточного двигателя имеются обмотки по сравнению с обмотками в статоре бесщеточного двигателя

Эта разница в эффективности означает, что большая часть общей мощности, используемой двигателем, преобразуется во вращательное усилие и меньше мощности теряется, поскольку нагревать.

Бесщеточный двигатель служит дольше, потому что нет щеток, которые изнашиваются, в то время как щеточный двигатель быстро изнашивается. Это одна из причин, по которой щеточные двигатели оказались дешевле бесщеточных.

Это руководство в основном ориентировано на бесщеточные двигатели, используемые в конфигурациях дронов для гонок / фристайла.

ТАКЖЕ ПРОЧИТАЙТЕ:

Объяснение номинальной мощности бесщеточного двигателя

Двигатель квадрокоптера и вращение пропеллера

Основы бесщеточного двигателя

Бесщеточный двигатель состоит из двух основных частей, которые называются статор и ротор. Изображение показано ниже для справки.

Статор – это неподвижная часть двигателя (обмотки), а ротор – это вращательная часть двигателя (колокол с магнитами). Также есть много других мелочей, таких как подшипники, катушка, магниты, валы и т. Д.

Размер двигателя зависит от размера статора (диаметра и высоты). Например, если двигатель имеет размер 2207, это означает, что ширина статора составляет 22 мм, а высота статора – 07 мм.

Также есть что-то, называемое КВ двигателя. Это означает, что скорость, с которой двигатель вращается, при каждом вольт, приложенном к двигателю, теоретически.

Отношение тяги к массе

Бесщеточные двигатели бывают всех форм и размеров. Общее практическое правило – стремиться к соотношению тяги к весу 2: 1.С ним ты не сможешь участвовать в хардкорных гонках. Очевидно, что чем выше, тем лучше. Соотношение тяги к массе зависит в основном от размера самих квадроциклов.

Есть готовые квадроциклы, например, от Diatone Crusader GT с соотношением тяги к весу 8: 1. Есть люди, которые добились 13: 1. Но для двигателей есть определенные ограничения, потому что они могут вращаться только так быстро, а вращение их быстрее делает их неэффективными.

Даже для фотоаппарата вы должны стремиться как минимум к 3 или 4: 1, если вы решите обновить свою установку в будущем или добавить камеру HD или большую батарею для более длительного полета или что-то в этом роде, тогда у вас будет для компенсации осталась некоторая резервная мощность.

Для новичка в гонках на дронах тяга 4 или 5: 1 будет оптимальным вариантом. Если у вас ограниченный бюджет, создайте чудовище из квадроцикла и ограничьте лимит дроссельной заслонки на Betaflight или передатчике.

Размеры четырехмоторных двигателей – более высокие и более широкие статоры

Двигатель обозначается набором из 4 цифр, например 2207 или 2306, или чем-то еще. Он обозначает диаметр и высоту ротора в миллиметрах (мм). Чем больше двигатель, тем большую тягу он создает.

  • Более высокий статор = более высокая максимальная скорость и ужасное управление на низких скоростях
  • Более широкий статор = более низкая максимальная скорость и лучшая управляемость на более низких скоростях

Основная причина – увеличенное магнитное поле статоров. У более высоких статоров есть более крупные магниты по сравнению с меньшими и более широкими статорами.

Двигатели 2207 vs 2306

Хорошим сравнением будут типичные двигатели 2207 vs 2306. Это очень обсуждаемая тема о том, что лучше, и одно нельзя рекомендовать перед другим, поскольку оба имеют свои преимущества и недостатки, которые будут рассмотрены в другой статье.

Таблица размеров бесщеточного двигателя

Выбор двигателя зависит от размера вашего квадроцикла. Отсюда и название Размер корпуса = Размер двигателя.

Определяя размер рамы, мы можем определить, какой размер двигателя мы должны использовать.

Размер рамы также ограничивает размер винта, и для каждой стойки требуется свой двигатель для вращения и эффективного создания тяги.

КВ двигателя также играет важную роль при выборе двигателя.Как упоминалось ранее, более высокое значение KV потребляет больше тока.

В приведенной ниже таблице показаны номинальные рамы и номера двигателей квадрокоптеров:

Коэффициенты производительности

KV – постоянная скорости

Теоретически бесщеточный двигатель rc Номинальное значение KV представляет собой скорость, с которой двигатель вращается для каждого напряжения, приложенного к мотор. Например, если двигатель мощностью 2300 кВ с аккумуляторным двигателем квадрокоптера 3S, прикрепленным к его концам, то двигатель будет вращаться со скоростью 2600 x 12,60 = 32 760 об / мин (оборотов в минуту – количество оборотов за одну минуту) без пропеллеров.Скорость вращения постепенно снижается из-за сопротивления воздуха.

Двигатель KV представляет собой скорость вращения двигателя при каждом напряжении, подаваемом на двигатель.

Более высокое значение KV означает меньшее сопротивление, большее потребление тока и меньший КПД. Более низкий KV означает более высокое сопротивление и меньшее потребление тока и значительно более высокий КПД.

Если вы начинаете где-то около 2300-2400 кВ, было бы желательно.

Например, если двигатель рассчитан на 2300 кВ с приложенным к нему напряжением батареи 3 с, то двигатель будет вращаться при 2300×12.60 = 28 980 об / мин без гребных винтов, и это максимальная частота вращения, которую он может достичь без нагрузки.

Число оборотов в минуту резко снижается при установке гребного винта из-за сопротивления воздуха, оказываемого двигателю при вращении гребного винта.

Крутящий момент

Перейдем к следующему фактору – крутящему моменту, создаваемому двигателем. Крутящий момент – это сила вращения или сила вращения, которая вращает пропеллер. Неважно, начинаете ли вы.

На крутящий момент двигателя влияют такие факторы, как:

1.Размер статора – чем больше статор, тем выше крутящий момент

2. Материалы, такие как качество магнитов и медные обмотки в роторе

3. Факторы конструкции двигателя, такие как воздушные зазоры между статором и ротором.

Крутящий момент, создаваемый двигателем, значительно влияет на производительность квадроцикла. Он также определяет, как квад будет чувствовать входы. Чем выше крутящий момент, создаваемый двигателем, тем более отзывчивым будет квадроцикл.

Крутящий момент также определяет, насколько быстро квадроцикл меняет свое направление в полете, что очень помогает выполнять более крутые повороты в гонке.Относительно, если двигатель развивает меньший крутящий момент и оснащен более тяжелыми винтами, двигатель не может вращать гребной винт, что приводит к снижению эффективности и тяги. Потребление тока в двигателе с избыточной опорой будет значительно выше.

Одним из основных недостатков двигателей с высоким крутящим моментом является то, что, несмотря на то, что они кажутся более быстрыми и отзывчивыми на органы управления, они имеют плохие колебания. Поскольку двигатели с высоким крутящим моментом могут изменять свои обороты быстрее, они фактически усиливают ошибку (колебания).

От колебания трудно избавиться в Betaflight даже с настройкой ПИД-регулятора, особенно по оси рыскания квадрокоптера.

КПД

КПД двигателя рассчитывается путем деления тяги, создаваемой двигателем при 100% дроссельной заслонке, на мощность, производимую двигателем.

Измеряется в граммах на ватт (г / Вт). Чем выше это соотношение, тем эффективнее двигатель. Мы не собираемся все время летать на 100% газе; поэтому важно учитывать КПД двигателя во всем диапазоне дроссельной заслонки от 0% до 100%.

Некоторые двигатели могут быть эффективнее на нижнем конце кривой газа, а некоторые двигатели могут быть более эффективными на верхнем конце кривой газа. Поэтому важно выбрать правильный мотор в зависимости от стиля вашего полета.

Потребляемый ток

Ток, потребляемый двигателем, важен, потому что он помогает нам определить размер квадрокоптера, требуемый для этого конкретного двигателя.

Например, двигатель 1104 потребляет не более 10 А при 100% дросселировании, тогда как некоторые двигатели 2306 потребляют не более 40 А при 100% дросселировании.Соответственно, необходимо выбрать esc, чтобы на 20% больше номинального тока, чем ток, потребляемый двигателем на 100%.

Т.е. если двигатель потребляет максимум 30 А при 100% дроссельной заслонке, идеальным вариантом будет esc, рассчитанный на постоянный ток 36 А.

Также известен как пакетный рейтинг esc. Это максимальный ток, который esc может выдержать в течение короткого периода времени, не повредив себя.

Температура

Температура или тепло в целом со временем убивают двигатели. Если двигатели подвергаются длительному нагреву, магниты в роторе со временем теряют напряженность магнитного поля.Они размагничиваются со временем при постоянном нагревании и, как следствие, сокращают срок службы двигателя.


Основными причинами нагрева двигателя являются излишняя работа двигателя и использование более высоких дросселей в течение длительных периодов времени. Если вы профессиональный гонщик на дронах, вы будете бегать на более высоких оборотах, но если вы только начинаете, и двигатель нагревается, значит, двигатель перегружен.

Но производители двигателей компенсируют эту проблему, создавая охлаждающие ребра, которые помогают двигателю всасывать воздух в двигатель и охлаждают себя, что означает более длительный срок службы, при условии, что вы не разберетесь и не разрушите двигатель заранее.

Другие факторы, которые необходимо учитывать

Номера N и P

Типичный двигатель 22xx или 23xx будет иметь 12 полюсов и 14 магнитов. Этот номер будет обозначаться примерно как 12П14Н. Как показано на схеме, полюса присутствуют на статоре, а постоянные магниты находятся на роторе двигателя.

Одно- и многопроволочные провода

Одножильные провода, как следует из названия, состоят из одного медного провода, тогда как многожильные провода состоят из трех проводов меньшего размера, чтобы заменить один более толстый провод.Одножильные провода толще и намного лучше переносят тепло, выделяемое при использовании в высоковольтных сборках.

Многопроволочные провода легко ломаются или плавятся при более высоких рабочих температурах. Обычно многожильные провода более эффективны, потому что они уплотняют провода намного плотнее и ближе друг к другу, что создает более сильные магнитные поля и приводит к более мощным двигателям.

Магниты

Магниты в двигателе играют важную роль в определении мощности двигателя.

Дешевые двигатели будут иметь более слабые магниты и производить меньшую тягу по сравнению с дорогими двигателями, у которых будут более мощные магниты.

Некоторые двигатели более высокого класса даже имеют изогнутые магниты, которые повторяют форму ротора.

Магниты, используемые в бесщеточных двигателях, классифицируются на основе магнитной силы, например N52, N54 и т. Д., Чем выше, тем сильнее магнитное поле, создаваемое магнитами.

Обмотки двигателя

Еще одним фактором, который следует учитывать, является качество обмоток двигателя.Если двигатель имеет высококачественные медные обмотки, они будут обеспечивать меньшее сопротивление потоку токов и, таким образом, обеспечивать более высокий КПД и более длительное время полета.

Вес двигателя

Вес двигателя зависит от размера и материалов, из которых изготовлен двигатель. Чем больше двигатель, тем он тяжелее. Принимая во внимание, что двигатели, используемые на 5-дюймовом квадроцикле, обычно весят вместе с проводами около 30-40 граммов. Есть несколько очень легких моторов, таких как Emax RSII, который весит около 25 граммов для мотора 2306 с парой граммов для проводов.

Есть очень тяжелые двигатели, такие как двигатели Cobra 2204, которые весят около 34 граммов. Как говорится, на счету каждый грамм, особенно с моторами. Почему? Поскольку плечо момента увеличивается, чем тяжелее становится двигатель. Проще говоря, чтобы повернуть квадроцикл с увеличением на каждый грамм, требуется значительно большее усилие.

Но это не значит, что чем легче, тем лучше. Более легкие двигатели не так долговечны, как более тяжелые, потому что они были бы сделаны из более легких материалов для экономии веса.Следовательно, все сводится к тому, для чего вы собираетесь использовать мотор.

Монтажные схемы двигателя

Монтажные схемы двигателя также имеют значение, потому что они должны быть совместимы со всеми рамами, которые вы выбираете для установки двигателя. В настоящее время в большинстве 5-дюймовых квадроциклов используются двигатели размером от 2205 до 2407.

Все двигатели имеют монтажную схему (16×16) мм или (16×19) мм. Все современные рамы поддерживают все эти схемы крепления, и это не должно вызывать особого беспокойства.

На изображении выше показан бесщеточный двигатель в квадроцикле. Отверстия под винты будут присутствовать на статоре двигателя. Показанный выше двигатель или статор имеет монтажную схему 16×19 мм и использует винты 4 м3 для крепления двигателя к раме.

ТАКЖЕ ПРОЧИТАЙТЕ:

Как перемотать бесщеточный двигатель

Особенности, которые нужно искать в двигателях

Вал двигателя

В современных двигателях используются полые валы, а не сплошные валы в попытке уменьшить вес мотора.В этом есть свои плюсы и минусы.

Полые валы, очевидно, уменьшают вес двигателя, но они менее долговечны во время столкновений.

Невозможно заменить валы без замены всего ротора двигателя. Для строителей с ограниченным бюджетом полые валы – это плохо, но для тех, кто хочет сэкономить каждый грамм, полые валы – лучший выбор.

Воздушный зазор

Еще одним важным фактором для повышения производительности двигателя является воздушный зазор между статором и ротором. Чем ближе ротор к статору (магниты к обмоткам), тем эффективнее он преобразует ток.Чем меньше воздушный зазор, тем большую тягу создает двигатель, поскольку статор лучше прорезает магнитные поля.

Провода двигателя

Следующее, что влияет на производительность двигателя, – это калибр проводов двигателя. В двигателях используются провода 20 AWG или 18Awg (американский калибр). Серия Emax RS утверждает, что переход с провода калибра 22 на калибр 20 увеличил выходную мощность на 5%. Но в этом нет ничего страшного, если вы покупаете мотор и начинаете заниматься хобби.

Фиксирующие зажимы

Следующее, о чем мы поговорим, это фиксирующие зажимы или методы удержания статора и ротора. В основном мы используем 3 типа в нашем хобби.

  • E-образный зажим
  • C-образный зажим
  • Винтовые фиксаторы

Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки.

Например: E-клипсы трудно удалить, не сломав сам зажим. Винтовые фиксаторы легко снимаются и, следовательно, обеспечивают легкий доступ к статору и ротору.

Но фиксаторы винта со временем откручиваются и ослабляются из-за постоянной вибрации двигателя, а также рискуют перетянуть вал и затруднить вращение двигателя. Один клип нельзя рекомендовать перед другим. Все зависит от того, для чего будет использоваться двигатель и его применения.

Двигатели CW CCW

Есть 2 типа двигателей: двигатели вращения по часовой стрелке (CW) и против часовой стрелки (CCW). Они различаются только направлением вращения при сохранении остальных конструктивных параметров двигателя.На приведенной ниже диаграмме показана ориентация двигателя квадрокоптера, шестигранника и октадрона. Можно сделать вывод, что двигатели противоположной стороны вращаются в одном направлении. То же самое в гексагональных и окта-дронах.

Двигатели с голым дном ИЛИ Двигатели с закрытым дном

Последней тенденцией в квадроциклах являются двигатели с голым дном. Они экономят много веса (в целом 2 грамма), может показаться, что это немного, но это много для гонок на дронах. Это может быть разница между победой в гонке или проигрышем.

Это плюсы двигателей с голым дном, есть также несколько минусов для двигателей этого типа.

Во-первых, во время аварии мелкие камни и мусор могут попасть внутрь колокола и повредить магниты и катушки. Даже профессиональные гонщики часто попадают в аварию, поэтому для новичков будет хорошим выбором купить моторы с закрытым днищем, когда начинаешь заниматься хобби, потому что они более склонны к авариям. На фотографиях ниже изображены двигатели с голым и закрытым днищем.

Заключение

В этой статье предпринята попытка охватить большинство основных аспектов бесщеточного двигателя для квадроцикла. В будущем он будет изменен с некоторыми модификациями по мере необходимости.Есть так много вариантов на выбор, и мы подумали, что об этом стоит рассказать в другой статье. Мы надеемся, что эта статья каким-то образом помогла вам получить базовые знания о FPV. Спасибо, что прочитали, если вы остались до конца.

Бесщеточные двигатели постоянного тока | Двигатели BLDC от NANOTEC

Бесщеточные двигатели постоянного тока, сокращенно двигатели BLDC, несмотря на свое название, являются трехфазными синхронными машинами: ротор следует за магнитным полем вращения, и движение синхронно с напряжением переменного тока, приложенным к обмоткам.Этот тип двигателя часто называют «бесщеточным двигателем постоянного тока», потому что во многих случаях он заменяет двигатели постоянного тока щеточными (щеточные двигатели постоянного тока или коллекторные двигатели). В щеточном двигателе постоянного тока подается напряжение постоянного тока, генерирующее переменный ток, не зависящий от скорости, с помощью механического инвертора в двигателе – щеток.

Вместе с электронным контроллером привода, который берет на себя управление работой щеток и преобразует подаваемый постоянный ток в переменный, двигатель BLDC обеспечивает производительность, сравнимую с производительностью щеточного двигателя постоянного тока – без щеток, которые имеют ограниченный срок службы.Поэтому двигатели BLDC также называют двигателями EC (с электронной коммутацией), чтобы отличать их от двигателей с механической коммутацией и щетками.

Другой широко используемый термин – PMSM, что означает синхронный двигатель с постоянными магнитами. Здесь «постоянный магнит» используется, чтобы отличать себя от других синхронных двигателей, которые работают с обмоткой возбуждения на роторе, тогда как BLDC находится под постоянным напряжением. Другими словами, ротор двигателя создает магнитное поле с помощью постоянного магнита, даже если статор не находится под напряжением.

Термины PMSM и BLDC часто противопоставляются, чтобы различать двигатели PMSM с синусоидальным наведенным напряжением (противо-ЭДС) и двигатели BLDC с трапецеидальным наведенным напряжением (см. Ниже). Сегодня большинство двигателей BLDC демонстрируют синусоидальную обратную ЭДС.

1. Конструкция / типы

Большинство двигателей BLDC – это «двигатели с внутренним ротором», в которых ротор вращается с помощью постоянных магнитов на валу в неподвижном статоре с катушками. В двигателях с внешним ротором статор расположен внутри, а ротор состоит из вращающегося снаружи колоколообразного корпуса, в котором установлены магниты.

Преимущества двигателей с внутренним ротором заключаются в их низкой инерции ротора и превосходном рассеивании потерянного тепла. Напротив, в двигателях с внешним ротором тепловыделяющие катушки изолированы от окружающей среды корпусом ротора и магнитами. Из-за высокого момента инерции ротора и того факта, что корпус ротора трудно сбалансировать, двигатели с внешним ротором не подходят для очень высоких скоростей вращения.

Соответственно, двигатели с внутренним ротором используются в большинстве промышленных приложений.Двигатели с внешним ротором демонстрируют свои преимущества при массовом производстве, поскольку их производство дешевле. Они также могут быть короче и обычно имеют более низкий крутящий момент в состоянии покоя, а также более высокий крутящий момент – благодаря большему диаметру ротора при той же магнитной силе.

Оба двигателя обычно изготавливаются с тремя фазами. Однако есть и конструкции с одной или двумя фазами. Далее будут рассмотрены только трехфазные двигатели BLDC, потому что Nanotec производит только их.

Двигатели с внутренним и внешним ротором производятся с шлицевыми обмотками; здесь обмоточный провод наматывается на полюсные наконечники статора (железный сердечник), что позволяет линиям магнитного поля обмотки вытекать и концентрироваться в определенной форме. Статор состоит из тонких, взаимно смещенных изолированных металлических пластин, чтобы свести к минимуму потери на вихревые токи.

Особый формат конструкции внутренних роторов, который особенно важен для очень маленьких двигателей, – это бесшумные двигатели BLDC.Его статоры состоят только из металлических пластин кольцевой формы, а с внутренней стороны прикреплена плоская, склеенная или герметизированная обмотка. Поскольку здесь нет железного сердечника, индуктивность двигателя очень мала, а ток в обмотках увеличивается быстро. Кроме того, значительно снижаются потери в стали, а двигатели имеют высокий КПД. При медленной работе отсутствие пульсаций крутящего момента имеет положительный эффект. В отличие от стандартных двигателей BLDC, магнитное поле не усиливается на полюсных наконечниках и отсутствует зубцовый момент.Этот тип конструкции особенно важен для двигателей диаметром менее 40 мм, поскольку их удельная мощность значительно выше, чем у щелевых двигателей. Это связано с тем, что в результате производства у щелевых двигателей относительно большая часть статора всегда остается пустой между обмотками. С другой стороны, у двигателей с неработающим двигателем это монтажное пространство может быть полностью заполнено медной обмоткой. Чем меньше диаметр двигателей, тем больше проявляется преимущество бесшумных двигателей.

2. Контроллер привода / Коммутация

Двигатель BLDC вращается, потому что постоянный магнит на роторе пытается выровняться в направлении магнитного поля, создаваемого электромагнитами статора. При этом крутящий момент достигает максимума, когда оба магнитных поля перпендикулярны друг другу. Тип контроллера привода различают двумя способами: по форме подачи питания на обмотки (блочно или синусоидальный) или по способам определения положения ротора.Необходимо определить положение ротора, потому что токи в обмотках должны быть синхронизированы для переключения таким образом, чтобы магнитное поле статора всегда было перпендикулярно магнитному полю ротора, то есть он продолжал вращаться с желаемой скоростью.

2.1 Блочная коммутация

Положение ротора можно легко определить с помощью датчиков Холла в двигателе. Затем они могут быть переключены соответствующим образом выровненным магнитом на роторе в то время, когда необходимо переключить обмотку.Таким образом, три обмотки соответствуют трем датчикам Холла; их состояния определяют, как должны быть подключены обмотки. Если три обмотки переключаются цифровым способом, то есть на обмотках отсутствует ток или полный ток, это называется блочной коммутацией. Эта комбинация датчиков Холла и коммутации блоков технически является самым простым методом приведения в действие двигателя BLDC. Недостатком этого метода является то, что магнитное поле статора из-за дискретного переключения не всегда перпендикулярно магнитному полю ротора.Это происходит из-за того, что выравнивание магнитного поля статора остается постоянным до 60 °, тогда как ротор вращается дальше до следующей точки переключения. Датчики Холла расположены таким образом, что магнитное поле статора в середине перпендикулярно между двумя точками переключения, что приводит к соответствующей угловой погрешности в 30 ° в точках переключения. В результате крутящий момент на 13,4% (1 косинус [30 °]) ниже. Следовательно, при блочной коммутации на этом пике возникает пульсация крутящего момента, в шесть раз превышающая частоту электрического вращения двигателя.Это приводит к вибрациям и шумам; особенно на низких оборотах двигатель не будет вращаться равномерно. Вот почему блочная коммутация не подходит для приложений, в которых двигатели должны – по крайней мере периодически – работать медленно (менее примерно 10% от номинальной скорости). В среднем пульсация крутящего момента вызывает потерю прибл. 4,5% крутящего момента, а также соответствующее ухудшение КПД по сравнению с термически эквивалентным оптимальным питанием обмоток.

2.2 Коммутация синуса

Оптимальной формой подачи питания является синусоидальная коммутация, при которой каждая обмотка двигателя получает питание с помощью синусоидальной волны, смещенной на 120 °, в результате чего создается непрерывно вращающееся магнитное поле статора с постоянной напряженностью. Как правило, если для определения положения ротора доступны только датчики Холла, можно также использовать синусоидальную коммутацию путем интерполяции между точками переключения. В большинстве случаев это напрямую приводит к значительному улучшению характеристик мотора.Однако в случае изменения нагрузки между двумя датчиками Холла синусоидальная волна не может быть отрегулирована, что приводит к неправильному позиционированию магнитного поля. Это можно исправить только с помощью следующего сигнала датчика Холла.

Таким образом, для синусоидальной коммутации в идеале требуется система с более высоким разрешением для определения положения ротора. Обычно он состоит из оптического или магнитного кодировщика, который всегда с достаточной точностью определяет положение ротора и, соответственно, регулирует ток.

2.3 Полевое управление

Иногда управление, ориентированное на поле, все же отличается от синусоидальной коммутации; часто, однако, оба термина используются как синонимы. Эти термины используются взаимозаменяемо, поскольку синусоидальная коммутация, как описано выше, оптимально управляет магнитным полем статора.

Пока не учитывается, как работает сам регулятор тока, разница не будет очевидна в описании синусоидальной коммутации. Выше предполагалось, что будет генерироваться значение синусоидального тока, которое с достаточной скоростью будет вводиться в обмотку регулятором тока.Обе задачи, текущее значение (которое соответствует контуру управления крутящим моментом) и управление током обмоток, таким образом, обрабатываются отдельно при коммутации синусоид или, соответственно, выполняются отдельными контроллерами. Однако в этом случае регуляторы тока обмоток получают с увеличением скорости значение тока, которое изменяется с большей частотой. В то же время необходимо компенсировать все более сильное влияние обратной ЭДС двигателя. Поскольку полоса пропускания регулятора тока имеет верхний предел, на более высоких скоростях могут наблюдаться фазовые сдвиги и искажения протекания тока, так что магнитное поле статора больше не перпендикулярно ротору.

Управление, ориентированное на поле, решает эту проблему, управляя вектором тока непосредственно во вращающейся системе координат ротора. Для этого измеренные токи трех фаз преобразуются посредством преобразования Кларка-Парка в двухосную систему координат ротора. Таким образом, значение крутящего момента больше не будет сначала преобразовываться в значения тока, как в случае с синусоидальной коммутацией для отдельных обмоток, каждая из которых затем управляется отдельно; но вместо этого он одновременно управляется в системе координат уровня тока ротора и ориентации магнитного поля.Затем рассчитываются токи, протекающие для отдельных обмоток (посредством обратного преобразования Кларка-Парка). При использовании этого метода управление не зависит от частоты и даже при более высоких скоростях вращения всегда будет обеспечивать оптимальный синусоидальный ток.

2.4 Бездатчиковое управление

Бездатчиковое управление – это не дополнительный метод управления, а скорее термин для методов, которые могут определять положение ротора без датчиков (например, датчики Холла, энкодеры).Эти методы можно условно разделить на два класса:

Простое бессенсорное управление основано на прямом измерении обратной ЭДС в соответствующей обмотке без напряжения. Однако по сравнению со стандартным управлением этот метод требует специального оборудования и нестабилен ниже прибл. 20% от номинальной скорости двигателя, так как измерительный сигнал слишком мал. Кроме того, этот метод работает только в сочетании с блочной коммутацией, потому что при синусоидальной коммутации все три катушки всегда находятся под напряжением.

Более сложные решения основаны на так называемом «отслеживании наблюдателя», которое воспроизводит значения, которые нельзя измерить напрямую, такие как скорость или обратная ЭДС, из других значений, измеряемых контроллером тока. Ядром системы этого типа является чрезвычайно точная модель двигателя, которая параллельно с фактическим двигателем вычисляет из известных входных значений, таких как установленный ШИМ, те значения, которые также измеряются, например, текущий уровень в обмотка. Затем рассчитанные значения сравниваются с измеренными значениями в каждом цикле.Из-за ошибки наблюдения, определенной с помощью этого метода, внутренние значения модели двигателя постоянно корректируются. С помощью этого метода также получается более точная оценка для значений, которые фактически не измеряются, таких как скорость. Хотя этот метод работает только потому, что реакция обмотки изменяется в зависимости от скорости из-за индуцированного напряжения, непосредственно измеренные значения могут быть легко измерены даже на низких скоростях. Результатом является «виртуальный кодировщик», который передает информацию о положении и скорости, начиная с определенной минимальной скорости, с той же точностью, что и реальный оптический или магнитный кодировщик.Как и в этом методе, обратная ЭДС не должна измеряться напрямую, ее также можно комбинировать с синусоидальной коммутацией или полевым управлением.

Общим для обоих бессенсорных методов является то, что на холостом ходу информация о положении ротора не доступна, поэтому требуется специальный метод запуска. Как и в случае с шаговым двигателем, двигатель работает в управляемом режиме в течение нескольких циклов коммутации, пока он не достигнет требуемой скорости, и измерение без датчиков может определить положение ротора.

3. Важные параметры

Скорость холостого хода Макс. частота вращения ненагруженного двигателя, определяемая в первую очередь постоянной напряжения
Ток холостого хода Ток на холостом ходу (потребление необходимо для преодоления трения)
Номинальная частота вращения / номинальный крутящий момент Расчетная рабочая точка
Максимальный крутящий момент Моментально достижимый крутящий момент, обычно 3-кратный номинальный крутящий момент в течение прибл.5 с, затем прекращение нагрева => I2T
Постоянная крутящего момента (Нм / А) Указывает соотношение между крутящим моментом и током
Постоянная напряжения (В / об / мин) Наведенная обратная ЭДС на оборот

Как работают бесщеточные двигатели – HPI Racing

HPI с гордостью представляет флюс № 1151 Бесщеточная система для всех стилей электромобилей на радиоуправлении! Первое Система Flux идеально подходит для туристических автомобилей, багги и грузовики, способные легко разогнать ваш автомобиль или грузовик до скорости почти 50 миль в час с правильной передачей и аккумулятором!

Бесщеточная система Flux включает бесщеточный электронный регулятор скорости и бесщеточный двигатель Warp 5700.К сделать так, чтобы вам было легко добавить невероятный прирост скорости к любому электромобиль, багги или грузовик, вы можете получить бесщеточную систему Flux в удобном комбо паке, артикул 1151!

Warp 5700 – лучший выбор почти для всех масштабов 1/10 электрические туристические автомобили, багги и грузовики. Вы можете ехать очень быстро гоняй по трассе и получай невероятную скорость с одним и тем же мотором! Со стандартной 6-элементной батареей NiMH или 2S LiPo (7,4 В) вы можете разогнаться до 40 миль в час только со стандартной передачей! Когда настроен правильно, Warp 5700 – это эквивалент высокого качества 9- или 10-оборотный щеточный двигатель , использующий 6 никель-металлгидридных элементов – a очень мощный мотор!

# 100419 Флюс Warp 5700Kv Бесщеточный двигатель” href = “/ assets / images / kits / 10554 / warp5700.jpg “>

Характеристики Warp 5700:

  1. Мощный высокоскоростной бесщеточный двигатель – эквивалент «9,5» щеточный мотор
  2. Превосходное сочетание огромной мощности и необыкновенного эффективность
  3. Типоразмер стандартного двигателя типоразмера 540
  4. Элегантный корпус из анодированного алюминия в черный цвет
  5. Дизайн без обслуживания
  6. Наружные выступы под пайку для легкой замены проводов
  7. Прецизионные шарикоподшипники увеличенного размера для длительного срока службы
  8. Высокотемпературный неодимовый ротор с высоким крутящим моментом
  9. Бесшумная конструкция статора обеспечивает плавный линейный крутящий момент
  10. Простой 4-точечный монтаж для удобной установки
  11. Более длительное время работы по сравнению с аналогичным щеточным двигателем
  12. Легко ремонтируется с помощью подшипников и ротора. заменяемый пользователем
  13. Совместим с любым бессенсорным ESC

# 100419 Искривление флюса 5700 кВ Бесщеточный двигатель

Бесщеточный электронный регулятор скорости Motiv работает как «мозги» комбинации мощности Flux.Он имеет простой плагин возможность подключения к моторной серии Motiv, настоящая батарея Дина разъемы для передачи мощности с нулевыми потерями и длинного переключателя и приемник, так что вы можете установить его в любом месте вашего грузовика или автомобиля. Благодаря способности работать с двигателями разных размеров у вас есть возможность установки аккумуляторных батарей NiMH различного размера и различных типов LiPo аккумуляторы, чтобы получить максимальную отдачу от вашей бесщеточной системы Flux! Он небольшой по размеру, но огромен по мощности! Вы можете даже получите ссылку на предстоящее управление HPI, чтобы запрограммировать Motiv ESC с вашего компьютера!

# 100416 Флюкс Мотив Бесщеточный ESC » href = “/ assets / images / kits / 10554 / motiv.jpg “>

Характеристики регулятора скорости Flux Motiv:

  1. Бесщеточный / матовый спидометр заднего хода с программируемым реверсом локаут для гонок
  2. Малый размер: 46 x 36 x 23 мм (1,8 дюйма x 1,4 дюйма x 0,9 дюйма)
  3. Чрезвычайно легкий вес: 62,4 г (2,2 унции)
  4. Программируемая отсечка низкого напряжения LiPo **
  5. Высокопроизводительный алюминиевый радиатор с поперечной резкой
  6. Пропорциональное торможение для отличной управляемости при отключенной мощности
  7. Огромный объем непрерывной работы с мощностью (70 А * непрерывный / Импульсный ток 380А)
  8. Плавный запуск и работа с бессенсорными двигателями (Патенты В ожидании)
  9. Штекер аккумулятора
  10. Authentic Dean для надежной защиты от потерь соединение
  11. Долговечный выключатель
  12. Простое начальное программирование
  13. Возможность простой регулировки параметров спидометра с помощью кабеля HPI link (не входит в комплект)
  14. До 8 элементов NiMH (9.6) или 2S LiPo совместимость с 5700Kv двигатель, до 12 элементов NiMH (14,4 В) или 3S LiPo с двигателем 4600 кВ
  15. Управляет бесщеточными и стандартными щеточными двигателями (программа ESC для тип двигателя, который вы используете)

* Температура 25 ° C, минимальный расход воздуха 5 миль в час через радиатор. Лопаться ток: продолжительность <2 секунд, рабочий цикл 1%.
** ESC должен быть запрограммирован на отключение лития при использовании лития. батареи.

# 100416 Flux Motiv Бесщеточный ESC

Бесщеточная система Flux # 1151 Ответ HPI любителям и гонщикам, которым нужен мощный, универсальный и доступная бесщеточная моторная система.Варп-двигатели чрезвычайно мощный, очень прочный и высокоэффективный, чтобы доставить вам иду по дороге к победе! Двигатели HPI Warp – бессенсорные. двигателей, поэтому меньше проводов, о которых нужно беспокоиться, и меньше хлопот для тебя. Вы можете приобрести Motiv ESC и Warp мотор в комплекте, либо купить их по отдельности, чтобы оборудовать все ваши электромобили бесщеточными власть!

Владельцы

Flux Motiv могут обновить свои спидометры с помощью удобного ссылка на компьютер и бесплатное скачивание программного обеспечения! Программисты постоянное обновление программного обеспечения, загруженного в Flux Motive Speedo, и вы можете не отставать от них, приобретя ПК HPI Комплект для программирования USB.Этот комплект позволяет подключить спидометр. прямо на ваш ПК с Windows, чтобы сохранить настройки профиля, настроить гоночные профили, обновите программное обеспечение спидометра и многое другое!

Бесщеточная система Flux может работать с широким спектром двигателей и типы батарей – убедитесь, что вы используете правильный комбинация!

1. При оснащении двигателем Flux Warp 5700 или другими двигателями с мощностью 5700 кВ вы можете использовать до 8 никель-металлгидридных элементов или 2S LiPo аккумулятор.
2. При оснащении двигателем мощностью 4600 кВ вы можете использовать до 12 никель-металлгидридных элементов или батарея 3S LiPo.

Термин «Kv» обозначает количество оборотов в минуту. (Об / мин), которую двигатели будут пытаться выдавать на каждый приложенный вольт (v), и – стандартный термин для обозначения мощности бесщеточного двигателя. Вы можете найти буквы в различных комбинациях, таких как «кв», «кв» или «кв», но это в контексте бесщеточных двигателей понимается, что, однако, это все это означает одно и то же!

В наличии отдельно!
Flux Warp 5700Kv и Motive ESC также доступны отдельно. так что вы можете запрыгнуть на другие автомобили и грузовики!
# 100416 Flux Motiv Бесщеточный ESC
# 100419 Flux Warp 5700Kv Бесщеточный Двигатель
# 1151 Flux Brushless System (с Motiv ESC и мотор Warp 5700)

Во-первых, как работают щеточные двигатели
Чтобы узнать, почему бесщеточные двигатели такие эффективные и мощные, нужно помогает узнать, как работают стандартные щеточные двигатели.

В обычном электродвигателе RC, например, в том, что вы найдете в автомобиль Sprint 2 или грузовик E-Firestorm, вы найдете два провода (положительный и отрицательный), которые связаны с определенными точками в концевик мотора, два изогнутых постоянных магнита внутри корпуса или «банка» двигателя, и вращающийся вал с намотанными проводами вокруг него, что спускается к центру двигателя. Вал и соединенные вместе провода известны как «якорь» двигателя, а при на одном конце крепится ведущая шестерня двигателя – на другом конец – это медная секция, она называется «коммутатором».

Прикосновение к коммутатору для передачи электроэнергии на арматура – две «щетки». Как видно из диаграммы выше, провода, идущие от спидометра, подводят питание к щеткам, которые физически контактируют с коммутатором, превращая якорь в основной электромагнит при подаче электричества.

Как вращается стандартный двигатель
Когда на электромагнит подается питание, один конец становится северный «полюс», а другой становится южным полюсом.Поскольку северный полюс любого магнита автоматически отталкивается от северного полюс другого магнита, якорь двигателя захочет вращаться, чтобы его северный полюс обращен к южному полюсу постоянных изогнутых магнитов установлен внутри корпуса двигателя. Поскольку якорь вращается, чтобы сделать северный / южный полюса встречаются, электрический заряд, приложенный к якорь переворачивается, поэтому полюса снова отталкиваются друг от друга и они заставляют арматуру вращаться, вращая ведущую шестерню и вашу машину или трансмиссия грузовика.Большинство электродвигателей имеют три полюса. вместо двух – это предохраняет аккумулятор от короткого замыкания, снижает эффективность, а также предотвращает попадание двигателя застрял в одном положении.

Ограничения стандартных двигателей
Ограничения щеточных двигателей разъясняются, когда вам необходимо получить от них огромное количество мощности и скорости. Потому что кисти должен постоянно находиться в физическом контакте с коммутатором, от них возникает значительное трение, особенно на высоких скоростях.Любой дефект коллектора заставляет щетки подпрыгивать и теряют контакт, что снижает эффективность двигателя. Вот почему гонщики правда, коммутатор их гоночных двигателей почти после каждого запуска, почти так же часто меняют щетки мотора. Есть также значительный электрический шум, создаваемый неэффективными цепями, коллектор и щетки со временем изнашиваются, что требует замена деталей мотора, или всего дела.

Теперь, как работают бесщеточные двигатели
Основное объяснение конструкции бесщеточного двигателя состоит в том, что он похож на щеточный мотор, за исключением того, что все «наизнанку» а кистей нет вообще.Постоянные магниты, которые обернуть якорь в обычном двигателе вместо этого вокруг вала двигателя, и этот узел называется ротором. В катушки с проволокой расположены вокруг внутренней части корпуса двигателя, что делает несколько разные магнитные полюса. В сенсорном бесщеточном двигателе есть датчики на роторе, которые отправляют сигналы обратно на электронную скорость контроль.

Почему бесщеточные двигатели намного эффективнее, чем щеточные двигатели
Кроме шарикоподшипников, на которых вращается ротор, нет физическое соединение вообще, автоматически делая бесщеточный двигатель более эффективен и долговечен, потому что нет трение щеток и коллектора.Имея компьютер ( speedo) контроль вращения ротора также значительно увеличивается эффективность. Также нет искры от щеток к коммутатору, поэтому электрические помехи резко снижаются, и, наконец, катушки намного легче сохранять в холодном состоянии, что повышает эффективность даже дальше.

Есть ли недостатки у бесщеточного моторы?
Единственный возможный недостаток бесщеточной моторной системы – это повышенная начальная стоимость, однако любой, кто знаком с обслуживанием мощные, сильно изношенные щеточные двигатели будут знать, что вы быстро увидеть значительную экономию, потому что вы не будете заменять моторные щетки, щеточные пружины, якоря или целые моторы…КОГДА-ЛИБО!

Насколько бесщеточные двигатели могут быть дешевле стандартных моторы?
Стоимость гонок на щеточном моторе типичного туристического автомобиля может увеличиться. до 3-5 евро за цикл, если вы заменяете щетки каждый раз, когда сделать 5-минутную гонку. Добавьте к стоимости различные пружины (четыре пары пружин по 3 евро за пару), токарный коммутатор по цене более 90 Евро, алмазный наконечник для токарного станка более 50 евро, затем дополнительно аккумулятор для токарного станка, и у вас есть гоночный счет на ваши руки!

Бесщеточные двигатели действительно нет поддержание’?
Да! Они настолько экономят время, что гонщики по всему миру имеют заново открыл для себя радость веселья в зоне ямы.Они нет им больше приходится иметь дело со всем, что они раньше делали со своими моторы между гонками: снятие мотора, разборка, связь правка, замена щеток, повторная сборка, обкатка и, наконец, переустановка … на это уходит довольно много времени и денег. каждый гоночный день!

Единственная возможная потребность в обслуживании – это хорошо используемые бесщеточные двигатели, для которых может потребоваться очистка или замена подшипников. Однако это бывает редко, поэтому даже не должно быть. классифицируется как регулярное техническое обслуживание.

Почему бессенсорное?
Помимо основных размеров и разницы в мощности, бесщеточные двигатели Доступны два основных типа: сенсорный и бессенсорный. Сенсорный в двигателях используются очень маленькие датчики на роторе, а также дополнительный набор тонкие провода, которые соединяют двигатель со спидометром, в дополнение к три толстых провода, которые дают двигателю мощность. Дополнительные провода сообщить спидометру положение якоря двигателя, когда он вращается, сотни раз в секунду. Это дает огромное количество данных к спидометру, и “мозг” спидометра принимает эти данные и объединяет его с входом газа от радиосистемы, чтобы сделать мотор вращается максимально плавно и эффективно.Все это делает отличную систему для гонщиков высшего уровня, но делает спидометры и моторы немного дороже и немного сложнее установить и использовать.

Бессенсорная бесщеточная система, как нетрудно догадаться, не имеет эти датчики и лишние провода, и якорь мотора раскручивается без передавая его точную точность обратно на спидометр каждую миллисекунду. Это упрощает изготовление двигателя и спидометра, упрощает его изготовление. установить, легче настроить и дешевле в целом. Бессенсорная система обеспечивает ту же мощность, что и сенсорный тип, только с чуть меньше точности – идеально подходит для спортивных гонщиков, в целом любители и почти все, кто не хардкор, путешествующий по миру гонщик.

В HPI мы решили, что нашим клиентам почти никогда не понадобится точность, доступная от сенсорных систем, и мы выбран для использования популярной бессенсорной бесщеточной системы для Flux серии.

Мы надеемся, что эта бесщеточная грунтовка для двигателей все, что вам нужно знать о том, почему бесщеточная система HPI Flux лучший выбор для вас! По мере расширения линейки Flux вы будете в состоянии получить больший выбор для всех ваших потребностей в электрической скорости!

Различия между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока

Я никогда не забуду свой первый проект, связанный с двигателями.

Я построил небольшой лифт для научного проекта еще в начальной школе. Конечно, он отлично работал на этапе тестирования, но не работал, когда рассчитывал. Я использовал дерево, чтобы построить каркас шахты лифта, и я использовал систему шкивов с веревками, чтобы поднимать и опускать картонную коробку. (Это было до того, как я изучил передаточное число шкивов, поэтому мой лифт был больше похож на сиденье с выталкивателем, чем на лифт.)

Для управления движением я использовал в своем проекте аккумулятор, выключатель и двигатель постоянного тока.Короче говоря, так как я был так сосредоточен на тестировании, моя батарея фактически разрядилась перед демонстрацией. Оглядываясь назад, я должен был заменить батарею незадолго до демонстрации. Учитель по-прежнему поставил мне оценку «ОК», поскольку кто-то видел, как работает лифт, и поручился за меня.

Это был мой первый опыт работы с двигателем постоянного тока. Сможете угадать, какой тип двигателя постоянного тока я использовал?

Типы двигателей постоянного тока

Есть два типа двигателей постоянного тока – щеточные и бесщеточные.Оба они являются двигателями постоянного тока с постоянными магнитами, поскольку оба используют сегментированный ротор с постоянными магнитами. Эти двигатели обычно используются для управления скоростью.

Драйвер или нет драйвера?

Первое отличие заключается в их названиях. Один использует кисти, а другой нет. Щеточные электродвигатели постоянного тока также известны как электродвигатели постоянного тока с автоматической коммутацией. Его конструкция и конструкция позволяют ему работать без схемы привода, о которой я расскажу позже. Бесщеточные двигатели постоянного тока не могут самостоятельно коммутироваться, поэтому для них требуется схема управления, в которой используются транзисторы для направления тока на различные обмотки двигателя.

Конструкция и работа

Двигатель активирует набор электромагнитов в своем статоре в последовательности, чтобы создать вращение с помощью ротора с постоянными магнитами. Северный полюс статора будет притягивать южный полюс двигателя. Это теория работы всех двигателей постоянного тока с постоянными магнитами. Они делают это иначе.

Чтобы понять, почему эти двигатели ведут себя так, как они, нам нужно понять его конструкцию.

Вот как щеточные моторы и бесщеточные моторы выглядят внутри.На изображении ниже мы показываем щеточный двигатель с постоянными магнитами в статоре вместо ротора. Иногда постоянные магниты могут находиться в роторе в зависимости от производителя. При наличии катушек обмотки в роторе тепло не излучается так же хорошо, как при наличии катушек обмотки в статоре.

На верхнем левом изображении показаны коммутатор и щетки. На нижнем правом изображении показан тот же двигатель спереди. Внутри двигателя установлен электрод в виде щеток и коммутатор.Коммутатор вращается вместе с ротором, а статор неподвижен. В этом моторе два полюса постоянного магнита – северный и южный.

Когда источник питания подключен к стационарным щеткам, в роторе возбуждается определенный набор электромагнитов (катушек), который притягивает следующий полюс магнита и отталкивает текущий полюс статора. Как только ротор вращается к следующему набору электромагнитов, щетки механически переключаются на следующий набор электромагнитов в роторе.Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет отключено питание. Направление двигателя можно изменить, переключив полярность источника питания.

На следующем изображении показан бесщеточный двигатель с постоянными магнитами на роторе вместо статора, который мы делаем. Одним из преимуществ этой конструкции является то, что катушки обмотки статора, которые производят больше всего тепла, могут рассеивать тепло быстрее, чем двигатель с катушками в центре.

На верхнем левом изображении показаны ротор, статор и ИС на эффекте Холла в задней части двигателя.В отличие от щеточных двигателей, бесщеточные двигатели используют специальную схему драйвера для контроля обратной связи от двигателя, а драйвер использует транзисторы для электрического возбуждения полюсов статора для вращения ротора. Они также известны как бесщеточные двигатели постоянного тока или двигатели BLDC. Oriental Motor использует термин «бесщеточные двигатели», поскольку мы предлагаем эти двигатели с входными драйверами переменного или постоянного тока. На нижнем правом изображении показана передняя сторона двигателя. У нас есть 6 полюсов статора (электромагнитов) и 4 полюса ротора (постоянные магниты) в этом двигателе.

ИС на эффекте Холла определяет постоянные магниты в роторе при его вращении, преобразует аналоговый сигнал в цифровой, а затем отправляет данные обратно в схему драйвера. Затем драйвер использует данные, чтобы определить правильную синхронизацию для фазового возбуждения. Обратная связь также используется для регулирования скорости двигателя.

На изображении ниже показано, как силовая цепь драйвера включает и выключает определенные катушки обмотки с транзисторами. Мы показываем 12-ступенчатую последовательность возбуждения транзистора с обмотками U, V и W.После 12 шагов цикл повторяется.

Большинство наших бесщеточных двигателей теперь 10-полюсные. Выходное разрешение ИС на эффекте Холла равно количеству полюсов ротора ИС на эффекте Холла, то есть 3 ИС x 10 полюсов = 30 импульсов на оборот. Некоторые бесщеточные двигатели, такие как серия BXII, предлагают энкодер для приложений, требующих более высокого разрешения.

Обратная связь

Еще одно очевидное различие между щеточными и бесщеточными двигателями заключается в том, что для правильной работы требуется обратная связь.Сигналы обратной связи от его ИС на эффекте Холла предоставляют данные о вращении и необходимы для правильной синхронизации фазового возбуждения.

Усовершенствованные драйверы бесщеточного двигателя могут предлагать некоторые уникальные функции, недоступные для простых контроллеров двигателей с щеткой, такие как сохраненные профили скорости и связь через RS-485. Датчики обратной связи и тока в бесщеточных двигателях могут обеспечивать функцию ограничения крутящего момента, что может быть полезно для приложений с натяжением.Хотя первоначальные затраты на бесщеточные двигатели выше, при выборе двигателя следует учитывать их преимущества.

Характеристики управления скоростью

Как щеточные, так и бесщеточные двигатели обладают одинаковой производительностью. Их кривые крутящего момента такие же, как показано ниже. Для щеточных двигателей скорость и крутящий момент можно контролировать, изменяя входное напряжение двигателя. Однако повышенное напряжение иногда может слишком сильно увеличить нагрев и снизить рабочий цикл двигателя.

Бесщеточные приводы электродвигателей ограничивают кривую крутящего момента для достижения наилучшей производительности, поэтому вы всегда можете рассчитывать на одинаковую отличную производительность каждый раз.Для бесщеточных двигателей последовательность возбуждения водителя должна увеличиваться, чтобы двигатель вращался быстрее.

Сводка / сравнение

Вы, должно быть, догадались, что в моем проекте лифта я использовал щеточный двигатель.

Хотя бесщеточные двигатели намного лучше, щеточный двигатель выполнил свою работу для моего простого одноразового проекта. Кроме того, я не знал, как создать драйвер, и мне действительно нужно было снизить затраты.

Вот краткое изложение различий между щеточными и бесщеточными двигателями .

Хотя щеточные двигатели просты и дешевле в эксплуатации, они обычно используются в приложениях, где длительный срок службы или техническое обслуживание не являются серьезной проблемой.

Щетки всегда соприкасаются, поэтому со временем они изнашиваются из-за трения, и их нужно будет периодически заменять. Это может повлечь за собой нежелательные изменения в конструкции, так как двигатели должны быть доступны для обслуживания.

Внутри бесщеточного двигателя контактируют только шариковые подшипники, поэтому они не требуют периодического обслуживания.

Бесщеточные двигатели также тише и служат дольше, чем щеточные двигатели постоянного тока. Щеточная коммутация также является основным источником электрического и звукового шума, который может влиять на другие электронные сигналы или требовать принятия мер по снижению шума.

Искры от коммутации щеток ограничивают среду, в которой щеточные двигатели могут безопасно работать.

Поскольку бесщеточные двигатели обеспечивают более высокую энергоэффективность, эти двигатели могут быть более компактными из-за высокого отношения крутящего момента к весу и большего крутящего момента на ватт.

Наконец, датчики Холла в бесщеточных двигателях регулируют скорость примерно с точностью +/- 0,2%. Для энкодеров это значение составляет + / 0,05%.

Бесщеточные двигатели становятся более популярными, чем щеточные. В то время как щеточные двигатели по-прежнему широко используются в бытовых приборах и автомобилях, бесщеточные двигатели более универсальны для широкого спектра применений, от конвейеров до грузовых автомобилей.

Хотите узнать больше? Сравните в этом техническом документе бесщеточные и щеточные двигатели с двигателями переменного тока.

Вот небольшой ролик про нашу.

Спасибо, что прочитали мой пост. Пожалуйста, подпишитесь, чтобы и дальше получать мои сообщения.

Знакомство с бесщеточными двигателями постоянного тока

Бесщеточные двигатели постоянного тока широко используются в промышленности по всему миру. На самом базовом уровне существуют щеточные и бесщеточные двигатели, а также двигатели постоянного и переменного тока. Бесщеточные двигатели постоянного тока, как вы понимаете, не содержат щеток и используют постоянный ток.

Эти двигатели обладают многими конкретными преимуществами по сравнению с другими типами электродвигателей, но, выходя за рамки основ, что именно представляет собой бесщеточный двигатель постоянного тока? Как это работает и для чего используется?

Как работает бесщеточный двигатель постоянного тока

Это часто помогает сначала объяснить, как работает щеточный двигатель постоянного тока, поскольку они использовались некоторое время до того, как стали доступны бесщеточные двигатели постоянного тока. Почищенный щеткой двигатель постоянного тока имеет постоянные магниты снаружи своей конструкции и вращающийся якорь внутри.Постоянные магниты, которые неподвижны снаружи, называются статором. Якорь, который вращается и содержит электромагнит, называется ротором.

В щеточном двигателе постоянного тока ротор вращается на 180 градусов, когда электрический ток проходит через якорь. Чтобы продолжить, полюса электромагнита должны перевернуться. Щетки, когда ротор вращается, контактируют со статором, меняя магнитное поле и позволяя ротору вращаться на полные 360 градусов.

Бесщеточный двигатель постоянного тока по существу перевернут наизнанку, что устраняет необходимость в щетках для изменения электромагнитного поля.В бесщеточных двигателях постоянного тока постоянные магниты находятся на роторе, а электромагниты – на статоре. Затем компьютер заряжает электромагниты в статоре, чтобы вращать ротор на полные 360 градусов.

Для чего используются бесщеточные двигатели постоянного тока?

Бесщеточные двигатели постоянного тока обычно имеют КПД 85-90%, в то время как щеточные двигатели обычно имеют КПД только 75-80%. Щетки со временем изнашиваются, иногда вызывая опасное искрение, ограничивая срок службы двигателя с щеткой. Бесщеточные двигатели постоянного тока тихие, легкие и имеют гораздо более длительный срок службы.Поскольку компьютеры управляют электрическим током, бесщеточные двигатели постоянного тока могут обеспечить гораздо более точное управление движением.

Благодаря всем этим преимуществам, бесщеточные двигатели постоянного тока часто используются в современных устройствах, где требуется низкий уровень шума и мало тепла, особенно в устройствах, которые работают в непрерывном режиме. Это могут быть стиральные машины, кондиционеры и другая бытовая электроника. Они могут даже быть основным источником энергии для сервисных роботов, что потребует очень тщательного контроля силы из соображений безопасности.

Бесщеточные двигатели постоянного тока обладают рядом явных преимуществ по сравнению с другими типами электродвигателей, поэтому они нашли применение во многих предметах домашнего обихода и могут стать основным фактором роста сервисных роботов внутри и за пределами промышленного сектора.

Если вы считаете, что ваше приложение может извлечь выгоду из этой технологии, просмотрите список поставщиков и интеграторов бесщеточных двигателей постоянного тока.

Бесщеточный и щеточный электродвигатели: почему вы должны знать разницу

Электродвигатель дрели предназначен для преобразования электроэнергии в механическое движение.На рынке представлен широкий спектр двигателей, которые могут работать с различными приложениями и с различными требованиями к мощности. Двумя наиболее распространенными типами двигателей являются бесщеточные и щеточные двигатели. Хотя они основаны на одних и тех же физических принципах, их структура, характеристики и управление значительно различаются.

… Спешите?

См. Нашу Наша бесщеточная дрель №1, имеющая рейтинг 4,7 из 5 звезд и почти 300 отзывов клиентов.

Бесщеточный двигатель, который становится все более популярным среди домашних пользователей и профессиональных пользователей, не является новым для рынка. Чтобы понять его происхождение, важно вернуться к изобретениям г-на Эрнста Вернера фон Сименса в 1856 году. Несмотря на то, что изобретения были рудиментарными, за десятилетия они претерпели ряд улучшений, одним из которых был реостат для точного управления скоростью вращения. вала.

Путь к известности бесщеточного двигателя начался в начале 1960-х годов с появлением силового диммера, способного преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный (DC).В 1962 году Т. Г. Уилсон и П. Х. Трики опубликовали статью, описывающую бесщеточный двигатель, работающий на постоянном токе. Агрегаты были оснащены технологией, которая использовала магнетизм и последовательно противодействовала электрическому устройству. Главным открытием концепции бесщеточного двигателя стало отсутствие физического переключателя для передачи тока.

Однако только в 1980-х годах бесщеточный двигатель действительно хорошо стартовал. Большая доступность постоянных магнитов в сочетании с высоковольтными транзисторами позволила этому типу двигателя генерировать такую ​​же мощность, как и щеточные двигатели.Усовершенствования бесщеточного двигателя не ослабевают в течение последних трех десятилетий. Это изменило способ производства эффективных буровых инструментов производителями сверл. В свою очередь, клиенты пользуются ключевыми преимуществами, связанными с разнообразием и меньшими требованиями к техническому обслуживанию.

Как работает дрель?

Основное различие между бесщеточными и щеточными двигателями для сверл состоит в том, что щеточные варианты сделаны из углерода, а в бесщеточных двигателях используются магниты для выработки энергии.По этой причине бесщеточные двигатели лучше адаптированы, не вызывают трения, меньше нагреваются и обеспечивают лучшую производительность. Кроме того, бесщеточные агрегаты значительно сокращают техническое обслуживание, которое сводится к пыли и замене изношенных щеток.

В бесщеточном двигателе коммутация обмоток не механическая, а управляется электроникой с помощью устройства, известного как контроллер. Это преобразует постоянный ток в трехфазный ток переменной частоты и последовательно питает катушки двигателя для создания вращающегося поля.Понятно, что при таком силовом принципе катушки закреплены в двигателе и не вращаются, как в щеточных двигателях.

Все бесщеточные двигатели имеют относительно схожую конструкцию. Они поставляются с неподвижным статором, на котором держатся катушки, и подвижным ротором, на который наклеены постоянные магниты. Обмотки могут быть построены по-разному: в форме звезды или треугольника. Большинство бесщеточных машин имеют внутренний ротор, который быстро вращается до 100 000 об / мин.

Что такое кисти?

Щетки необходимы для правильного функционирования щеточных моторных инструментов, таких как дрели, отбойные молотки, строгальные станки, кусторезы и шлифовальные машины.Угольные щетки выбирают в зависимости от марки и типа инструмента. Они устанавливаются на неподвижной части двигателя, чтобы обеспечить оптимальную передачу мощности на ротор (вращающуюся часть). Они обеспечивают переключение без искры.

Работая попарно, эти компоненты изнашиваются и подвержены трению. Угольные щетки постоянно контактируют с контактными кольцами. Эти компоненты изготовлены из графита и бывают разных типов. Они могут быть оснащены пружиной, коннектором (провод со штекером) или без щеткодержателя.Щетки бывают разных размеров и форм (в основном квадратные, прямоугольные) и могут иметь канавки для улучшения направления.

Скорость сверла указывается как часть крутящего момента, который зависит от силы магнитного поля. Подпружиненные угольные щетки прикреплены к пружине, которая снабжена пластиной для обеспечения плавной передачи мощности. В некоторых случаях щетки устанавливаются на щеткодержателе с пружиной, предназначенной для увеличения тяги.

С другой стороны, дробящие щетки используются для остановки работы двигателя и, в конечном итоге, сверла до полного износа графитового материала.Это нацелено на поддержание оптимальной производительности.

Производители переносных электроинструментов, включая дрели, обычно продают щетки, совместимые с их станками. Размеры выражаются в миллиметрах или дюймах, которые представляют толщину, глубину и ширину. Однако эти характеристики могут отличаться от одного производителя к другому.

Недостатки щеточных двигателей

Хотя щеточные двигатели недороги, надежны и обладают высоким крутящим моментом или передаточным числом инерции, они также имеют ряд недостатков.Эти компоненты со временем изнашиваются, образуя пыль. Этот тип двигателя требует регулярного обслуживания для очистки или замены щеток. Они также имеют низкую теплоотдачу из-за ограничений ротора, высокой инерции ротора, низкой максимальной скорости и электромагнитных помех (EMI) из-за дуги на щетках.

Принцип работы бесщеточных двигателей такой же, как и у двигателей со щетками (управление переключением с использованием внутренней обратной связи по положению вала), но их общая конструкция отличается.Конструкция бесщеточных агрегатов снижает внутреннее сопротивление и помогает рассеивать тепло, выделяемое в обмотках статора. Таким образом, эффективность выше, поскольку тепло от катушек может рассеиваться более эффективно благодаря гораздо большему стационарному корпусу двигателя.

В отличие от щеточного двигателя, в бесщеточном блоке постоянный магнит установлен на роторе. Статор изготовлен из рифленого стального проката и содержит обмотки катушки. С другой стороны, щеточные устройства требуют небольшого количества внешних компонентов или вообще не требуют их и поэтому хорошо работают в ограниченных условиях.

Что такое бесщеточный дрель?

Прочтите полный обзор дрели Dewalt 20v max

. Чтобы понять, что означает «бесщеточный», необходимо рассмотреть базовую конструкцию этих двигателей. Обмотки статора могут быть расположены звездой (или Y) или треугольником. Прокатку стали можно производить с канавками и без них. Двигатель дрели без пазов имеет меньшую индуктивность. Следовательно, он может работать быстрее и вызывать меньше пульсаций на более низких скоростях. Его главный недостаток – более высокие факторы стоимости, поскольку необходимо увеличивать количество обмоток, чтобы компенсировать большее воздушное пространство.

Число полюсов ротора может варьироваться в зависимости от области применения. Чем больше полюсов, тем больше крутящий момент, но снижается максимальная скорость. Материал, используемый для изготовления постоянных магнитов, также влияет на максимальный крутящий момент, который увеличивается с увеличением плотности магнитного потока.

Поскольку переключение должно выполняться электронным способом, управление бесщеточным двигателем намного сложнее, чем в простых схемах, связанных с щеточными агрегатами. Используются как аналоговые, так и цифровые методы управления.Базовый блок управления аналогичен блоку управления щеточными двигателями, но управление с обратной связью является обязательным.

В бесщеточных двигателях используются три основных типа алгоритмов управления: трапецеидальная коммутация, синусоидальная коммутация и векторное (или ориентированное на поле) управление. Каждый алгоритм управления может быть реализован по-разному в зависимости от кода программного обеспечения и конструкции оборудования. У каждого есть свои преимущества и недостатки.

Трапецеидальная коммутация требует простейшей схемы и управляющего программного обеспечения, что делает ее идеальным решением для приложений начального уровня.Он использует шестиэтапный процесс с использованием обратной связи по положению ротора. Трапецеидальное переключение эффективно контролирует скорость и мощность двигателя, но страдает от пульсации крутящего момента во время переключения, особенно на низких скоростях.

Бездатчиковое переключение (оценка положения ротора путем измерения обратной ЭДС двигателя) обеспечивает впечатляющую производительность за счет большей сложности алгоритма. Благодаря удалению датчиков на эффекте Холла и их интерфейсных схем, это бездатчиковое переключение снижает затраты на компоненты и установку и упрощает конструкцию системы.Это помогает ответить на вопрос, что такое бесщеточный двигатель?

Преимущества бесщеточного двигателя

Прочтите полный обзор Makita 18v Drill

Технология бесщеточного двигателя не только увеличивает мощность ваших аккумуляторных электроинструментов, но и продлевает их срок службы. С этими двигателями у вас практически не будет забот об обслуживании.

Бесщеточная технология имеет множество преимуществ. Отсутствие щеток избавляет от проблем, связанных с перегревом и поломками. Таким образом, срок службы бесщеточного двигателя зависит только от подшипников.Бесщеточный двигатель компактнее и в два-три раза легче щеточных агрегатов. Это улучшает портативность, а также снижает вибрацию и шум.

Электронная коммутация обеспечивает точное позиционирование. Двигатель развивает скорость до 50 000 об / мин с оптимально сбалансированными роторами. Электронный модуль обеспечивает большую гибкость с более широким диапазоном вариаций и, в особенности, поддержание крутящего момента с самого начала.

Эффективность значительно повышается без трения между ротором и статором.Тепло и трение уменьшаются, а энергия батареи оптимизируется. Это увеличивает мощность и автономность до 25 процентов с обычными батареями. По словам производителей, последние поколения литий-ионных аккумуляторов обеспечивают до 50 или даже 60 процентов повышенной автономности.

Отсутствие трения позволяет двигателю работать без искрения даже при интенсивных нагрузках. Бесщеточная технология не имеет зоны контакта, что значительно снижает износ и обслуживание.Это дает несколько преимуществ: двигатель более энергоэффективен, предотвращает перегрев, устраняет необходимость замены щеток, а пользователи получают более длительный срок службы батареи – вы обнаружите, что лучшая аккумуляторная дрель работает на бесщеточном двигателе.

Щеточные и бесщеточные двигатели: зачем нужны дополнительные расходы?

В обычном электродвигателе ротор (вращающаяся часть машины) приводится в движение внутри статора (неподвижная часть). Оба соединены электрическим соединением: коллектором или коммутатором, который контактирует с небольшими угольными щетками.

В бесщеточной технологии ротор состоит из магнитов, а статор – из катушек, которые поочередно заряжаются положительно или отрицательно. Таким образом, полюса притягиваются и отталкиваются, позволяя двигателю вращаться. Преимущество заключается в отсутствии физического контакта между ротором и статором. Энергия передается от одного к другому через магнетизм между электромагнитами.

Приведенный в действие постоянным током, двигатель работает с переменным током, вырабатываемым электронной платой, которая преобразует постоянный ток в трехфазную переменную частоту.Таким образом, катушки питаются поочередно, чтобы создать вращающееся поле и, следовательно, вращение. Электронный модуль, встроенный в двигатель или в корпус, непрерывно регулирует ток, чтобы двигатель работал с максимальной эффективностью. Это улучшает общую производительность и, таким образом, обеспечивает реальное соотношение цены и качества.

Что лучше: бесщеточный или щеточный мотор?

Таким образом, бесщеточные двигатели лучше щеточных. Пользователи могут воспользоваться преимуществами сокращенного обслуживания, повышения эффективности, снижения тепловыделения и шума.Бесщеточные двигатели представляют собой синхронные блоки с одним или несколькими постоянными магнитами. Электроинструменты с бесщеточным двигателем теперь считаются продукцией высокого класса.

Двигатель постоянного тока состоит из двух электрических частей: статора и ротора. При включении двигателя он создает магнитное взаимодействие, которое приводит двигатель в движение. Когда вы меняете направление напряжения, питающего двигатель, он вращается в противоположном направлении.

Ознакомьтесь с другими аккумуляторными дрелями

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *