Управление бесколлекторным: Управление бесколлекторным двигателем по сигналам обратной ЭДС – понимание процесса

Управление бесколлекторным двигателем по сигналам обратной ЭДС – понимание процесса

Когда я начал разрабатывать блок управления бесколлекторным двигателем (мотор-колесом), было много вопросов о том, как сопоставить реальный двигатель с абстрактной схемой из трех обмоток и магнитов, на которой, как правило, все объясняют принцип управления бесколлекторными двигателями.

Когда я реализовал управление по датчикам Холла я еще не очень понимал, что происходит в двигателе дальше абстрактных трех обмоток и двух полюсов: почему 120 градусов и почему алгоритм управления именно такой.

Все встало на место, когда я начал разбираться в идее бездатчикового управления бесколлекторным двигателем — понимание процесса, происходящего в реальной железке, помогло разработать аппаратную часть и понять алгоритм управления.

Ниже я постараюсь расписать свой путь к пониманию принципа управления бесколлекторным двигателем постоянного тока.


Для работы бесколлекторного двигателя необходимо чтобы постоянное магнитное поле ротора увлекалось за вращающемся электромагнитным полем статора, как и в обычном ДПТ.

Вращение магнитного поля статора осуществляется коммутацией обмоток с помощью электронного блока управления.

Конструкция бесколлекторного двигателя схожа с конструкцией синхронного двигателя, если подключить бесколлекторный двигатель в трехфазную сеть переменного тока, удовлетворяющую электрическим параметрам двигателя, он будет работать.

Определенная коммутация обмоток бесколлекторного двигателя позволяет управлять им от источника постоянного тока. Чтобы понять, как составить таблицу коммутаций бесколлекторного двигателя необходимо рассмотреть управление синхронной машиной переменного тока.

Синхронная машина

Синхронная машина управляется от трехфазной сети переменного тока. Двигатель имеет 3 электрические обмотки, смещенные между собой на 120 электрических градусов.

Запустив трехфазный двигатель в генераторном режиме, постоянным магнитным полем будет наводиться ЭДС на каждую из обмоток двигателя, обмотки двигателя распределены равномерно, на каждую из фаз будет наводиться синусоидальное напряжение и данные сигналы будут смещены между собой на 1/3 периода (рисунок 1). Форма ЭДС меняется по синусоидальному закону, период синусоиды равен 2П(360), поскольку мы имеем дело с электрическими величинами (ЭДС, напряжение, ток) назовем это электрическими градусами и будем измерять период в них.

При подаче на двигатель трехфазного напряжения в каждый момент времени на каждой обмотке будет некое значение силы тока.

Рисунок 1. Вид сигнала трехфазного источника переменного тока.

Каждая обмотка формирует вектор магнитного поля пропорциональный току на обмотке. Сложив 3 вектора можно получить результирующий вектор магнитного поля. Так как с течением времени ток на обмотках двигателя меняется по синусоидальному закону, меняется величина вектора магнитного поля каждой обмотки, а результирующий суммарный вектор меняет угол поворота, при этом величина данного вектора остается постоянной.

Рисунок 2. Один электрический период трехфазного двигателя.

На рисунке 2 изображен один электрический период трехфазного двигателя, на данном периоде обозначено 3 произвольных момента, чтобы построить в каждом из этих моментов вектора магнитного поля отложим данный период, 360 электрических градусов, на окружности. Разместим 3 обмотки двигателя сдвинутые на 120 электрических градусов относительно друг друга (рисунок 3).

Рисунок 3. Момент 1. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Вдоль каждой из фаз построен вектор магнитного поля, создаваемый обмоткой двигателя. Направление вектора определяется направлением постоянного тока в обмотке, если напряжение, прикладываемое к обмотке положительно, то вектор направлен в противоположную сторону от обмотки, если отрицательное, то вдоль обмотки. Величина вектора пропорциональна величине напряжения на фазе в данный момент.

Чтобы получить результирующий вектор магнитного поля необходимо сложить данные вектора по закону сложения векторов.

Аналогично построение для второго и третьего моментов времени.

Рисунок 4. Момент 2. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Так, с течение времени, результирующий вектор плавно меняет свое направление, на рисунке 5 изображены получившиеся вектора и изображен полный поворот магнитного поля статора за один электрический период.

Рисунок 5. Вид вращающегося магнитного поля формируемого обмотками на статоре двигателя.

За этим вектором электрического магнитного поля увлекается магнитное поле постоянных магнитов ротора в каждый момент времени (рисунок 6).

Рисунок 6. Постоянный магнит (ротор) следует направлению магнитного поля формируемого статором.

Так работает синхронная машина переменного тока.

Имея источник постоянного тока необходимо самостоятельно формировать один электрический период со сменой направлений тока на трех обмотках двигателя. Поскольку бесколлекторный двигатель по конструкции такой же, как синхронный, в генераторном режиме имеет идентичные параметры, необходимо отталкиваться от рисунка 5, где изображено сформированное вращающееся магнитное поле.

Постоянное напряжение

Источник постоянного тока имеет только 2 провода «плюс питания» и «минус питания» это значит, что есть возможность подавать напряжение только на две из трех обмоток. Необходимо аппроксимировать рисунок 5 и выделить все моменты, при которых возможно скоммутировать 2 фазы из трех.

Число перестановок из множества 3 равняется 6, следовательно, имеется 6 вариантов подключения обмоток.

Изобразим возможные варианты коммутаций и выделим последовательность, при которой вектор будет шаг за шагом проворачиваться далее пока не дойдет до конца периода и не начнет сначала.

Электрический период будем отсчитывать от первого вектора.

Рисунок 7. Вид шести векторов магнитного поля которые можно создать от источника постоянного тока коммутацией двух из трех обмоток.

На рисунке 5 видно, что при управлении трехфазным синусоидальным напряжением имеется множество векторов плавно проворачивающихся с течением времени, а при коммутации постоянным током возможно получить вращающееся поле только из 6 векторов, то есть переключение на следующий шаг должно происходить каждые 60 электрических градусов.

Результаты из рисунка 7 сведены в таблицу 1.

 Таблица 1. Полученная последовательность коммутаций обмоток двигателя.








Плюс питанияМинус питанияОбмотка не подключена
WUV
WVU
UVW
UWV
VWU
VUW

Вид получившегося управляющего сигнала в соответствии с таблицей 1 изображен на рисунке 8. Где -V коммутация на минус источника питания (GND), а +V коммутация на плюс источника питания.
Рисунок 8. Вид управляющих сигналов от источника постоянного тока для бесколлекторного двигателя. Желтый – фаза W, синий – U, красный – V.

Однако реальная картина с фаз двигателя будет похожа на синусоидальный сигнал из рисунка 1. У сигнала образуется трапециевидная форма, так как в моменты, когда обмотка двигателя не подключена, постоянные магниты ротора наводят на нее ЭДС (рисунок 9).

Рисунок 9. Вид сигнала с обмоток бесколлекторного двигателя в рабочем режиме.

На осциллографе это выглядит так:

Рисунок 10. Вид окна осциллографа при измерении одной фазы двигателя.

Конструктивные особенности

Как было сказано ранее за 6 переключений обмоток формируется один электрический период 360 электрических градусов.

Необходимо связать данный период с реальным углом вращения ротора. Двигатели с одной парой полюсов и трехзубым статором применяются крайне редко, двигатели имеют N пар полюсов.

На рисунке 11 изображены модели двигателя с одной парой полюсов и с двумя парами полюсов.

а.                                                                                              б.
Рисунок 11. Модель двигателя с одной (a) и с двумя (б) парами полюсов.

Двигатель с двумя парами полюсов имеет 6 обмоток, каждая из обмоток парная, каждая группа из 3 обмоток смещена между собой на 120 электрических градусов. На рисунке 12б. отложен один период для 6 обмоток. Обмотки U1-U2, V1-V2, W1-W2 соединены между собой и в конструкции представляют 3 провода вывода фаз. Для простоты рисунка не отображены соединения, но следует запомнить, что U1-U2, V1-V2, W1-W2 одно и то же.

На рисунке 12, исходя из данных таблицы 1, изображены вектора для одной и двух пар полюсов.

а.                                                                                               б.
Рисунок 12. Схема векторов магнитного поля для двигателя с одной (a) и с двумя (б) парами полюсов.

На рисунке 13 изображены вектора, созданные 6 коммутациями обмоток двигателя с одной парой полюсов. Ротор состоит из постоянных магнитов, за 6 шагов ротор провернется на 360 механических градусов.

На рисунке обозначены конечные положения ротора, в промежутках между двумя соседними положениями ротор проворачивается от предыдущего к следующему скоммутированному состоянию. Когда ротор достигает данного конечного положения, должно происходить следующее переключение и ротор будет стремиться к новому заданному положению, так чтобы его вектор магнитного поля стал сонаправлен с вектором электромагнитного поля статора.

Рисунок 13. Конечные положения ротора при шестиступенчатой коммутации бесколлекторного двигателя с одной парой полюсов.

В двигателях с N парами полюсов необходимо пройти N электрических периодов для полного механического оборота.

Двигатель с двумя парами полюсов будет иметь два магнита с полюсами S и N, и 6 обмоток (рисунок 14). Каждая группа из 3 обмотки смещены друг относительно друга на 120 электрических градусов.

Рисунок 14. Конечные положения ротора при шестиступенчатой коммутации бесколлекторного двигателя с двумя парами полюсов.

Определение положения ротора бесколлекторного двигателя

Как было сказано ранее для работы двигателя необходимо в нужные моменты времени подключать напряжение на нужные обмотки статора. Подавать напряжение на обмотки двигателя нужно в зависимости от положения ротора, так чтобы магнитное поле статора всегда опережало магнитное поле ротора. Для определения положения ротора двигателя и коммутаций обмоток используют электронный блок управления.

Отслеживание положения ротора возможно несколькими способами:

1. По датчикам Холла

2. По обратной ЭДС

Как правило, датчиками Холла производители оснащают двигатель при выпуске, поэтому это самый распространённый метод управления.

Коммутирование обмоток в соответствии с сигналами обратной ЭДС позволяет отказаться от датчиков встроенных в двигатель и использовать в качестве датчика анализ свободной фазы двигателя, на которую будет наводиться магнитным полем противо-ЭДС.

Управление бесколлекторным двигателем с датчиками Холла

Чтобы коммутировать обмотки в нужные моменты времени необходимо отслеживать положение ротора в электрических градусах. Для этого применяются датчики Холла.

Поскольку имеется 6 состояний вектора магнитного поля необходимо 3 датчика Холла, которые будут представлять один абсолютный датчик положения с трехбитным выходом. Датчики Холла устанавливаются также как обмотки, смещенные между собой на 120 электрических градусов. Это позволяет использовать магниты ротора в качестве воздействующего элемента датчика.

Рисунок 15. Сигналы с датчиков Холла за один электрический оборот двигателя.

Для вращения двигателя необходимо чтобы магнитное поле статора опережало магнитное поле ротора, положение, когда вектор магнитного поля ротора сонаправлен с вектором магнитного поля статора является конечным для данной коммутации, именно в этот момент должно происходить переключение на следующую комбинацию, чтобы не давать ротору зависать в стационарном положении.

Cопоставим сигналы с датчиков Холла с комбинацией фаз которые необходимо скоммутировать (таблица 2)

 Таблица 2. Сопоставление сигналов датчиков Холла с коммутацией фаз двигателя.








Положение двигателяHU(1)HV(2)HW(3)UVW
00010+

101+0

100+0

1100+

010+0
360/N0110+

При равномерном вращении двигателя с датчиков поступает сигнал смещенный на 1/6 периода, 60 электрических градусов (рисунок 16).
Рисунок 16. Вид сигнала с датчиков Холла.

Управление с помощью сигнала обратной ЭДС

Существуют бесколлекторный двигатели без датчиков положения. Определение положения ротора осуществляется с помощью анализа сигнала ЭДС на свободной фазе двигателя. В каждый момент времени к одной из фаз подключен «+» к другой «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, магнитное поле ротора наводит ЭДС в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе изменяется (рисунок 17).

Рисунок 17. Изменение напряжения на фазе двигателя.

Сигнал с обмотки двигателя разбит на 4 момента:

1. Обмотка подключена к 0

2. Обмотка не подключена (свободная фаза)

3. Обмотка подключена к питающему напряжению

4. Обмотка не подключена (свободная фаза)

Сопоставив сигнал с фаз с управляющим сигналом, видно, что момент перехода на следующее состояние можно детектировать пересечением средней точки (половины питающего напряжения) с фазой, которая в данный момент не подключена (рисунок 18).

Рисунок 18. Сопоставление управляющего сигнала с сигналом на фазах двигателя.

После детектирования пересечения необходимо выдержать паузу и включать следующее состояние. По данному рисунку составлен алгоритм переключений состояний обмоток (таблица 3).

 Таблица 3. Алгоритм переключения обмоток двигателя








Текущее состояниеUVWСледующее состояние
1Ожидание пересечения средней точки из + в —+2
2Ожидание пересечения средней точки из — в ++3
3+Ожидание пересечения средней точки из + в —4
4+Ожидание пересечения средней точки из — в +5
5Ожидание пересечения средней точки из + в —+6
6+Ожидание пересечения средней точки из — в +1

Пересечение средней точки проще всего детектировать компаратором, на один вход компаратора подается напряжение средней точки, а на второй текущее напряжение фазы.
Рисунок 19. Детектирование средней точки компаратором.

Компаратор срабатывает в момент перехода напряжения через среднюю точку и генерирует сигнал для микроконтроллера.

Обработка сигнала с фаз двигателя

Однако сигнал с фаз при регулировании скорости ШИМ отличается видом, и имеет импульсный характер (рисунок 21), в таком сигнале невозможно детектировать пересечение со средней точкой.

Рисунок 20. Вид сигнала фазы при регулировании скорости ШИМ.

Поэтому данный сигнал следует отфильтровать RC фильтром чтобы получить огибающую, а так же разделить под требования компаратора. По мере увеличения скважности шим сигнал будет возрастать по амплитуде (рисунок 22).

Рисунок 21. Схема делителя и фильтра сигнала с фазы двигателя.
Рисунок 22. Огибающая сигнала при изменении скважности ШИМ.

Схема со средней точкой

Рисунок 23. Вид виртуальная средней точки. Картинка взята с avislab.com/

С фаз снимаются сигналы через токограничительные резисторы и объединяются, получается вот такая картина:

Рисунок 24. Вид осциллограммы напряжения виртуальной средней точки.

Из-за ШИМ, напряжение средней точки не постоянно, сигнал так же необходимо фильтровать. Напряжение средней точки после сглаживания будет достаточно большим (в районе питающего напряжения двигателя), его необходимо разделить делителем напряжения до значения половины питающего напряжения.

После прохождения сигнала через фильтр колебания сглаживается и получается ровное напряжение относительно которого можно детектировать пересечение обратной ЭДС.

Рисунок 26. Напряжение после делителя и фильтра низких частот.

Средняя точка будет менять свое значение в зависимости от напряжения (скважности ШИМ), так же как и огибающая сигнала.

Полученные сигналы с компараторов заводятся на микроконтроллер, который их обрабатывает по алгоритму выше.

Пока на этом все.

Управление бесколлекторным двигателем — схемотехника

Основная задача блока управления бесколлекторным двигателем — переключать обмотки статора в зависимости от положения ротора.

В двигателе постоянного тока эту задачу выполняет коллектор — диск на роторе с контактными площадками, по которому скользят токопроводящие графитовые щетки и переключают обмотки.
В асинхронном двигателе знать положение ротора не нужно, но для регулировки скорости нужно менять частоту переключения обмоток (или работать от сети со стандартной частотой 50Гц)

 Я начинал изучение схемотехники драйвера бесколлекторного двигателя по апноте Atmel «AVR492: Управление бесколлекторным электродвигателем постоянного тока с помощью AT90PWM3» Она есть на русском языке. Немного пояснений: «Для управления БКЭПТ используется силовой каскад, состоящих из 3 полумостов. Схема силового каскада показана на рисунке 4.»
Здесь силовой каскад — это 6 транзисторов, схематично показанных ключами CmdSW, полумост — пара транзисторов, соединенных последовательно между «+» и «-» питания, например CmdSW1, CmdSW2. A, B, C — выводы обмоток двигателя, соединение обмоток между собой как у асинхронных двигателей. Эта схема позволяет току протекать между фазами A, B, C в любом направлении. Например если замкнуть ключ CmdSW1 и CmdSW4, то ток потечет от вывода A к выводу B, а если замкнуть CmdSW3 и CmdSW2 — от вывода В к выводу A. А если замкнуть CmdSW1 и CmdSW2 — получится короткое замыкание с выгоранием транзисторов, так что управлять транзисторами нужно осторожно. Кстати для управления коллекторым двигателем с реверсом нужно 2 полумоста, без реверса — 1 транзистор.
  Для регулирования силы тока в фазе используют широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Например часть времени открывают ключи CmdSW1, CmdSW4 и ток начинает течь от «A» к «B», затем закрывают CmdSW1 и открывают CmdSW2 и за счет индуктивности обмоток ток продолжить течь по кольцу  A-B-CmdSW4-«земля»-CmdSW2. Кстати в транзисторы встроены диоды, проводящие ток в обратном направлении. Так что если во второй фазе ШИМ разомкнуть все транзисторы, то в обмотке начнет расти напряжение и через эти диоды энергия из обмоток начнет возвращаться в сеть.
   Эта схема из 6 транзисторов называется трехфазным инвертором и применяется для преобразования постоянного тока в трехфазный переменный для питания как бесколлекторных, так и асинхронных двигателей. Для бесколлекторных двигателей применяются низковольтные полевые транзисторы (MOSFET), для асинхронных двигателей — высоковольтные биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT). С помощью этой схемы можно осуществлять и рекуперацию. Её используют все и лучше не сделать.

  Как инвертор бывает оформлен в зависимости от мощности двигателя:

Для управления двигателями очень маленькой мощности используются специализированные микросхемы, в которой уже находятся 6 транзисторов и логика для управления ими. Это решение для двигателей дисководов и вентиляторов. Следующий шаг — микросхема,  управляющая транзисторами и транзисторы отдельно. И для высоких мощностей микросхема или контроллер управляет микросхемами драйверов транзисторов, а драйвера уже управляют самими транзисторами. Зачем такие сложности? Мощные транзисторы имеют управляющий вход с большей емкостью, слабая электроника не в состоянии обеспечить токи до нескольких ампер для быстрого их открытия. А у полуоткрытого транзистора большое сопротивление, он в этот момент греется или даже сгорает 🙂 Поэтому используют микросхемы-драйверы, внутри которых кстати тоже транзисторы, только менее мощные. Получается такой каскад из транзисторов.

Вот первый пример реализации инвертора — авиамодельный, самый дешевый. Фото с двух сторон.

 На одной стороне видно 6 транзисторов в корпусах SOIC. (3 N-канальных, 3 P-канальных), на другой стороне микроконтроллер ATMEGA8 и линейный стабилизатор для получения 5В питания. Ещё есть электролитический конденсатор и всякая мелочь — резисторы с конденсаторами. И всё. Дешево и сердито. Цена в рознице около 1000р. Микроконтроллер напрямую управляет затворами транзисторов. Греется такой контроллер довольно сильно, но так как он устанавливается на авиамодели, то хорошо обдувается. Разумеется есть более продвинутые модели, это просто пример упрощения и миниатюризации.

А вот фотография демо-платы от Atmel

 
Предполагается, что можно купить её и сразу начать программировать контроллер, пытаться крутить двигатель. Я решил не покупать, возможно зря. Во всяком случае к ней неплохо бы продавать сразу запасные транзисторы, я их сжег не один раз. И контроллер пару раз. Собственно 6 транзисторов справа, контроллер слева, драйвера транзисторов на другой стороне.

Схема моего драйвера с пояснениями
Я решил не делать простейший драйвер с тем, чтобы расширить возможности его применения, при необходимости несложно будет упростить. Схема разбита на 3 части. Она не такая наглядная, как в апноте Atmel, но постараюсь всё пояснить.

Первая часть — силовая

 
Силовые транзисторы VT1-VT6 управляются микросхемами-драйверами DA1-DA3. Транзисторы я выбрал IRLR3705 как одни из наиболее мощных в корпусе D-Pak на напряжение 55V с сопротивлением 8мОм. Я рассчитывал на напряжение работы 36В плюс запас. В принципе можно ставить транзисторы на радиаторы и использовать корпуса TO-220, но я решил не усложнять монтаж и паять транзисторы на плату. В таком случае для меньших мощностей можно ставить транзисторы в корпусе soic, а для больших — в D2-Pak.  Драйвера взял самые мощные из полумостовых от фирмы International Rectifier — irf2186s с током управления до 4A. Получился большой запас, но самые простые драйвера ir2101 из апнота атмел (ток 130/270мА) с мощными транзисторами справлялись плохо, разница в нагреве транзисторов была ощутима. Полумостовой драйвер управляет двумя транзисторами — верхним и нижним, для управления верхним транзистором нужно высокое напряжение, которое получается по бустрепной схеме питания с помощью диода и конденсатора (например C6, DD7), эта схема наиболее проста и принцип её можно легко найти в интернете. Можно было взять одну микросхему full-brige для управления сразу шестью транзисторами, но у меня разводка с ней получалась хуже. Между затворами транзисторов и драйверами — резисторы с диодом. Они ограничивают ток затвора, причем ток зарядки почти в 2 раза больше. Тут следующая логика — чем больше ток, тем меньше греются транзисторы при переключении, но растут всплески напряжения. Поэтому номинал резисторов нужно уменьшать до какого-либо разумного предела. Причем транзистор открывается медленнее, чем закрывается, поэтому ток зарядки я сделал больше. Сигнальные выводы драйверов подтянуты к земле на всякий случай, чтоб не сработали когда нет сигналов управления. В целом здесь всё почти так же, как в апноте атмел. Датчики холла также подключил как в апноте, здесь ничего интересного. Питание, силовые Выводы транзисторов и выводы датчиков холла выведены на клеммник X1. Для защиты от короткого замыкания нужно контролировать ток. Для этого служат резисторы R19, R21 суммарным сопротивлением 0,005Ом (в апноте был резистор 0,1Ом), падение напряжение на них усиливается микросхемой LM358 и идет на компаратор и АЦП контроллера. Реализация у меня получилась не очень удачной, но в большинстве случаев защита срабатывает. Неплохо было бы ставить переменный резистор, чтобы пользователь мог задавать порого срабатывания защиты, но это как-нибудь потом ). Также в контроллер заведен сигнал V_IN_MEAS, пропорцональный входному напряжению. Сделано это, чтобы не давать работать драйверу при входном напряжении более 36В, но защиту я пока не включил.

Следующая часть схемы — питание логических элементов.

Из входного питания 24..36В нужно получить 12В для питания драйверов транзисторов и 5В для  остальной логики

Для получения 12В я использовал линейный стабилизатор MC78M12. Лишнее напряжение он просто рассеивает в виде тепла, но так как драйверы транзисторов поребляют не очень много нагрев приемлемый.
Для 5В питания линейный стабилизатор уже применить не получилось, потому что 5В ещё задумывалось использовать для питания внешнего экрана индикации и нагрев оказался слишком большим. Поэтому применил понижающий преобразователь L5973AD. Он не очень дорогой, но в отличии от ещё более дешевых вариантов имеет защиту от короткого замыкания на выходе. Внешняя обвязка для него и разводка дорожек выполнена по соответствующей апноте.
Обе эти микросхемы имеют максимально допустимое напряжение 35В. Для гашения возможного излишнего напряжения предназначена конструкция из транзисторов VT7, VT8 и стабилитрона VD3.

Последняя часть схемы — микроконтроллер AT90PWM3B с обвязкой.

  • 6 выводов PSCOUT_XX используются для управления драйверами транзисторов.
  • 3 вывода HALL_X используются для отслеживания датчиков холла двигателя.
  • 3 вывода задействованы на микропереключатель SA1 — он служит для переключения интерфейсов  драйвера (RS485 либо переменный резистор с кнопками), выбора числа пар полюсов подключенного двигателя (2 либо 4) и для проведения калибровки двигателя (определение положения датчиков холла)
  • 3 вывода задействованы для управления микросхемой-драйвером RS485
  • 6 выводов задействованы под вариант традиционного управления драйвером — с кнопками и переменным резистором. 4 кнопки служат для включения/выключения (Enable), реверса(F/R), тормоза(Brake) и выбора режима поддержания скорости(Mode). Еще один вывод Speed(analog) для переменного резистора задания скорости и на последний выход Hall_out подаются импульсы при срабатывании датчиков холла. Эти выводы и выводы интерфейса RS485 выведены на клеммник X3.
  • 2 вывода задействованы для контроля сигнала токового шунта ERROR_ADC. Один для быстрого срабатывания защиты, другой для грубой оценки потребляемого тока.
  • 1 вывод для контроля входного напряжения V_IN_MEAS
  • 1 вывод для светодиода VD5, полезного для индикации различных событий.

Также на схеме есть разъем программирования контроллера X2

Представленная схемотехника конечно не соответствует первоначальной идее о максимально дешевом драйвере, но относительно легко может быть упрощена. Можно убрать интерфейс RS485, поставить менее мощные транзисторы и драйверы управления ими.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока: принцип работы, устройство, применение

Бытовая и медицинская техника, авиамоделирование, трубозапорные приводы газо- и нефтепроводов – это далеко не полный перечень областей применения бесколлекторных двигателей (БД) постоянного тока. Давайте рассмотрим устройство и принцип действия этих электромеханических приводов, чтобы лучше понять их достоинства и недостатки.

Общие сведения, устройство, сфера применения

Одна из причин проявления интереса к БД — это возросшая потребность в высокооборотных микродвигателях, обладающих точным позиционированием. Внутренне устройство таких приводов продемонстрировано на рисунке 2.

Рис. 2. Устройство бесколлекторного двигателя

Как видите, конструкция представляет собой ротор (якорь) и статор, на первом имеется постоянный магнит (или несколько магнитов, расположенных в определенном порядке), а второй оборудован катушками (В) для создания магнитного поля.

Примечательно, что эти электромагнитные механизмы могут быть как с внутренним якорем (именно такой тип конструкции можно увидеть на рисунке 2), так и внешним (см. рис. 3).

Рис. 3. Конструкция с внешним якорем (outrunner)

Соответственно, каждая из конструкций имеет определенную сферу применения. Устройства с внутренним якорем обладают высокой скоростью вращения, поэтому используются в системах охлаждения, в качестве силовых установок дронов и т. д. Приводы с внешним ротором используются там, где требуется точное позиционирование и устойчивость к перегрузкам по моменту (робототехника, медицинское оборудование, станки ЧПУ и т.д.).

Бесколлекторный двигатель в компьютерном дисководе

Принцип работы

В отличие от других приводов, например, асинхронной машины переменного тока, для работы БД необходим специальный контроллер, который включает обмотки таким образом, чтобы векторы магнитных полей якоря и статора были ортогональны друг к другу. То есть, по сути, устройство-драйвер регулирует вращающий момент, действующий на якорь БД. Наглядно этот процесс продемонстрирован на рисунке 4.

Фазы работы бесколлекторного привода

Как видим, для каждого перемещения якоря необходимо выполнять определенную коммутацию в обмотке статора двигателя бесколлекторного типа. Такой принцип работы не позволяет плавно управлять вращением, но дает возможность быстро набрать обороты.

Отличия коллекторного и бесколлекторного двигателя

Привод коллекторного типа отличается от БД как конструктивными особенностями (см. рис 5.), так и принципом работы.

Рис. 5. А – коллекторный двигатель, В – бесколлекторный

Рассмотрим конструктивные отличия. Из рисунка 5 видно, что ротор (1 на рис. 5) двигателя коллекторного типа, в отличие от бесколлекторного, имеет катушки, у которых простая схема намотки, а постоянные магниты (как правило, два) установлены на статоре (2 на рис. 5). Помимо этого на валу установлен коллектор, к которому подключаются щетки, подающие напряжение на обмотки якоря.

Кратко расскажем о принципе работы коллекторных машин. Когда на одну из катушек подается напряжение, происходит ее возбуждение, и образуется магнитное поле. Оно вступает во взаимодействие с постоянными магнитами, это заставляет проворачиваться якорь и размещенный на нем коллектор. В результате питание подается на другую обмотку и цикл повторяется.

Частота вращения якоря такой конструкции напрямую зависит от интенсивности магнитного поля, которое, в свою очередь, прямо пропорционально напряжению. То есть, чтобы увеличить или уменьшить обороты, достаточно повысить или снизить уровень питания. А для реверса необходимо переключить полярность. Такой способ управления не требует специального контролера, поскольку регулятор хода можно сделать на базе переменного резистора, а обычный переключатель будет работать как инвертор.

Конструктивные особенности двигателей бесколлекторного типа мы рассматривали в предыдущем разделе. Как вы помните, их подключение требует наличия специального контролера, без которого они просто не будут работать. По этой же причине эти двигатели не могут использоваться как генератор.

Стоит также отметить, что в некоторых приводах данного типа для более эффективного управления отслеживаются положения ротора при помощи датчиков Холла. Это существенно улучшает характеристики бесколлекторных двигателей, но приводит к удорожанию и так недешевой конструкции.

Как запустить бесколлекторный двигатель?

Чтобы заставить работать приводы данного типа, потребуется специальный контроллер (см. рис. 6). Без него запуск невозможен.

Рис. 6. Контроллеры бесколлекторных двигателей для моделизма

Собирать самому такое устройство нет смысла, дешевле и надежней будет приобрести готовый. Подобрать его можно по следующим характеристикам, свойственным драйверам шим каналов:

  • Максимально допустимая сила тока, эта характеристика приводится для штатного режима работы устройства. Довольно часто производители указывают такой параметр в названии модели (например, Phoenix-18). В некоторых случаях приводится значение для пикового режима, который контролер может поддерживать несколько секунд.
  • Максимальная величина штатного напряжения для продолжительной работы.
  • Сопротивление внутренних цепей контроллера.
  • Допустимое число оборотов, указывается в rpm. Сверх этого значения контроллер не позволит увеличить вращение (ограничение реализовано на программном уровне). Следует обратить внимание, что частота вращения всегда приводится для двухполюсных приводов. Если пар полюсов больше, следует разделить значение на их количество. Например, указано число 60000 rpm, следовательно, для 6-и магнитного двигателя частота вращения составит 60000/3=20000 prm.
  • Частота генерируемых импульсов, у большинства контролеров этот параметр лежит в пределах от 7 до 8 кГц, более дорогие модели позволяют перепрограммировать параметр, увеличив его до 16 или 32 кГц.

Обратим внимание, что первые три характеристики определяют мощность БД.

Управление бесколлекторным двигателем

Как уже указывалось выше, управление коммутацией обмоток привода осуществляется электроникой. Чтобы определить, когда производить переключения, драйвер отслеживает положение якоря при помощи датчиков Холла. Если привод не снабжен такими детекторами, то в расчет берется обратная ЭДС, которая возникает в неподключенных катушках статора. Контроллер, который, по сути, является аппаратно-программным комплексом, отслеживает эти изменения и задает порядок коммутации.

Трёхфазный бесколлекторный электродвигатель постоянного тока

Большинство БД выполняются в трехфазном исполнении. Для управления таким приводом в контролере имеется преобразователь постоянного напряжения в трехфазное импульсное (см. рис.7).

Рисунок 7. Диаграммы напряжений БД

Чтобы объяснить, как работает такой вентильный двигатель, следует вместе с рисунком 7 рассматривать рисунок 4, где поочередно изображены все этапы работы привода. Распишем их:

  1. На катушки «А» подается положительный импульс, в то время как на «В» — отрицательный, в результате якорь сдвинется. Датчиками зафиксируется его движение и подастся сигнал для следующей коммутации.
  2. Катушки «А» отключается, и положительный импульс идет на «С» («В» остается без изменения), далее подается сигнал на следующий набор импульсов.
  3. На «С» — положительный, «А» — отрицательный.
  4. Работает пара «В» и «А», на которые поступают положительный и отрицательный импульсы.
  5. Положительный импульс повторно подается на «В», и отрицательный на «С».
  6. Включаются катушки «А» (подается +) и повторяется отрицательный импульс на «С». Далее цикл повторяется.

В кажущейся простоте управления есть масса сложностей. Нужно не только отслеживать положение якоря, чтобы произвести следующую серию импульсов, а и управлять частотой вращения, регулируя ток в катушках. Помимо этого следует выбрать наиболее оптимальные параметры для разгона и торможения. Стоит также не забывать, что контроллер должен быть оснащен блоком, позволяющим управлять его работой. Внешний вид такого многофункционального устройства можно увидеть на рисунке 8.

Рис. 8. Многофункциональный контроллер управления бесколлекторным двигателем

Преимущества и недостатки

Электрический бесколлекторный двигатель имеет много достоинств, а именно:

  • Срок службы значительно дольше, чем у обычных коллекторных аналогов.
  • Высокий КПД.
  • Быстрый набор максимальной скорости вращения.
  • Он более мощный, чем КД.
  • Отсутствие искр при работе позволяет использовать привод в пожароопасных условиях.
  • Не требуется дополнительное охлаждение.
  • Простая эксплуатация.

Теперь рассмотрим минусы. Существенный недостаток, который ограничивает использование БД – их относительно высокая стоимость (с учетом цены драйвера). К числу неудобств следует отнести невозможность использования БД без драйвера, даже для краткосрочного включения, например, чтобы проверить работоспособность. Проблемный ремонт, особенно если требуется перемотка.

Электронный научный архив ТПУ: Разработка устройства управления BLDC

Please use this identifier to cite or link to this item:
http://earchive.tpu.ru/handle/11683/61472

Title:Разработка устройства управления BLDC — двигателем в составе мобильной робототехнической платформы
Authors:Игнатюк, Сергей Дмитриевич
metadata. dc.contributor.advisor:Филипас, Александр Александрович
Keywords:система управления; векторное управление; бесколлекторный двигатель; робототехническая платформа; драйвер двигателя; control system; vector control; brushless motor; robotic platform; engine driver
Issue Date:2020
Citation:Игнатюк С. Д. Разработка устройства управления BLDC — двигателем в составе мобильной робототехнической платформы : бакалаврская работа / С. Д. Игнатюк ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Инженерная школа информационных технологий и робототехники (ИШИТР), Отделение автоматизации и робототехники (ОАР) ; науч. рук. А. А. Филипас. — Томск, 2020.
Abstract:В данной работе было разработано устройство управления бесколлекторным двигателем постоянного тока для обеспечения движения робототехнической платформы разработанной на базе Томского Политехнического Университета. Разработка устройства управления включала в себя разработку принципиальной электрической схемы, печатной платы, выбор программных и аппаратных компонентов, а также отладка работы отдельных модулей системы. Также были изучены и протестированы в работе такие способы управления как:блочная коммутация, управление синусоидальным напряжением, векторное управление.
In this work, a control device for a brushless DC motor was developed to ensure the movement of a robotic platform developed on the basis of Tomsk Polytechnic University. The development of the control device included the development of a circuit diagram, a printed circuit board, the selection of software and hardware components, as well as debugging the operation of individual system modules. Such control methods as: block switching, sinusoidal voltage control, vector control were also studied and tested in the work.
URI:http://earchive.tpu.ru/handle/11683/61472
Appears in Collections:Выпускные квалификационные работы (ВКР)

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Бесколлекторный двигатель постоянного тока | ИНЕЛСО


Двигатели постоянного тока, которые не имеют в своем составе коллекторного узла (коллектора и щеток), называются бесколлекторными. 

В отличие от коллекторных, такие двигатели содержат трёхфазную обмотку, установленную в статоре, и постоянный магнит расположенный на роторе. Крутящий момент в таких двигателях создается за счет взаимодействия вращающегося магнитного поля, создаваемого обмоткой статора, и магнита ротора. Создание вращающего магнитного поля требует подачи на каждую обмотку напряжения специальной формы. При этом напряжения, подаваемые на каждую из обмоток должны быть объединены в единую систему. Для создания такой системы напряжений используются специализированные модули электроники, которые называются контроллерами.

Самая примитивная схема подключения бесколлекторного двигателя предусматривает подключение пар обмоток к источнику питания постоянного напряжения. Когда ротор начинает вращаться в направлении вектора магнитного поля, происходит переключение питающего напряжения на другую пару обмоток. После переключения происходит изменение направления вектора магнитного поля обмоток, под действием которого ротор вращается дальше. Такая схема требует наличия датчика положения вала ротора, самым распространенными являются датчики на эффекте Холла.


В чем отличия бесколлекторных двигателей от синхронных двигателей с постоянными магнитами?


Конструктивно двигатели этих типов очень схожи друг с другом. Основные отличия в способах управления двигателями. Так, синхронные двигатели – это довольно большой класс двигателей, включающий в себя широкий спектр различных видов двигателей, в том числе и такие, которые работают напрямую от стандартной промышленной сети переменного тока, или, как например, синхронные сервоприводы, работают при подаче напряжения различной частоты, что требует применения специализированных блоков, преобразующих частоту.

Бесколлекторные двигатели работают только при подаче на свои обмотки синхронизированных напряжений специальной формы, что требует применения электронных модулей генерации и коммутации таких сигналов.


Еще одним различием является форма питающего напряжения. В отличии от синхронных двигателей, запитываемых синусоидальным напряжением, бесколлекторные двигатели способны работать от переменного напряжения сложной ступенчатой формы.

Особенности конструкции


В настоящее время доступны различные конструкции бесколлекторных двигателей, в зависимости от технологии изготовления обмоток существуют традиционные обмотки на сердечниках и полые обмотки цилиндрической формы. 


Обмотки на сердечниках имеют большие, относительно полых цилиндрических обмоток, индуктивность, постоянную времени, момент инерции и момент магнитной фиксации, а также более низкий КПД.

Лишенные крупных металлических сердечников двигатели с полыми обмотками имеют лучшие динамические характеристики изменения тока, что позволяет более гибко управлять моментом. При этом следует учитывать, что такие двигатели требуют дополнительных мер по фильтрации пульсаций тока (применение крупногабаритных дросселей) в случае, если управление ими реализовано от контроллеров с широтно-импульсной модуляцией на низкой частоте.

Двигатель постоянного тока — это электрический двигатель, питание которого обеспечивает постоянный ток. Бесколлекторный вид ДПТ — это замкнутая система, состоящая из ротора с постоянными магнитами, выполненного медным проводом, и статора с трехфазной обмоткой, выполненного из нескольких сложенных вместе листов магнитопроводящей стали. Двигатель представляет собой синхронное устройство, принцип работы которого основан на вращении магнитного поля. Для создания такого поля на обмотку статора подается трехфазная система напряжения, которая может быть сформирована в различных формах и различными способами. Контроллер двигателя формирует питающие напряжения (коммутация обмоток).


Точное управление бесколлекторным двигателем предполагает правильную последовательность и частоту переключения отдельных секций обмоток. Обмотки поочередно подключаются к источнику постоянного напряжения и, после того, как ротор поворачивается по направлению вектора магнитного поля обмотки статора, происходит подключение напряжения к другой паре обмоток. После, вектор магнитного поля статора занимает другое положение, а вращение ротора продолжается. Для необходимой возможности непрерывного определения текущего положения ротора используется специальный датчик, наиболее распространенным вариантом является датчик Холла, а также используют энкодеры и резольверы. При правильном расположении датчиков на статоре, они реагируют на магнитное поле. На датчики должны воздействовать магниты ротора, а угол между датчиками должен быть равен 120° эл.

Виды бесколлекторных двигателей


На данный момент существует огромное множество вариантов бесколлекторных двигателей в виду возможности сборки разнообразных конструкций.


По исполнению статорной обмотки выделяют два типа конструкции:

  • Зубцовая (Slotted)
  • Сплошная (Slotless)




Изначально, бесколлекторные двигатели имели только зубцовую обмотку. Статор в таком двигателе изготовлен из сложенных вместе стальных пластин с прорезями, куда установлены медные обмотки. Такая конструкция характеризуется определенным моментом «фиксации» при старте, что делает движение резким, особенно на малых скоростях.  Момент появляется из-за усилия постоянных магнитов в роторе совпасть с пазами статора. Достоинством такой обмотки является низкая стоимость двигателей в виду простоты технологии, что делает их основным выбором для применений, где плавная работа не является решающим фактором. В сплошной обмотке зубья отсутствуют, слои статора изготовлены из стальных колец, а обмотка сжата в эпоксидной смоле. Таким образом, мы получаем жесткую обмотку в зазоре между статором и ротором. Сплошная обмотка обеспечивает двигателю точное позиционирование и плавность движения. Кроме того, низкая индуктивность делает двигатели идеальными для применения с необходимостью высокого ускорения и быстрым динамическим откликом.


По взаимному расположению ротора и статора различают внутрироторные и внешнероторные двигатели. У конструкции с внешним ротором магниты расположены снаружи неподвижного статора с обмотками, вокруг которого они вращаются. Такое исполнение используется при необходимости получения двигателя с относительно большим моментом и невысокими оборотами. Вариант внутреннего исполнения обеспечивает большим КПД и высокими оборотами, но меньшим моментом инерции при аналогичном наружном диаметре двигателя. По конструкции магниты ротора находятся внутри статора с обмотками.

Отличия бесколлекторного ДПТ от других типов двигателей:


1. От коллекторных ДПТ


В бесколлекторном двигателе роль механического коммутатора выполняет электронный преобразователь, что исключает необходимость использования коллектора и щеток. Отказ от движущегося электрического контакта позволяет увеличить надежность и скорость работы двигателя. Данное нововведение также улучшает удельную мощность бесколлекторного двигателя, однако высокие скорости крайне редко находят применение.


2. От синхронных двигателей с постоянными магнитами


По своей структуре бесколлекторные двигатели схожи с синхронными. Тем не менее, в двигателях синхронного типа предполагается напряжение синусоидальной формы, бесколлектроные же не допускают питание переменным напряжением ступенчатой формы (блочная коммутация) и даже используют в номинальных режимах работы.

Когда нужен бесколлекторный двигатель?


В случаях, когда его характеристики имеют преимущество перед остальными. Сферы применения, требующие большие скорости вращения (свыше 1000 об/мин) или высокий срок службы двигателя не обходятся без бесколлекторного двигателя. Применение низкоскоростных двигателей с большим числом полюсов целесообразно при необходимости использования сборки из двигателя с редуктором. Скорость высокоскоростных бесколлекторных двигателей будет превышать предельную редуктора, не позволяя использовать мощность в полном объеме. Для максимально простого управления естественным выбором будет коллекторный ДПТ.


С другой стороны, датчик Холла у бесколлекторных ДПТ в виду своих ограничений не может работать при условиях повышенной радиации и высокой температуры. Радиационная стойкость и диапазон рабочих температур ограничен у стандартных моделей таких датчиков. При необходимости использования бесколлекторных двигателей в экстремальных условиях, датчик Холла заменяют более стойким аналогом, что увеличивает стоимость двигателя и сроки поставки.

Пути повышения эффективности управления бесколлекторным двигателем Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

УДК 621.311

Д. Д. Михайлов

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ БЕСКОЛЛЕКТОРНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Ключевые слова: бесколлекторный двигатель, коммутация, коэффициент полезного действия, блок управления,

электромагнитное поле.

Рассмотрены особенности управления бесколлекторными двигателями, использующимися в настоящее время. Были выявлены основные проблемы, решение которых позволит повысить эффективность эксплуатации двигателей и увеличить их КПД.

Keywords: brushless motor, commutation, effectiveness, control module, electromagnetic field.

This article is devoted to analyze the features of brushless motors control which are used nowdays. There were found out base problems, determination of which would provide to increase the effectiveness of usage.

Введение

На сегодняшний день бесколлекторные электродвигатели получили достаточно широкое распространение и продолжают постепенно вытеснять двигатели классической конструкции в различных сферах применения [1,11,19]. Безусловно, по мере увеличения объемов их производства происходит оптимизация конструкции и снижение их стоимости, что дополнительно способствует расширению их применяемости, при этом, по мнению большинства современных исследователей, их механическая и силовая части достигли в целом достаточной степени совершенства, поэтому одним из перспективных путей дальнейшей их оптимизации, который в том числе может способствовать расширению сферы их применяемости, является разработка новых, более совершенных технических решений по их управлению.

Основные преимущества таких двигателей обусловлены отсутствием коллектора- то есть механического контакта, через который передается электроэнергия в ротор. В результате из двигателей исключен наименее надежный элемент- щетки коллектора, которые периодически изнашиваются, «залипают», крошатся и пр., а также ламели коллектора, также подверженные загрязнению и износу, поэтому данный тип двигателей востребован в нефтегазовой промышленности [2,3]. Силовой элемент для запорного оборудования особенно актуален, так как отсутствуют искрообразующие элементы Саморазмагничивание магнитов происходит достаточно медленно: несколько процентов за несколько лет, как и в любом моторе Также следует отметить два дополнительных фактора, обеспечивающих преимущество бесколлекторных двигателей перед двигателями классической конструкции- это бесшумность и отсутствие нагрева якоря, что определяет возможность работы бесколлекторных двигателей в более нагруженных и длительных режимах.

Бесколлекторные. В наружной рекламе они используются для автоматического управления жалюзи или вращающимися витринами. В отличие от щеточного электродвигателя, управление бесколлекторным двигателем осуществляется с

помощью электроники. Особенность регулирования электропривода с векторным управлением — контролируемые координаты, измеренные в неподвижной системе координат.

Управление бесколлекторными двигателями

Осуществляется электронно, посредством подачи на обмотки статора электрического сигнала требуемой частоты и амплитуды пропорционально желаемой скорости вращения ротора. Существует несколько способов генерации таких сигналов, наиболее рациональным из которых в технической реализации на базе цифровой схемотехники является широтно- импульсная модуляция (ШИМ).

Управление бесколлекторным двигателем является достаточно сложной задачей, которая решается с использованием блока управления, состоящего из двух узлов- модуля коммутации и микропроцессорного модуля.

Блок управления является неотъемлемой частью привода, использующего бесколлекторный двигатель, поскольку данный вид двигателей, сам по себе, не может быть приведен во вращение посредством подачи питающего напряжения на обмотки. Для приведения в движение БКДПТ требуется подача «вращающегося» магнитного поля, которое формирует последовательно переключающийся вектор притяжения полюсов ротора к соответствующим обмоткам статора по кругу. В общем случае можно принять данную систему двигателя схожей по принципу действия, к примеру, с асинхронным 3-фазным явнополюсным двигателем.

Для большинства конструкций

бесколлекторных двигателей также характерно наличие дополнительного узла- это датчик положения ротора, которые являются сигнализаторами положения полюсов ротора относительно соответствующих обмоток. В качестве датчиков чаще всего используются датчики Холла с длинной зоной срабатывания, которые позволяют осуществлять автоматизированную коммутацию обмоток для подачи на них соответствующего положительного или отрицательного напряжения, которое, в свою очередь, в период нахождения полюсов ротора в определенной зоне формирует

необходимые для вращения ротора векторы электромагнитного поля, при повороте ротора в следующий сектор текущая комбинация обмоток отключается и включается следующая.

Вращение поля и его коммутация позволяют вызвать вращательное движение ротора, при этом возможность регулирования скорости определяется изменением ЭДС обмоток, что может быть реализовано несколькими способами, суть которых чаще всего сводится к изменению напряжения на обмотках, причем на всех в одинаковой мере [10,11]. Реализация возможности плавного изменения амплитуды напряжения на обмотках реализуется посредством ступенчатого или плавного ограничения напряжения при помощи блоков резисторов или использованием соответствующих транзисторов в высокочастотном режиме, также возможно применение метода широтно- импульсной модуляции.

Все три вышеперечисленных метода дают примерно одинаковый и достаточный для полноценного управления двигателем результат, при этом схемотехническая реализация широтно-импульсного модулятора на практике представляется наиболее простой.

Основные проблемы управления

Анализ существующих технических решений по реализации бесколлекторных двигателей и систем их управления показывает, что наибольшее влияние на эффективность их использования и коэффициент полезного действия оказывает коммутация обмоток и форма электрического сигнала, подаваемого на них, поскольку в некоторые моменты времени, особенно в конце прохода полюсами ротора обмоток статора, наблюдаются моменты магнитного поля, затормаживающие вращение ротора. Данный фактор приобретает особый вес при использовании широтно- импульсной модуляции с меандрической формой при относительно малом числе полюсов статора [6,8,13].

Решение данной проблемы возможно двумя путями- посредством коррекции формы полюсов ротора и статора, а также использованием электрического сигнала более сложной формы. Представляется очевидным, что более простым путем решения данной проблемы является применение другой формы сигналов, то есть модернизация алгоритмов управления обмотками статора, поскольку данный путь характеризуется меньшими финансовыми затратами.

На сегодняшний день в мировой научной практике вопрос оптимизации управления бесколлекторными двигателями рассматривается недостаточно широко, а в отечественной практике за последние 5 лет полностью отсутствуют публикации аналогичной направленности, при этом вопросам управления мощными вентильными двигателями переменного тока уделено значительно большее внимание [17,24].

Технические решения

Для решения вышеназванной проблемы управления бесколлекторными двигателями необходимо произвести, в первую очередь, разработку и обоснование математических моделей электромагнитного поля в связке с коммутационными процессами в бесколлекторных двигателях, что позволит получить аналитическую модель электромагнитных процессов в магнитной системе БКД.

На основании такой модели будет получена возможность синтеза алгоритмов коррекции формы импульсов и порядка коммутации обмоток, что позволит добиться повышения КПД двигателя. В случае наличия адекватной многофакторной модели магнитной системы, возможность оптимизации параметров управления сможет быть применена к любому типу и конструкции бесколлекторного двигателя [20].

Наиболее важными факторами при разработке математической модели являются коммутационный интервал, форма электрического сигнала, характер векторов электромагнитного поля, а также воздействие магнитного поля, генерируемого постоянными магнитами ротора, на электрические и электромагнитные характеристики обмоток статора.

Заключение

Для оптимизации управления

бесколлекторными двигателями наиболее целесообразным направлением исследований является разработка математической модели оценки электромагнитных, магнитных и электрических характеристик системы ротор- статор для различных конструкций двигателей. Наличие такой аналитической модели позволит реализовать новые алгоритмы управления формой электрических импульсов и коммутацией обмоток с целью повышения КПД двигателя за счет исключения влияния тормозящих электромагнитных моментов, вызванных недостатками применяемых алгоритмов коммутации.

Литература

1. Бочкарев О.Е. Исследование свойств бесконтактных электродвигателей (БДПТ) при импульсном формировании несинусоидальных токов: Автореф. дис. канд. техн. наук. М.: МАИ, 1978

2. Бертинов А.И., Дубенский А.А. Бесконтактные двигатели со стабилизацией скорости и повышенной равномерностью вращения. Л., Наука, 1989

3. Бочкарев О.Е. Особенности бесколлекторного двигателя, питаемого от источника тока. Под ред. Ю.И. Конева. М., Советское радио, 1977

4. Владимирова Е.С. Синтез фаззи-регулятора для позиционных и следящих электроприводов // Электротехника, 2003, № 9

5. Воронов А.А., Титов В.К., Новогранов Б.К. Основы теории автоматического регулирования и управления. М.: Высшая школа, 1987

6. Гольц М.Б., Гудзенко А.В. Быстродействующие электроприводы постоянного тока с широтно-импульсными преобразователями. — М.: Энергоатомиздат, 1986

7. Келим, Ю.М. Электромеханические и магнитные элементы систем автоматики. М.: Высш. шк., 1991

8. Дубенский А.А. Особенности регулирования и стабилизации скорости бесконтактных двигателей. В кн.: Двигатели постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами. Л., Наука, 1988

9. Иванов В.В., Колпаков А.И. Применение IGBT // Электронные компоненты, 1996, № 1 (2), с. 12-15.

10. Иванов- Смоленский А.В. Электромагнитные поля и процессы в электрических машинах и их физическое моделирование. М.: Энергия, 1986

11. Кенио Т., Нагамори С. Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами. М.: Энергоатомиздат, 1989. 180 с.

12. Ловчиков А.И., Носкова Е.Е. Анализ и синтез широтно-импульсных систем. Электротехника, 1998, № 12

13. Микросхемы для управления электродвигателями. Выпуск 2. М.: ДОДЭКА, 2000.-288 с.

14. Соловьев В.А., Бычков В.В., Косов В.А. Импульсный регулятор напряжения с защитой, В кн.: Лучшие работы студентов народному хозяйству. Межвузовский сборник научных трудов. М., МТИ,1990, с.70-71.

15. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. М.: Высшая школа, 1998

16. Макаров В.Г. Анализ современного состояния теории и практики асинхронного электропривода. / Вестник Казанского технологического университета. Т. 14. № 6. Казань: КГТУ, 2011. С. 109-120.

17. Макаров В.Г., Яковлев Ю.А. Анализ состояния и перспективы развития работ по идентификации параметров электрических машин. / Вестник Казанского технологического университета. Т. 14. № 1. Казань: КГТУ, 2011. С. 134-144.

18. Константинов В.Г. Многофазные преобразователи на транзисторах. — М.: Энергия, 1972. — 96 с.

19. Копылов И.П. Электрические машины. — М.: Энергоатомиздат, 1986. — 360 с.

20. Чибиркин В.В. Создание силовых полупроводниковых приборов для преобразователей электроподвижного состава / Электротехника, — 1998. — № 3. — с. 1-9.

21. Розанов Ю.К., Флоренцов С.Н. Электропривод и силовая электроника / Электротехника, — 1997. — № 11. -с. 7-12.

22. Ануфриев Л.П., Дударчик А.И. Завод «Транзистор» -крупнейший производитель изделий силовой электроники / Электротехника, — 1996. — № 12. — с. 4-5.

23. Кочетков В.Д. АО «Электропривод» на выставке «Электро-96». / Электротехника, — 1996. — № 6. — с. 7-9.

24. Райхман А.Е. РО’МЪЖТКАЩ — современное решение проблемы управления электроприводом / Электротехника, — 1998. — № 2. — с. 57-59.

© Д. Д. Михайлов — старший преподаватель кафедры электротехники и электропривода КНИТУ, [email protected] © D. D. Mikhailov, senior teacher of chair of electrical equipment and electric drive KNRTU, [email protected]

Бесколлекторные двигатели | Поставки бесколлекторных двигателей по России

Главная / Каталог / Бесколлекторные двигатели

Бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель) — это синхронный двигатель, основанный на принципе частотного регулирования с самосинхронизацией, суть которого заключается в управлении вектором магнитного поля статора в зависимости от положения ротора. Данный тип двигателей был создан с целью улучшения свойств коллекторных электродвигателей постоянного тока.
Бесколлекторный двигатель объединяет в себе лучшие качества бесконтактных двигателей и двигателей постоянного тока.

Устройство, принцип работы бесколлекторного двигателя

Бесколлекторные двигатели (BLDC — brushless DC motors) или, как их еще называют, вентильные двигатели или шпиндельные двигатели, обладают высокой динамикой и точностью позиционирования, большой перегрузочной способностью двигателя к моменту, а также высоким КПД двигателя – более 90%. Благодаря отсутствию трущихся частей в бесколлекторном двигателе возможно его применения во взрывоопасной и агрессивной среде.

Бесколлекторные двигатели состоят из статора традиционной обмотки, в зависимости от способа укладки витков он бывает BLDC – для двигателей имеющих обратную электродвижущую силу и PMSM – для двигателей питающихся синусоидальным током, ротора в котором используются магниты постоянного тока и датчика положения ротора.

Датчик положения ротора, встроенный в корпус двигателя, вырабатывает сигналы управления моментами времени и последовательностью коммутации токов в обмотках статора. Все поставляемые нами бесколлекторные электродвигатели имеют по три встроенных датчика Хола (Honeywell), расположенных под углом 120 градусов друг к другу.

Все бесколлекторные двигатели мы поставляем вместе с блоками управления, производимыми на том же заводе, что и сами двигатели (Fulling Motor, Китай), что гарантирует идеальную «совместимость» блоков управления и двигателей. Некоторые наши клиенты (как правило, использующие бесколлекторные двигатели в массовой серийной продукции с большими объемами выпуска) предпочитают разрабатывать устройства управления бесколлекторным двигателем самостоятельно. При этом они имеют возможность наиболее полно учесть нюансы рабочих режимов двигателей, и максимально снизить цену (себестоимость) блока управления бесколлекторным двигателем.

Бесколлекторные двигатели не имеют недостатков, присущих асинхронным двигателям (потребление реактивной мощности, потери в роторе) и синхронным двигателям (пульсация частоты вращения, выпадение из синхронизма).

Как и у коллекторных двигателей момент бесколлекторных двигателей прямо пропорционален току, а скорость зависит от напряжения питания и нагружающего момента.
Но бесколлекторные двигатели имеют преимущество по сравнению с коллекторными — это отсутствие трущихся и истираемых частей, переключающихся контактов и т.п. и, как следствие, высокий ресурс.

Основные достоинства бесколлекторных (вентильных) двигателей:

  • высокое быстродействие и динамика, точность позиционирования
  • линейность нагрузочных характеристик
  • широкий диапазон изменения частоты вращения
  • большая перегрузочная способность по моменту
  • высокий срок службы (ресурс электродвигателя ограничен, по большому счету, только сроком службы подшипников)
  • высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов
  • низкий перегрев электродвигателя, при работе в режимах с возможными перегрузками
  • существенно более низкий уровень электромагнитных шумов по сравнению с коллекторными моторами

Области применения бесколлекторных двигателей

С силу своих достоинств бесколлекторные двигатели получили широкое распространение  во многих отраслях промышленности. Незаменимыми оказываются они в медицинской технике — низкий уровень электромагнитных излучений, низкий уровень шума и высокий ресурс определили лидирующую роль бесколлекторного привода во многих узлах медицинской аппаратуры. Также бесколлекторные электродвигатели традиционно используются для работы в опасных средах. Отсутствие трущихся частей, способных вызвать искру, позволяет применять бесколлекторные двигатели в нефтегазовой промышленности, например, в качестве трубозапорных приводов для нефте- и газопроводов.

Все об управлении двигателями BLDC: бессенсорные контроллеры бесщеточных двигателей постоянного тока

Узнайте о контроллерах бессенсорных бесщеточных двигателей постоянного тока, некоторых примерах ИС и некоторых недостатках использования таких двигателей.

Краткий обзор щеточных и бесщеточных двигателей постоянного тока

Бесщеточные двигатели постоянного тока

(BLDC) стали чрезвычайно популярными по сравнению со своим предшественником, щеточными двигателями постоянного тока (см. Рисунок ниже). Как следует из названия, «щеточные» двигатели постоянного тока используют щетки и коммутатор для управления движением ротора двигателя.

Рис. 1. В щеточных двигателях постоянного тока используются щетки и коммутатор. Изображение любезно предоставлено Университетом Клемсона.

Опять же, как следует из названия, в бесщеточных двигателях постоянного тока щетки не используются; движение двигателя контролируется с помощью тщательно разработанных сигналов привода. По сравнению с щеточными двигателями, бесщеточные двигатели обладают повышенной надежностью, более длительным сроком службы, меньшими размерами и меньшим весом. Двигатели BLDC стали более популярными в приложениях, где эффективность является критической проблемой, и, вообще говоря, двигатель BLDC считается высокопроизводительным двигателем, способным обеспечивать большое количество крутящего момента в широком диапазоне скоростей.

Некоторые двигатели BLDC используют датчики Холла для определения положения ротора двигателя относительно статора двигателя (см. Рисунок 2 ниже).

Рис. 2. Двигатель BLDC с датчиками Холла. Изображение любезно предоставлено Nidec.com.

Другие двигатели не имеют датчиков; их называют бессенсорными двигателями BLDC. Вместо использования датчиков Холла для определения положения и / или скорости ротора используется явление, называемое обратной ЭДС (см. Рисунок 3 ниже).

Рис. 3. Бездатчиковое управление двигателем BLDC с использованием обратной ЭДС. Изображение любезно предоставлено Microchip (стр. 4).

Бездатчиковое управление двигателем BLDC

Бессенсорное управление двигателем BLDC — иногда называемое бессенсорным трапециевидным управлением двигателями BLDC — использует обратную ЭДС (BEMF) для определения местоположения ротора двигателя (вращающейся части двигателя) относительно статора двигателя (неподвижная часть).

Напряжение, приложенное к обмотке двигателя, заставляет ротор двигателя вращаться.Однако движение ротора через магнитное поле двигателя аналогично поведению генератора, и, следовательно, двигатель не только получает приложенное напряжение, но и генерирует собственное напряжение. Это напряжение называется противодвижущей силой или противо-ЭДС, и оно пропорционально скорости вращения двигателя. Обратную ЭДС можно использовать для определения скорости и положения ротора двигателя — датчики не требуются. Управление двигателем с помощью обратной ЭДС — непростая задача; Большинство бессенсорных двигателей BLDC управляются с помощью микроконтроллера, цифрового сигнального процессора или специальной микросхемы драйвера.На рисунке ниже показан типичный бессенсорный драйвер двигателя BLDC.

Рис. 4. Типичный бессенсорный моторный привод BLDC.

DRV10983 от Texas Instruments представляет собой трехфазный драйвер двигателя без датчиков со встроенными силовыми полевыми МОП-транзисторами, способными обеспечивать непрерывный ток возбуждения до 2 А. Он отличается высокой степенью интеграции и требует небольшого количества внешних компонентов.

Рис. 5. Драйвер бессенсорного управления двигателем BLDC DRV10983 компании TI.Изображение любезно предоставлено Texas Instruments (стр. 1).

Не все контроллеры двигателей BLDC без датчиков имеют встроенные полевые МОП-транзисторы. Рассмотрим, например, A4964 от Allegro. Эта часть требует использования внешних N-канальных силовых полевых МОП-транзисторов; он может работать вместе с микроконтроллером или как независимый однокристальный контроллер двигателя.

Рис. 6. Бессенсорный контроллер BLDC Allegro A4964 может работать либо с микроконтроллером, либо как независимый контроллер двигателя.Изображение взято из таблицы данных A4964.

Как упоминалось ранее, термин трапециевидный иногда используется при описании бессенсорных контроллеров двигателей BLDC. И если посмотреть на рисунок ниже, легко понять, почему: формы напряжения для каждой из трех фаз двигателя имеют трапециевидную форму.

Рис. 7. Микрочип AN970, показывающий формы сигналов датчика Холла и соответствующие трапециевидные формы сигналов обратной ЭДС. Изображение любезно предоставлено Microchip (стр. 3).

Недостатки бессенсорных контроллеров двигателей BLDC

Когда ротор бессенсорного двигателя BLDC вращается, его бессенсорная схема может работать отлично. Однако это не тот случай, когда ротор двигателя неподвижен, и это приводит нас к одному серьезному недостатку использования бессенсорных двигателей BLDC. Когда ротор двигателя не вращается, обратная ЭДС не генерируется. Без обратной ЭДС цепи привода не хватает информации, необходимой для правильного управления двигателем.

Для этой проблемы Texas Instruments предлагает два решения, как указано в их техническом описании DRV10983 (стр. 17):

  1. Используйте функцию определения начального положения DRV10983 (IPD) для определения положения ротора «на основе детерминированного изменения индуктивности, которое часто присутствует в двигателях BLDC.«
  2. Или используйте технику выравнивания и перемещения. В этом методе напряжение прикладывается к одной из фаз, чтобы вынудить ротор достичь известной центровки.

Другой недостаток использования бессенсорных двигателей BLDC связан с соотношением между обратной ЭДС и угловой скоростью. Более низкая скорость означает меньшую обратную ЭДС, и, следовательно, двигатели BLDC с эффектом Холла могут быть более эффективными, чем бессенсорные двигатели BLDC в низкоскоростных приложениях.

В заключение

Бесщеточные двигатели постоянного тока

обладают значительными преимуществами по сравнению со стандартными щеточными двигателями.Бесщеточные реализации постоянного тока могут быть бессенсорными или основанными на датчиках Холла, встроенных в двигатель (третий вариант — использование внешнего датчика углового положения). Бессенсорные системы снижают стоимость и требуют меньшего количества соединений между модулем драйвера и двигателем; они могут быть несколько сложными, но высокопроизводительные интегральные схемы помогают упростить задачу проектирования. Хотя бессенсорные системы обычно предпочтительнее, использование датчиков Холла может быть лучшим выбором для низкоскоростных приложений.

Изображение предоставлено Mataresephotos [CC BY 3.0]

% PDF-1.3
%
2014 0 объект
>
эндобдж
xref
2014 год 132
0000000016 00000 н.
0000003015 00000 н.
0000003200 00000 н.
0000003341 00000 п.
0000003374 00000 н.
0000003433 00000 н.
0000004293 00000 н.
0000004562 00000 н.
0000004632 00000 н.
0000004777 00000 н.
0000004875 00000 н.
0000004984 00000 н.
0000005046 00000 н.
0000005180 00000 н.
0000005242 00000 н.
0000005373 00000 п.
0000005545 00000 н.
0000005737 00000 н.
0000005866 00000 н.
0000005991 00000 н.
0000006185 00000 п.
0000006297 00000 н.
0000006437 00000 н.
0000006589 00000 н.
0000006741 00000 н.
0000006887 00000 н.
0000007054 00000 н.
0000007211 00000 н.
0000007346 00000 н.
0000007484 00000 н.
0000007618 00000 н.
0000007804 00000 н.
0000007918 00000 п.
0000008065 00000 н.
0000008197 00000 н.
0000008374 00000 п.
0000008556 00000 п.
0000008681 00000 п.
0000008816 00000 н.
0000008961 00000 н.
0000009075 00000 н.
0000009189 00000 н.
0000009321 00000 п.
0000009456 00000 п.
0000009594 00000 н.
0000009778 00000 н.
0000009921 00000 н.
0000010035 00000 п.
0000010146 00000 п.
0000010285 00000 п.
0000010425 00000 п.
0000010582 00000 п.
0000010735 00000 п.
0000010871 00000 п.
0000011012 00000 п.
0000011201 00000 п.
0000011294 00000 п.
0000011384 00000 п.
0000011505 00000 п.
0000011605 00000 п.
0000011706 00000 п.
0000011803 00000 п.
0000011901 00000 п.
0000011999 00000 п.
0000012097 00000 п.
0000012195 00000 п.
0000012293 00000 п.
0000012391 00000 п.
0000012489 00000 п.
0000012587 00000 п.
0000012685 00000 п.
0000012783 00000 п.
0000012881 00000 п.
0000012979 00000 п.
0000013077 00000 п.
0000013175 00000 п.
0000013273 00000 п.
0000013372 00000 п.
0000013471 00000 п.
0000013570 00000 п.
0000013669 00000 п.
0000013768 00000 п.
0000013867 00000 п.
0000013966 00000 п.
0000014065 00000 п.
0000014164 00000 п.
0000014263 00000 п.
0000014362 00000 п.
0000014461 00000 п.
0000014560 00000 п.
0000014659 00000 п.
0000014758 00000 п.
0000014857 00000 п.
0000014956 00000 п.
0000015055 00000 п.
0000015154 00000 п.
0000015253 00000 п.
0000015352 00000 п.
0000015451 00000 п.
0000015550 00000 п.
0000015649 00000 п.
0000015748 00000 п.
0000015847 00000 п.
0000015946 00000 п.
0000016045 00000 п.
0000016144 00000 п.
0000016244 00000 п.
0000016405 00000 п.
0000017803 00000 п.
0000017912 00000 п.
0000018001 00000 п.
0000018095 00000 п.
0000018181 00000 п.
0000018205 00000 п.
0000024697 00000 п.
0000024721 00000 п.
0000029603 00000 п.
0000029627 00000 н.
0000034838 00000 п.
0000034862 00000 п.
0000040219 00000 п.
0000040243 00000 п.
0000045803 00000 п.
0000045827 00000 н.
0000045917 00000 п.
0000050262 00000 п.
0000050286 00000 п.
0000054621 00000 п.
0000054645 00000 п.
0000059393 00000 п.
0000003476 00000 н.
0000004270 00000 н.
трейлер
]
>>
startxref
0
%% EOF

2015 0 объект
>
эндобдж
2016 0 объект
a_

Технические советы: основы бесщеточного управления

Привет, это Кали Джо с техническим советом Groschopp.Сегодня мы обсудим наши системы управления бесщеточными двигателями постоянного тока.

Хотя мы предлагаем элементы управления как для двигателей переменного тока, так и для двигателей постоянного тока, сегодня мы сосредоточимся на элементах управления, которые используются в сочетании с нашими бесщеточными двигателями постоянного тока.

Эти элементы управления выпускаются в 2 типах корпусов: первый — в закрытом корпусе NEMA 4X для тяжелых условий эксплуатации, а второй — с креплением на шасси, который идеально подходит для менее жестких приложений OEM — производителей оригинального оборудования.

Эти элементы управления были протестированы с текущей линейкой бесщеточных двигателей постоянного тока Groschopp, чтобы гарантировать достижение оптимальной производительности для вашего приложения.

Другими словами, наши комбинации управления двигателем сочетаются по характеристикам со стратегически разработанными функциями совместимости.

Все элементы управления и бесщеточные двигатели будут предлагаться в виде пакета, чтобы предоставить вам лучшее решение для двигателя / управления, возможное для вашего приложения — вам не придется сидеть и смотреть на кучу характеристик двигателей и органов управления, чтобы понять, что именно лучшее сочетание.

Мы уже сделали это за вас. Кроме того, если у вас есть какие-либо другие вопросы, наш отдел продаж с радостью проведет вас через процесс выбора системы управления двигателем.

Пакеты включают опцию низкого и линейного напряжения, подходящую для наших низковольтных и высоковольтных бесщеточных двигателей постоянного тока.

Низковольтные устройства управления представляют собой устройства управления с обратной связью, скорости и направления, рассчитанные на входное напряжение 10-13,5 В постоянного тока или 18-54 В постоянного тока и рассчитанные на постоянный ток 20 ампер.

Регуляторы высокого или линейного напряжения также являются регуляторами с обратной связью, скоростью и направлением и рассчитаны на входное напряжение 120 В переменного тока и на постоянный ток 3,1 А, что составляет примерно 480 Вт.

Эта характеристика замкнутого контура позволяет средствам управления обеспечивать превосходное регулирование скорости, а также некоторые другие характеристики этих средств управления. Следите за предстоящими обучающими видеороликами Groschopp по основам бесщеточного управления, таким как функции различных функций, возможность настройки управления и другие возможности компонентов.

Это был технический совет Groschopp. Для получения дополнительной информации о любом из наших продуктов или просмотра других технических советов посетите нас в Интернете по адресу www.Groschopp.com .

  • Основные сведения о мотор-редукторах | Примеры из практики

    Мы берем все, что обсуждали, и применяем это в трех сценариях. Любой мотор-редуктор подойдет для большинства применений, но обычно лучше всего подходят только один или два типа.

  • Основные сведения о мотор-редукторах | Подходящие мотор-редукторы — комплексные решения

    В этом видео мы обсудим, как выбрать мотор-редуктор в четыре простых шага, выбрав встроенный мотор-редуктор.

  • Основные сведения о мотор-редукторах | Подходящие мотор-редукторы — выбор двигателя

    В этом видео мы продолжаем обсуждение выбора мотор-редуктора путем соединения отдельных компонентов. Теперь посмотрим, как выбрать двигатель в зависимости от редуктора, выбранного для приложения.

  • Основные сведения о мотор-редукторах | Подходящие мотор-редукторы — выбор редуктора

    В этом видео мы начинаем наше глубокое погружение в выбор мотор-редуктора.Есть два метода соединения двигателей и редукторов для создания оптимального мотор-редуктора. Здесь мы начнем с первого метода, посмотрев на выбор коробки передач.

  • Основные сведения о мотор-редукторах | Параметры приложения

    В этом видео рассматриваются важные критерии применения, которые необходимо учитывать при выборе мотор-редуктора.

  • Основные сведения о мотор-редукторах | Редукторы угловые

    Редукторы

    Right Angle отлично подходят для приложений, где размер и пространство имеют большое значение.С возможностью выхода поворота на угол 90 градусов.

  • Основные сведения о мотор-редукторах | Планетарные редукторы

    Планетарные редукторы

    идеально подходят для применений, требующих высокого крутящего момента в небольшом корпусе и выходном валу с соосным выравниванием. Обсудим конструкцию, характеристики, преимущества и недостатки планетарных коробок передач.

  • Основные сведения о мотор-редукторах | Редуктор с параллельным валом

    Редукторы с параллельными валами — идеальное решение для непрерывного режима работы; приложения, требующие низкого крутящего момента; приложения с более высокими температурами окружающей среды; или экономичные приложения.

  • Основные сведения о мотор-редукторах | Введение в мотор-редукторы

    В этом видео мы даем краткий обзор двигателей и объясняем причины использования мотор-редукторов — почему использование редуктора (коробки передач) с двигателем позволяет использовать двигатель меньшего размера и увеличить крутящий момент и / или скорость.

  • Технический совет: устранение неисправностей двигателя при перегреве

    Даже если двигатель соответствует заявлению на бумаге, вы все равно можете столкнуться с новыми переменными во время тестирования.Вот шесть общих проверок, которые помогут определить, почему ваш двигатель может перегреваться.

  • Технический совет: планетарные редукторы

    В этом видео мы обсуждаем планетарные редукторы. Изучите все тонкости работы этих редукторов, а также их преимущества и недостатки.

  • Как выбрать электродвигатель: инструменты для проектирования

    Завершая эту серию видеороликов, мы поделимся несколькими формулами расчета двигателя и другими инструментами, которые помогут вам в процессе выбора.

  • Как выбрать электродвигатель: примеры из практики

    Мы берем все, что обсуждали, и применяем это в трех сценариях с различными уровнями индивидуальных двигателей. Любой двигатель подойдет для большинства применений, но обычно лучше всего подходят только один или два типа.

  • Как выбрать электродвигатель: электродвигатели, изготовленные на заказ

    В этом видео мы надеемся развеять любые сомнения, которые могут у вас возникнуть по поводу настройки двигателя для вашего приложения.Вам не нужно брать стандартный двигатель и пытаться подогнать его под ваше приложение.

  • Как выбрать электродвигатель: бесщеточные двигатели постоянного тока

    В этом видео мы обсуждаем конструкцию, характеристики, преимущества и недостатки двигателей BLDC. Мы также рассмотрим кривые производительности двигателя BLDC для определения скорости, крутящего момента и эффективности.

  • Как выбрать электродвигатель: двигатели переменного тока

    В этом видео мы обсуждаем конструкцию, характеристики, преимущества и недостатки асинхронных двигателей.Мы также рассмотрим кривые производительности двигателя переменного тока для определения скорости, крутящего момента и эффективности.

  • Как выбрать электродвигатель: двигатели постоянного тока

    В этом видео мы обсуждаем конструкцию, характеристики, преимущества и недостатки двигателей постоянного тока. Мы также рассмотрим кривые производительности двигателя постоянного тока для определения скорости, крутящего момента и эффективности.

  • Как выбрать электродвигатель: Universal Motors

    В этом видео мы обсуждаем конструкцию, характеристики, преимущества и недостатки Universal Motors.Мы также рассмотрим кривые производительности универсального двигателя для определения скорости, крутящего момента и эффективности.

  • Как выбрать электродвигатель: критерии применения (часть 2)

    Это вторая часть нашего обсуждения критериев подачи заявок. Это кажется очевидным, но мы хотели бы напомнить нашим клиентам, что всегда следует учитывать максимальный размер и вес двигателя, которые позволяет их применение, и знать, какой ожидаемый срок службы двигателя потребуется.

  • Как выбрать электродвигатель: критерии применения (часть 1)

    В этом (и в следующем) видео рассматриваются важные критерии приложения. Сначала мы сосредоточимся на ограничениях приложения, которые необходимо учитывать в процессе проектирования.

  • Как выбрать электродвигатель: введение и основы

    Выбор подходящего двигателя может быть сложным процессом.В этом первом видео мы познакомим вас с основными концепциями электродвигателей.

  • Как переключать напряжение между 12В и 24В-48В на бесщеточном контроллере Groschopp

    В этом видео показано короткое пошаговое руководство по переключению выходного напряжения на бесщеточном регуляторе Groschopp.

  • Как установить предел тока на бесщеточном устройстве управления Groschopp

    В этом коротком видео показано, как установить текущий предел для бесщеточного управления Groschopp.

  • Как установить усиление на бесщеточном регуляторе Groschopp

    Посмотрите это видео, чтобы узнать об усилении и о том, как установить его на бесщеточном регуляторе Groschopp.

  • Groschopp Tech Tips: Инструмент для поиска двигателей

    В этом обучающем видео показано, как использовать инструмент Groschopp для поиска идеального двигателя.

  • Технические советы: основы бесщеточного управления

    Посмотрев это видео, вы познакомитесь с основами всех бесщеточных средств управления Groschopp, их типами корпусов и опциями низкого и высокого напряжения.

  • Технические советы: масло против смазки

    В этом видео мы объясним 7 факторов, которые следует учитывать при выборе масла и консистентной смазки, чтобы определить, какой тип смазки лучше всего подходит для вашего мотор-редуктора.

  • Планетарные мотор-редукторы постоянного тока с прямым углом

    Groschopp предлагает линейку планетарных прямоугольных мотор-редукторов постоянного тока, которые обеспечивают преимущества стандартных прямоугольных мотор-редукторов без снижения эффективности.

  • Groschopp представляет индивидуальные настройки и 3D-модели

    Groschopp упрощает выбор подходящего двигателя или мотор-редуктора за счет включения 3D-моделей на каждую страницу продукта, а также на страницы настройки.

  • Технические советы: Основы работы с бесщеточными двигателями постоянного тока

    В этом видео с техническими советами объясняются основы бесщеточных двигателей постоянного тока: как они сконструированы и как работают.

  • Технические советы: задний ход и торможение

    В этих технических советах обсуждаются преимущества заднего привода и тормозов, а также типы приложений, для которых они лучше всего подходят.

  • Технические советы: рабочий цикл

    В этом видео мы даем вам краткое руководство по важности рабочего цикла для оптимальной работы двигателей с малой мощностью и мотор-редукторов.

  • Технические советы: тяжелые условия эксплуатации двигателя

    Как двигатели с дробной мощностью рассчитаны на работу в жестких моторных средах.Понимание рейтингов IP и жестких требований к работе важно для точной передачи требований приложения.

  • Технические советы: Основы работы с двигателями переменного тока

    Понимание характеристик двигателей переменного тока позволяет инженерам выбрать двигатель, наиболее подходящий для их применения.

  • Преимущество Groschopp

    Что делает Groschopp особенной компанией для наших клиентов? Все сводится к людям, которые составляют компанию.Узнайте, как они лежат в основе преимущества Groschopp.

  • История Groschopp, Inc.

    Богатая история Groschopp, Inc. начинается в 1930 году с компании Wincharger. Как мы добрались от Винчарджера до Грошоппа? Смотрите и узнайте.

  • Технические советы: как проверить наличие повреждений якоря

    Вот три быстрые проверки, которые вы можете выполнить с помощью вольт / омметра, чтобы проверить обмотку якоря двигателя постоянного тока, чтобы определить, правильно ли работает якорь двигателя.

  • Новый бесщеточный двигатель постоянного тока

    Представляем надежную комбинацию безщеточного двигателя постоянного тока и коробки передач. Новый бесщеточный двигатель не требует обслуживания, отличается высокой надежностью и имеет срок службы более 20 000 часов.

  • Выберите мотор-редуктор — 4 ступени

    Это видео-руководство охватывает основы выбора мотор-редуктора в четыре простых шага: включая скорость, крутящий момент и требования к применению.

  • Производство чудес

    Ознакомьтесь с производственными возможностями Groschopp, обеспечением качества и инженерными возможностями, а также взгляните изнутри на производственные мощности и инженерную лабораторию Groschopp, расположенные в Сиу-Центре, штат Айова.

Controls-DC Бесщеточные двигатели | Дартс

>
Руководство по продукту
> Бесщеточные двигатели Controls-DC

Серия Commutrol ™ компании Dart — это средства управления для бесщеточных двигателей, предназначенные для обеспечения коммутируемой мощности и регулирования скорости для стандартного трехфазного бесщеточного двигателя постоянного тока.Дизайнеры выбирают бесщеточные системы управления двигателями Dart за их готовую к продаже доступность, ценность и более чем 20-летнюю репутацию на рынке как настоящие средства управления двигателями промышленного уровня. Компактная, экономичная и эффективная серия Commutrol ™ идеальна там, где требуются не требующий обслуживания высокий крутящий момент, высокая скорость и бесшумная работа. OEM-производителям рекомендуется связаться с Dart, чтобы изучить особенности их применения.

Новинка!


  • Регулируемая минимальная и максимальная скорость; ПРЕДЕЛ ТОКА
  • Регулируемый УСКОРЕНИЕ / ЗАМЕДЛЕНИЕ (только 703B / 733B)
  • Перегрузка 150% в течение 30 секунд
  • Выбираемый на месте шаг моторного зала
  • Диапазон скорости 50: 1
  • Функция FWD / REV
  • Функция ТОРМОЗА (только для серии 730B )
  • Функция фиксации ограничения тока (только 733BDC)


  • Регулируемая минимальная и максимальная скорость; ПРЕДЕЛ ТОКА
  • Перегрузка 200% в течение 30 секунд
  • Выбираемый на месте шаг моторного зала
  • Диапазон скорости 50: 1
  • Функция FWD / REV


  • Конструкция на базе микропроцессора
  • Точность алгоритма цифрового замкнутого контура ± 1/2 об / мин установленной скорости или эквивалент
  • Энергонезависимая память сохраняет настройки привода при потере мощности
  • Программируется на заводе или на месте с помощью клавиатуры на передней панели
  • Настройки профиля управления включают MIN и MAX скорость, ACCEL, DECEL, блоки индикации и многое другое.
  • Функция блокировки программирования
  • Защита от переходных напряжений
  • Автономный источник питания для датчиков скорости
  • Большой 4-разрядный светодиод 1/2 дюйма дисплей
  • Прочный алюминиевый корпус, соответствующий требованиям NEMA 4X, с поликарбонатной мембраной и прокладкой
  • Диапазон температур окружающей среды от -10 ° C до 45 ° C
  • Несколько режимов работы, включая: основной, режим скорости — управление такими единицами измерения скорости, как об / мин, галлонов на Минута и т. Д.Master, Time Mode — управление в единицах времени, таких как HH: MM, MM: SS, SS: TT или в других единицах
  • Расстояние между датчиками Холла 60 или 120 — выбирается перемычкой
  • Прямое или обратное вращение двигателя выбирается перемычкой

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

maxon motor Australia Pty Ltd

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 吴江
中国

Германия

maxon мотор gmbh

Truderinger Str. 210
81825 München
Deutschland

Индия Электронная почта

прецизионный двигатель maxon India Pvt.ООО

Niran Arcade, № 563/564
Новая Бел Роуд,
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 E-Mail

㈜ 맥슨 모터 코리아

서울시 서초구
반포 대로 14 길 27, 한국 137-876

Португалия Электронная почта

maxon motor ibérica s.

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

максон мотор великобритания, ооо

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

США (Восточное побережье) E-Mail

прецизионные двигатели maxon, inc.

125 Девер Драйв
Тонтон, Массачусетс 02780
США

США (Западное побережье) Электронная почта

прецизионные двигатели maxon, inc.

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

PML703-5 Управление бесщеточным двигателем

Модель
Номер
Корпус Максимальный
Ток
(АЦП)
Вход
Напряжение
(В перем. Тока)
Выход
Напряжение
(В постоянного тока)
Диапазон мощности Торможение Реверс Изоляция Обратная связь
л.с. кВт
PML703-5 Шасси 5 * 115 или 230 0–140 1/20 — 3/4.04 — 0,56 Да
(регенеративный)
Да
(регенеративный)
0 ± 5 В постоянного тока
0 ± 10 В постоянного тока
4-20 мА
Эффекты Холла
(обязательно)
0–280 1/10 — 1 1/2 0,07 — 1,1

* При установке для обеспечения восходящего потока воздуха через ребра радиатора. Уменьшите до 4,0 ампер при установке в любой другой конфигурации.

Характеристики

  • Внесено в список UL 61800-5-1: Протестировано в соответствии с новым стандартом UL, который будет внедрен в 2020 году.
  • На базе микропроцессора: Позволяет индивидуальное программирование для OEM.
  • Режим удвоения: может удвоить линию 115 В переменного тока до выхода шины 280 В постоянного тока.
  • Изолированные входы: Принимает плавающие или заземленные сигналы 0 ± 5 В постоянного тока, 0 ± 10 В постоянного тока или 4-20 мА.
  • Диагностические светодиоды: светодиоды для питания и состояния (пониженное напряжение, повышенное напряжение, короткое замыкание / текущее отключение, предупреждение / отключение перегрева).
  • Термозащита: привод распознает перегрев в результате перегрузки.Сначала он мигает кодом предупреждения на светодиодном индикаторе состояния и, в конечном итоге, сработает, если состояние не исчезнет.

Технические данные

  • Датчики на эффекте Холла: 120 °, 5 В постоянного тока, 75 мА, комбинированные

Горшки для обрезки

  • Настройка нуля
  • Минимальная скорость
  • Максимальная скорость
  • Разгон
  • Замедление
  • Предел тока двигателя
  • Предел рекуперативного тока
  • Пропорциональное усиление
  • Интегральное усиление

Бесщеточный DC против контроллера двигателя PMSM

Решения

для двигателей и контроллеров двигателей служат автомобильной промышленности с незапамятных времен!

Постоянные инновации в двигателях и системах управления двигателями сделали двигатели неотъемлемой частью разнообразных автомобильных приложений.

Основываясь на эффективности, Motors and Motor Control Solutions оправдывают ожидания автомобильной промышленности (включая область электромобилей)

Интересно, что существует два конкретных типа двигателей, которые выдержали испытание временем и претерпели огромные изменения.

Они широко известны как:

  • BLDC Motors — Бесщеточные двигатели постоянного тока
  • PMSM Motors — Синхронные двигатели с постоянными магнитами.

В то время как двигатели BLDC заменили щеточные двигатели постоянного тока, двигатели PMSM оказались лучшей альтернативой асинхронным двигателям переменного тока.

Оба этих двигателя находят применение в некоторых из самых инновационных автомобильных приложений. Например, PMSM теперь де-факто мотор, применяемый в трансмиссии электромобилей.

Аналогичным образом, такие приложения, как электроусилитель рулевого управления и системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, работают наилучшим образом, когда ими управляет двигатель постоянного тока с BLDC. Однако эти двигатели иногда могут использоваться взаимозаменяемо, в зависимости от определенных конкретных сценариев использования.

Прежде чем мы углубимся в приложения, давайте немного разберемся, как работают PMSM и BLDC Motors?

В ходе курса мы также попытаемся обсудить внутренние различия между этими двумя двигателями.

Как работают PMSM и бесщеточные двигатели?

  1. Бесщеточные двигатели постоянного тока Бесщеточные двигатели постоянного тока — это усовершенствованная версия щеточных двигателей постоянного тока. Отсутствие щеток дает двигателям BLDC возможность вращаться с высокой скоростью и повышает эффективность.

    Основные характеристики двигателей BLDC:

    • Он состоит из двух основных частей — ротора и статора.
    • Ротор — это движущаяся деталь, имеющая постоянные магниты в качестве магнитов ротора.
    • Статор — это стационарный компонент, состоящий из обмоток катушки.
    • Электрический ток через обмотки статора создает магнитное поле, которое вращает постоянный магнит ротора.
    • Изменяя ток, протекающий через статор, можно изменять скорость двигателя.
    • В большинстве автомобильных приложений скорость двигателя регулируется электронно с помощью бесщеточного контроллера двигателя постоянного тока.

    * Подробные сведения о системах управления двигателями см. В нашем блоге.

    Преимущества двигателей BLDC:

    • Способность работать с более высокой скоростью и обеспечивать постоянный крутящий момент
    • Прочность
    • КПД почти 85-90%
    • Способность реагировать на управляющие механизмы на высоких скоростях
    • Нет искр и меньше шума, так как щеток нет
    • Простота управления двигателем (с использованием решений контроллера двигателя BLDC)
    • Возможность самозапуска
    • Охлаждается за счет теплопроводности и не требует дополнительного охлаждающего механизма
  2. Синхронный двигатель с постоянными магнитами (PMSM) Переходя к синхронному двигателю с постоянными магнитами, его можно рассматривать как аналог бесщеточного двигателя постоянного тока переменного тока.

    PMSM также состоит из постоянного магнита в качестве ротора и статора с намотанной на него катушкой. Работа двигателя PMSM также очень похожа на двигатель BLDC.

    Однако изменение заключается в форме волны обратной ЭДС, которая имеет синусоидальную природу. Это потому, что катушки намотаны на статор синусоидальным образом.

    Это также означает, что PMSM требует переменного тока (синусоидального по своей природе) для достижения наилучших характеристик. Этот тип управляющего тока также снижает шум, производимый двигателем.Мы обсудим концепцию обратной ЭДС в нашем следующем блоге, посвященном полевому управлению (FOC).

    Преимущества двигателей PMSM:

    • Более высокий КПД, чем у бесщеточных двигателей постоянного тока
    • Нет пульсации крутящего момента при переключении двигателя
    • Более высокий крутящий момент и лучшая производительность
    • Более надежные и менее шумные, чем другие асинхронные двигатели
    • Высокая производительность как на высокой, так и на низкой скорости работы
    • Низкая инерция ротора упрощает управление
    • Эффективное рассеивание тепла
    • Мотор уменьшен.

BLDC v / s PMSM Motors: понимание механизма управления двигателем

Нет большой разницы в системах управления двигателями BLDC и PMSM Motors; за исключением характера управляющего тока и определения положения ротора.

Хотя мы обсудили ток возбуждения, необходимый для обоих двигателей, давайте теперь поговорим о важности определения положения ротора.

Правильное время для включения фазного тока двигателя (коммутации двигателя) важно для оценки правильного количества энергии. В двигателях на основе датчиков эту работу выполняют датчики эффекта Холла.

В двигателе BLDC положение ротора обычно определяется набором из 3 датчиков эффекта Холла. Коммутация осуществляется посредством шестиэтапного процесса.Это приводит к небольшим перерывам в коммутации, что, в свою очередь, вызывает пульсации крутящего момента (периодическое увеличение / уменьшение выходного крутящего момента двигателя) в конце каждого шага.

Для двигателя PMSM, напротив, требуется только один датчик эффекта Холла, поскольку коммутация является непрерывной. Следовательно, положение ротора контролируется в каждом случае, измеряется датчиком и передается в решение контроллера двигателя PMSM.

Одним из преимуществ двигателя PMSM является отсутствие пульсации крутящего момента, что делает эти двигатели более эффективными, чем BLDC.

Каковы применения двигателей BLDC и PMSM в автомобильной промышленности?

Двигатели BLDC и PMSM широко используются в автомобильной промышленности, поскольку оба этих двигателя подходят для различных вариантов использования (иногда взаимозаменяемы).
Бесщеточные двигатели постоянного тока

долговечны, достаточно эффективны и недороги. Они могут работать на высокой скорости и могут управляться электроникой. Все эти характеристики делают эти двигатели идеальными для автомобильных компонентов, которые находятся в непрерывной эксплуатации.

С другой стороны, двигатели

PMSM обладают всеми характеристиками двигателя BLDC с дополнительным преимуществом меньшего шума и более высокой эффективности.

Давайте посмотрим на некоторые распространенные применения этих двигателей, начиная с бесщеточных двигателей постоянного тока:

  • Электронные системы рулевого управления с усилителем: способность работать на высокой скорости и присущая долговечность делают двигатели BLDC предпочтительным выбором для приложений с электронным усилителем рулевого управления (EPS). Двигатель BLDC на основе датчиков может определять положение ротора и создавать оптимальный крутящий момент управлять рулем.
  • Система

  • HVAC (Отопление, вентиляция и кондиционирование): Решения HVAC становятся умнее благодаря внедрению автоматизации в современные автомобили. Эта автоматизация достигается за счет двигателей с электронным приводом, особенно бесщеточных двигателей постоянного тока. Эти двигатели управляются широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), что делает их надежными, эффективными и экологически безопасными.
  • Трансмиссия гибридного электромобиля

  • : большое количество гибридных автомобилей интегрировано с контроллерами бесщеточных двигателей постоянного тока для управления трансмиссией.Тому же есть несколько причин. Самая важная причина — максимальная эффективность и простой метод охлаждения ротора.
  • Двигатели

BLDC также помогают в рекуперативном торможении, которое заключается в подзарядке аккумулятора при каждом торможении. Постоянные магниты и внешний крутящий момент работают вместе как генератор для импульсной зарядки аккумулятора.

Применение двигателей PMSM в автомобилях

  • Сервомеханизм в автомобилях: Сервомеханизм — это набор двигателей и контроллеров двигателей, которые производят движение с более высоким уровнем энергии, чем применяемый входной сигнал.Двигатели PMSM — лучший выбор двигателей для поддержки такого механизма, потому что двигатели PMSM очень эффективны, производят меньше шума и устойчивы к износу. Одним из примеров является серво тормоз, который увеличивает усилие, прилагаемое водителем к педалям тормоза. Другой пример — сервоуправление, которое на шаг впереди обычного рулевого управления с усилителем. Здесь также используется двигатель PMSM.
  • Трансмиссия электромобилей: за исключением нескольких электромобилей, которые используют двигатели BLDC, большинство OEM-производителей развертывают двигатели переменного тока для питания трансмиссии электромобилей.И PMSM — предпочтительный выбор. Причины — высокая удельная мощность и наличие эффективных решений для управления двигателями PMSM.

В будущее

Новые функции внедряются в автомобили с беспрецедентной скоростью. И моторы, особенно интеллектуальные моторные системы, лежат в основе таких инноваций.

Приложения, такие как ADAS, также управляются несколькими небольшими двигателями с электронным приводом.

И что еще более важно, поскольку мир все быстрее движется в сторону электромобилей, двигатели и системы управления двигателями должны развиваться с гораздо более высокой скоростью.

Потому что только так электромобили получат более широкое признание среди людей, которые так привыкли управлять транспортными средствами с двигателями внутреннего сгорания.