Бесколлекторные Двигатели (Что? Как? Почему?)

[Вовка_Трынкин]

..совсем недавно столкнулся с проблемкой управления бесколлекторным двигателем,

по-моему нашёл "понятийное" объяснение работы сего "зверя":

Бесколлекторные двигатели

(что? как? почему?)

Текст: Arthur Koral

Перевод: Андрей Пащенко

Бесколлекторные двигатели произвели революцию во многих областях – начиная с гибридных автомобилей и заканчивая радиоуправляемыми вертолетами. Бесколлекторные двигатели имеют КПД (коэффициент полезного действия) около 93% и развивают небывалую мощность. В этом выпуске мы попытаемся вникнуть в физические аспекты бесколлекторных двигателей и понять, как работает бесколлекторный двигатель. Возможно, многих из вас удивлял принцип работы электронного контролера скорости (ЭКС). А что такое тайминг? Как контролируется скорость? Что означает Kv? Мы попытаемся дать ответ на эти и другие вопросы.

Электрические моторы – Все о магнитах

Электрические моторы работают благодаря магнитному полю. В электромоторах используются два типа магнитов, называемых постоянными и электромагнитами, которые притягиваются и отталкиваются друг друга. Постоянный магнит, как следует из его названия, образует магнитное поле постоянно. Электромагнит создает магнитное поле только при подаче электрического тока на его обмотки. У каждого магнита есть два полюса: южный (положительный) и северный (отрицательный). Противоположные полюса притягиваются друг к другу, одноименные – отталкиваются.

Магниты в моторе расположены таким образом, что бы благодаря притяжению и отталкиванию одного магнита от другого приводился во вращение вал двигателя. Для поддержания вращения магнитное поле, по крайней мере, одной группы магнитов, должно вращаться вместе с мотором. Вращение магнитного поля – это основа. Существует два способа создания вращающегося магнитного пола в электрических моторах: электронно (бесколлекторные двигатели) или механически (коллекторные двигатели). В коллекторных двигателях магнитное поле изменяется механически с помощью якоря и щеток, скользящих по коллектору. При этом происходит циклическое изменение тока, протекающего через электромагнитные кольца, с обратного на прямой и наоборот, благодаря чему направление магнитного поля изменяется каждый раз при смене направления тока.

Коллекторные моторы имеют преимущество, в виде возможности контроля скорости вращения с помощью простейшего переменного резистора. Недостатками коллекторных моторов являются относительно низкий КПД и необходимость регулярного обслуживания из-за трения и износа щеток.

В бесколллекторных двигателях изменение магнитного поля происходит с помощью электронного контролера скорости (ЭКС; ESC). Постоянный магнит, закрепленный на вращающемся роторе (in-runner), или на вращающемся колоколе (out-runner), притягивается каждую фазу, что приводит к его вращению вместе с его магнитным полем.

Все о тайминге

Для того, что бы вращающееся магнитное поле было в фазе с корректным магнитом на роторе, электронный контролер скорости должен определить положение и скорость вращения ротора. Наиболее распространены два метода получения этих данных. Один метод основан на использовании оптических или магнитных датчиков (датчики Холла), подобно тем, которые используются в контролерах оборотов нитродвигателей (гувернерах). В другом методе (без сенсоров) для определения положения ротора и скорости его вращения проводят регистрацию обратных электромагнитных полей (back electromagnetic field pulses - EMF) генерируемых во время каждой из трех фаз. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Мы рассмотрим второй метод более подробно, так как он получил наибольшее распространение в бесколлекторных двигателях, устанавливаемых на моделях вертолетов.

Обратные электромагнитные поля – Разницы между моторами и генераторами не существует

Перед объяснением принципа работы бесколлекторных моторов без датчиков, нам необходимо обсудить обратные электромагнитные поля. Во время вращения ротора якоря с обмотками проходят рядом с магнитами, что приводит к появлению электрического тока в обмотках, подобно работе электрогенератора. В действительности, электромоторы это генераторы только наоборот. В обмотках без напряжения, вращающихся рядом с постоянными магнитами, генерируется электрический ток. Электронный контролер скорости регистрирует подаваемое на обмотку напряжение и возникающие обратные электромагнитные импульсы в процессе вращения.

Контролеры скорости без датчиков работают на основе расчета времени в каждой фазе между импульсом напряжения питания и импульса обратного электромагнитного поля. «Нулевой отсчет» - это точка начала отсчета и определяется, как отсутствие напряжения (0 В) на обмотке. Это средняя точка между подачей импульса напряжения питания и импульсом обратного электромагнитного поля. В этой точке, электронный контролер скорости точно знает положение каждого магнита и использует эту информацию для определения фазы и куда подать следующий импульс напряжения питания.

Контроль скорости – по частоте или напряжению; вот в чем вопрос

Если необходимо увеличить скорость движения магнитов, то нужно просто увеличить силу магнитного поля. Увеличивая продолжительность каждого импульса (широтно-импульсная модуляция) магнитное поле становится сильнее, увеличивая вращательный момент, создаваемый между магнитами ротора и обмотками статора. Ротор начинает быстрее вращаться из-за увеличения вращательного момента и увеличения частоты генерируемой электронным контролером скорости, которая увеличивается для поддержания более быстрого вращения. Электронный контролер скорости с начало контролирует напряжение питания, а частота регулируется как следствие.

Kv и максимальная скорость – что тормозит

Причиной, по которой частота вращения ограничена, является обратное электромагнитное поле. При работе мотора, частота вращения ротора замедляется из-за силы необходимой для генерации обратного электромагнитного поля. Чем больше скорость вращения (до 100% от возможностей электронного контролера скорости), тем сильнее обратное электромагнитное поле, и при максимальной скорости сила вращения уравновешена обратным электромагнитным полем. Kv определяется как отношение частоты вращения (об/мин) на напряжение (В). Причина, по которой Kv являются функцией от напряжения является то, что максимальный крутящий момент, а следовательно и скорость, фиксируются при работе без нагрузки при определенном напряжении питания.

Обратное электромагнитное поле и Kv

Наверное, вы помните, что в одной из предыдущих публикаций мы разбирали авторотацию. Во время авторотации сила набегающего потока воздуха заставляет лопасти вращаться. Вращающиеся лопасти обеспечивают стабильность и замедление скорости падения. Вы можете рассматривать напряжение питания, как набегающий поток воздуха при авторотации. Напряжение заставляет мотор вращаться и при взаимодействии постоянных магнитов ротора с электромагнитами возникает обратное электромагнитное поле. Точно так же, как частота вращения лопастей ограничена тормозящим влиянием создаваемой силы тяги, так частота вращения двигателя лимитирована обратным электромагнитным полем.

Собирая по кусочкам

Надеемся, что эта информация только, подтвердит правильность ваших знаний о бесколлекторных двигателях или вы узнали что-то новое. Работа бесколлекторных двигателей основана на вращающемся магнитном поле управляемом электронным контролером скорости. Это вращающееся электромагнитное поле притягивает или отталкивает постоянные магниты, закрепленные на роторе. Мотор приводится во вращение электрическим током, однако при вращении мотор генерирует электрический ток или обратное электромагнитное поле. Максимальная скорость вращения ротора, измеряемая в Kv, лимитирована напряжением и создаваемым обратным электромагнитным полем. И единственное, что можно испортить – это магнит.

Андрей Пащенко

Перевод и публикация выполнены с разрешения редакции журнала RC Heli Magazine

Оригинальный текст: www.rchelimag.com

Источник: blogs

..продолжение может последовать и далее, если, если...

[Реклама]

Реклама: ООО ТД Промэлектроника, ИНН: 6659197470, Тел: 8 (800) 1000-321

[Сёха]

Спасибо. Отличная статья. Давно хотел разобраться с БКД, да все времени не было. А тут вот - коротко и доходчиво!

[Реклама]

20% скидка на весь каталог электронных компонентов в ТМ Электроникс!

Акция "Лето ближе - цены ниже", успей сделать выгодные покупки!

Плюс весь апрель действует скидка 10% по промокоду APREL24 + 15% кэшбэк и бесплатная доставка!

Перейти на страницу акции

Реклама: ООО ТМ ЭЛЕКТРОНИКС, ИНН: 7806548420, info@tmelectronics.ru, +7(812)4094849

[к174ун4б]

Автор! это итак было всем известно, только непонятно зачем всё это ты здесь выложил? подобной инфы море в нете и на ютубе даже с картинками есть.

другой вопрос если бы ты, на примере конкретного изделия объяснил. например купил бы вертолётик на РУ, разобрал бы и с пояснениями выложил бы обширный обзор.

а так тупо копипастить содранную где то инфу всё равно что папуасам жестами объяснять что такое снег

ИМХО либо на примере конкретного изделия поясняй, либо прекрати флудить.

Изменено 14 мая, 2011 пользователем к174ун4б

[Реклама]

Выбираем схему BMS для корректной работы литий-железофосфатных (LiFePO4) аккумуляторов

 Обязательным условием долгой и стабильной работы Li-FePO4-аккумуляторов, в том числе и производства EVE Energy, является применение специализированных BMS-микросхем. Литий-железофосфатные АКБ отличаются такими характеристиками, как высокая многократность циклов заряда-разряда, безопасность, возможность быстрой зарядки, устойчивость к буферному режиму работы и приемлемая стоимость. Но для этих АКБ, также как и для других, очень важен контроль процесса заряда и разряда, а специализированных микросхем для этого вида аккумуляторов не так много. Инженеры КОМПЭЛ подготовили список имеющихся микросхем и возможных решений от разных производителей. Подробнее>>

Реклама: АО КОМПЭЛ, ИНН: 7713005406, ОГРН: 1027700032161

[Вовка_Трынкин]

174-й...!

..попросил бы мне не ТЫ-кать!!

а

так тупо копипастить содранную где то инфу всё равно что папуасам жестами объяснять что такое снег

- это возможно трактовать неоднозначно, в том числе и, как минимум "не уважение к участникам форума и пр..."?

[к174ун4б]

174-й...!

..попросил бы мне не ТЫ-кать!!

это возможно трактовать неоднозначно, в том числе и, как минимум "не уважение к участникам форума и пр..."?

Извините, что вас за Коллегу принял

ИМХО поясняйте на конкретной модели или прекратите флудить.

Изменено 16 мая, 2011 пользователем к174ун4б

[Вовка_Трынкин]

к174-й

...прекратите флудить

..не совсем понравился Ваш приказной тон, неприятный "осадок" ,и в ответ позволю себе байку: ->

"- встречаются двое, вроде как - Коллеги, один спрашивает у другого:

- Ну как, ходил к окулисту?

- Ну. да. посетил.

- Что сказал?

- Чё сказал, чо сказал: - посоветовал изучать Азбуку!?

С ... и пр...

[Dj_smart]

Моделизм это только одно из применений. Я всунул самодельный , с самодельным контроллером, в станок с ЧПУ в качестве шпинделя. Для чистовой обработки самое оно, обороты дурные, а шуму мало. А то киловатный фрезер орёт как... http://www.cncmasterkit.ru/modules.php?name=Forums&file=viewtopic&p=25939#25939

[Вовка_Трынкин]

Dj_smart,

..мне лично понравилось Ваше мышление испытателя -> http://www.cncmaster...c&p=25939#25939 даже при беглом чтении сего..

..и вообще, глубоко уважаю людей трудолюбивых, творческих и пр..., очень многих можно было бы причислить к таким с данного форума (особо хотелось бы отметить - Сёха) и -> "не подхалимство ни разу"

У самого же на пока на сей момент "сваялось" вот что ->

мой первый опыт (размах крыла - 1160, вес - 890 гр. на данный момент, аккум. 2700, двигатель порядка 1200 Kv - 15А, регулятор где-то рядом с 20-тью А и пр... по паркету покатался, тяга вроде бы приемлимая

Доводить до ума предполагаю не ранее конца августа -> времечко-то летнее, куча других увлечений и время препровождения..

С уваж. и пр...

[Drevnii]

Вовка_Трынкин

Спасибо за собранную инфу, никогда моторчиками не занимался, а вот пришлось разобрать МФУ, извлёк 2 биполярных шаговых дв - ля ЕМ-483 ( они мне понравились ), драйвер под них найти не смог, как работают понятия не имею - теперь хоть какие то понятия, чтобы изобрести драйвер.

Изменено 21 ноября, 2011 пользователем Drevnii