Принцип работы щеточного двигателя
Основная структурабесщеточный двигательЭто статор + ротор + щетка, а крутящий момент создается за счет вращения магнитного поля, что приводит к выделению кинетической энергии. Щетка постоянно контактирует с коммутатором, проводя электричество и изменяя фазу вращения.
В щеточном двигателе используется механическая коммутация, магнитный полюс не перемещается, катушка вращается. Во время работы двигателя катушка и коммутатор вращаются, в то время как стальная магнитная щетка и угольная щетка остаются неподвижными. Изменение направления тока в катушке осуществляется коммутатором и щеткой, которые вращаются вместе с двигателем.
В щеточном двигателе этот процесс заключается в том, что два конца катушки, подключенные к источнику питания, поочередно располагаются кольцом, разделенным между собой изоляционными материалами, образуя нечто вроде цилиндра, который становится единым целым и повторяется с валом двигателя. Питание подается через два небольших угольных стержня (угольные щетки). Под действием пружины, из двух определенных фиксированных положений, давление на вход питания воздействует на две точки кольцевой цилиндрической катушки, образуя электрический заряд.
КакмоторПри вращении разные катушки или разные полюса одной и той же катушки запитываются в разное время, так что возникает подходящая разница углов между наносекундным полюсом катушки, генерирующей магнитное поле, и наносекундным полюсом ближайшего постоянного магнита статора. Магнитные поля притягиваются и отталкиваются друг от друга, создавая силу и заставляя двигатель вращаться. Угольный электрод скользит по проволочной головке, как щетка по поверхности объекта, отсюда и название «щетка».
Скольжение друг относительно друга приведет к трению и износу угольных щеток, которые необходимо регулярно заменять. Чередование включения и выключения угольной щетки и проволочной головки катушки может вызвать электрическую искру, электромагнитный разрыв и помехи в работе электронного оборудования.
Принцип работы бесщеточного двигателя
В бесщеточном двигателе коммутация осуществляется схемой управления в контроллере (обычно это датчик Холла + контроллер, а в более совершенных технологиях используется магнитный энкодер).
В бесщеточном двигателе используется электронный коммутатор, катушка неподвижна, вращается магнитный полюс. Бесщеточный двигатель использует набор электронных устройств для определения положения магнитного полюса постоянного магнита с помощью датчика Холла SS2712. На основе этих данных электронная схема переключает направление тока в катушке в нужный момент, обеспечивая генерацию магнитной силы в нужном направлении для привода двигателя. Это устраняет недостатки щеточных двигателей.
Эти схемы называются контроллерами двигателя. Контроллер бесщеточного двигателя также может реализовывать некоторые функции, недоступные для самого бесщеточного двигателя, такие как регулировка угла переключения питания, торможение двигателя, реверсирование двигателя, блокировка двигателя и использование сигнала торможения для прекращения подачи питания на двигатель. В настоящее время электронные сигнализации и замки для автомобилей с аккумуляторным питанием в полной мере используют эти функции.
Бесщеточный двигатель постоянного тока — типичное мехатронное изделие, состоящее из корпуса двигателя и драйвера. Поскольку бесщеточный двигатель постоянного тока работает в режиме автоматического управления, он не добавляет пусковую обмотку к ротору, как синхронный двигатель с регулированием скорости с помощью частотно-регулируемого привода и пуском под большой нагрузкой, и не вызывает колебаний и срабатывания при изменении нагрузки.
Разница в режиме регулирования скорости между щеточным и бесщеточным двигателем.
Фактически, управление обоими типами двигателей осуществляется путем регулирования напряжения, но поскольку в бесщеточных двигателях постоянного тока используется электронный коммутатор, это можно реализовать с помощью цифрового управления, а в бесщеточных двигателях постоянного тока используется угольный щеточный коммутатор, поэтому управление осуществляется с помощью традиционной аналоговой схемы с кремниевым управлением, что делает процесс относительно простым.
1. Процесс регулирования скорости щеточного двигателя заключается в регулировке напряжения питания двигателя. После регулировки напряжение и ток преобразуются коммутатором и щетками для изменения силы магнитного поля, создаваемого электродами, с целью изменения скорости. Этот процесс известен как регулирование давления.
2. Процесс регулирования скорости бесщеточного двигателя заключается в том, что напряжение питания двигателя остается неизменным, управляющий сигнал электрической регулировки изменяется, а частота переключения мощного МОП-транзистора изменяется микропроцессором для реализации изменения скорости. Этот процесс называется частотным преобразованием.
Разница в производительности
1. Коллекторный двигатель имеет простую конструкцию, длительный период разработки и отработанную технологию.
В XIX веке, когда появился электродвигатель, практическим вариантом был бесщеточный двигатель, а именно асинхронный двигатель переменного тока с короткозамкнутым ротором, который получил широкое распространение после появления генераторов переменного тока. Однако асинхронные двигатели имеют множество непреодолимых недостатков, что замедляет развитие технологии электродвигателей. В частности, бесщеточные двигатели постоянного тока долгое время не могли быть введены в коммерческую эксплуатацию. С быстрым развитием электронных технологий их внедрение в коммерческую эксплуатацию происходило медленно до недавнего времени. По сути, они до сих пор относятся к категории двигателей переменного тока.
Бесщеточный двигатель появился не так давно, люди изобрели бесщеточный двигатель постоянного тока. Благодаря простоте механизма, легкости производства и обработки, простоте обслуживания и управления, а также быстрому отклику, большому пусковому моменту и способности обеспечивать номинальный крутящий момент от нулевой до номинальной скорости, он получил широкое распространение с момента своего появления.
2. Бесщеточный двигатель постоянного тока обладает высокой скоростью отклика и большим пусковым моментом.
Бесщеточный двигатель постоянного тока обладает быстрым пусковым откликом, большим пусковым моментом, стабильным изменением скорости, практически не ощущается вибрация от нуля до максимальной скорости, и может приводить в движение большую нагрузку при запуске. Бесщеточный двигатель имеет большое пусковое сопротивление (индуктивное сопротивление), поэтому коэффициент мощности мал, пусковой момент относительно невелик, при запуске слышен жужжащий звук, сопровождающийся сильной вибрацией, а приводная нагрузка при запуске невелика.
3. Бесщеточный двигатель постоянного тока работает плавно и обладает хорошим тормозным эффектом.
В бесщеточном двигателе управление осуществляется с помощью регулирования напряжения, поэтому запуск и торможение стабильны, а работа с постоянной скоростью также стабильна. Обычно управление бесщеточным двигателем осуществляется с помощью цифрового частотного преобразователя, который сначала преобразует переменный ток в постоянный, а затем постоянный в переменный, и регулирует скорость посредством изменения частоты. Поэтому бесщеточный двигатель работает не плавно при запуске и торможении, сопровождается сильной вибрацией и будет стабилен только при постоянной скорости.
4. Точность управления двигателем постоянного тока с щетками высока.
Бесщеточный двигатель постоянного тока обычно используется в сочетании с редуктором и декодером для увеличения выходной мощности двигателя и повышения точности управления. Точность управления может достигать 0,01 мм, что позволяет практически полностью остановить движущиеся части в любом желаемом месте. Все прецизионные станки оснащены двигателями постоянного тока с высокой точностью управления. Поскольку бесщеточный двигатель нестабилен при запуске и торможении, движущиеся части будут останавливаться в разных положениях каждый раз, и желаемое положение может быть достигнуто только с помощью позиционирующего штифта или ограничителя положения.
5. Использование щеточного двигателя постоянного тока обходится недорого и не требует сложного обслуживания.
Благодаря простой конструкции бесщеточного двигателя постоянного тока, низкой себестоимости производства, большому количеству производителей и зрелой технологии, он широко используется, например, на заводах, в обрабатывающих станках, прецизионных приборах и т. д. В случае поломки двигателя достаточно заменить угольную щетку, каждая из которых стоит всего несколько долларов, что очень дешево. Технология бесщеточных двигателей еще не отработана, цена выше, а область применения ограничена, в основном они используются в оборудовании с постоянной скоростью, таком как частотно-регулируемые кондиционеры, холодильники и т. д., в этом случае неисправность бесщеточного двигателя может быть устранена только заменой.
6, без щеток, низкий уровень помех
В бесщеточных двигателях отсутствуют щетки, наиболее существенное изменение заключается в отсутствии искры, возникающей при работе щеточного двигателя, что значительно снижает помехи от электрической искры для удаленного радиооборудования.
7. Низкий уровень шума и плавная работа.
Благодаря отсутствию щеток, бесщеточный двигатель будет иметь гораздо меньшее трение во время работы, плавный ход и значительно меньший уровень шума, что является отличным подспорьем для стабильности работы модели.
8. Длительный срок службы и низкие затраты на техническое обслуживание.
Бесщеточный двигатель: износ в основном приходится на подшипники, с механической точки зрения бесщеточный двигатель практически не требует технического обслуживания, при необходимости достаточно проводить лишь очистку от пыли.
Вам может понравиться:
Дата публикации: 29 августа 2019 г.
