A modern precíziós rendszerek vezérlésével kapcsolatos problémák megoldása érdekében egyre gyakrabban használják a kefe nélküli motort. Ezt jellemzi az ilyen eszközök nagy előnye, valamint a mikroelektronika számítási képességeinek aktív kialakítása. Mint tudják, más típusú motorokhoz képest nagy, hosszú nyomatéksűrűséget és energiahatékonyságot biztosítanak.
A kefe nélküli motor vázlata
A motor a következő részekből áll:
1. A tok hátulja.
2. Állórész.
3. Csapágy.
4. Mágnestárcsa (rotor).
5. Csapágy.
6. Tekercses állórész.7. A ház eleje.
A kefe nélküli motorok kapcsolatban állnak az állórész és a forgórész többfázisú tekercsével. Állandó mágnesekkel és beépített helyzetérzékelővel rendelkeznek. A készülék kapcsolása szelepátalakító segítségével valósult meg, aminek eredményeként ilyen nevet kapott.
A kefe nélküli motor áramköre egy hátsó burkolatból és egy érzékelőket tartalmazó nyomtatott áramkörből, egy csapágyhüvelyből, egy tengelyből és egycsapágy, rotor mágnesek, szigetelő gyűrű, tekercs, Belleville rugó, távtartó, Hall-érzékelő, szigetelés, ház és vezetékek.
A tekercsek "csillaggal" történő összekötése esetén a készülék nagy állandó nyomatékokkal rendelkezik, így ez az összeállítás a tengelyek vezérlésére szolgál. A tekercsek "háromszöggel" történő rögzítése esetén nagy sebességgel dolgozhatnak. Leggyakrabban a póluspárok számát a rotormágnesek száma alapján számítják ki, amelyek segítenek meghatározni az elektromos és mechanikus fordulatok arányát.
Az állórész készülhet vasmentes vagy vasmaggal. Az ilyen kialakítások használatával az első opcióval biztosítható, hogy a forgórész mágnesei ne vonzzák magukat, de ugyanakkor a motor hatásfoka 20%-kal csökken az állandó nyomaték értékének csökkenése miatt.
A diagramból látható, hogy az állórészben a tekercsekben áram keletkezik, a forgórészben pedig nagyenergiájú állandó mágnesek segítségével.
Szimbólumok: - VT1-VT7 - tranzisztoros kommunikátorok; - A, B, C – tekercselési fázisok;
- M – motor nyomatéka;
- DR – forgórész helyzetérzékelő; - U – motor tápfeszültség szabályozója;
- S (déli), N (északi) – mágnes iránya;
- UZ – frekvenciaváltó;
- BR – fordulatszám érzékelő;
- VD – Zener dióda;
- L egy induktor.
A motordiagram azt mutatja, hogy az állandó mágnessel ellátott rotor egyik fő előnye az átmérőjének csökkenéseés ennek következtében a tehetetlenségi nyomaték csökkenése. Az ilyen eszközök beépíthetők magába az eszközbe, vagy elhelyezhetők a felületén. Ennek a mutatónak a csökkenése nagyon gyakran a motor tehetetlenségi nyomatékának és a tengelyére hozott terhelés egyensúlyának kis értékéhez vezet, ami megnehezíti a hajtás működését. Emiatt a gyártók szabványos és 2-4-szer nagyobb tehetetlenségi nyomatékot kínálhatnak.
Működési elvek
Ma nagy népszerűségnek örvend a kefe nélküli motor, amelynek működési elve azon a tényen alapul, hogy a készülékvezérlő elkezdi kapcsolni az állórész tekercseit. Emiatt a mágneses tér vektora a rotorhoz képest mindig 900 (-900) szöggel eltolva marad. A vezérlőt úgy tervezték, hogy szabályozza a motor tekercselésein áthaladó áramot, beleértve az állórész mágneses mezőjének nagyságát. Ezért lehetőség van az eszközre ható pillanat beállítására. A vektorok közötti szög kitevője meghatározhatja a rá ható forgásirányt.
Figyelembe kell venni, hogy elektromos fokozatokról beszélünk (ezek sokkal kisebbek, mint a geometriaiak). Vegyünk például egy kefe nélküli forgórészes motor számítását, amelynek 3 pár pólusa van. Ekkor az optimális szöge 900/3=300 lesz. Ezek a párok a kapcsolási tekercsek 6 fázisát biztosítják, majd kiderül, hogy az állórészvektor 600-os ugrásokkal tud mozogni. Ebből látható, hogy a vektorok közötti valós szög szükségszerűen 600-tól fog változni.1200 a rotor forgásától kezdve.
A szelepmotor, melynek működési elve a kapcsolási fázisok forgásán alapul, aminek köszönhetően a gerjesztési áramlást az armatúra viszonylag állandó mozgása tartja fenn, miután kölcsönhatásuk forgót kezd kialakítani pillanat. Úgy rohan elforgatni a forgórészt, hogy az összes gerjesztő és armatúra áramlás egybeessen. Az érzékelő viszont köre közben elkezdi váltani a tekercseket, és az áramlás a következő lépésre lép. Ezen a ponton a kapott vektor elmozdul, de teljesen mozdulatlan marad a forgórész fluxusához képest, ami végül tengelynyomatékot hoz létre.
Előnyök
A kefe nélküli motor munkavégzése során megjegyezhetjük az előnyeit:
- lehetőség széles tartomány használatára a sebesség módosítására;
- nagy dinamika és teljesítmény;
- maximális pozicionálási pontosság;
- alacsony karbantartási költségek;
- az eszköz robbanásbiztos tárgyakhoz rendelhető;
- képes elviselni a nagy túlterheléseket a forgás pillanatában;
- nagy hatékonyság, amely több mint 90%;
- vannak csúszó elektronikus érintkezők, amelyek jelentősen megnövelik az élettartamot és az élettartamot;
- a villanymotor nem melegszik túl hosszú távú működés közben.
Hibák
A nagyszámú előny ellenére a kefe nélküli motornak vannak hátrányai is működés közben:
- meglehetősen bonyolult motorvezérlés;- viszonylagaz eszköz magas ára a forgórész használatának köszönhetően, amely drága állandó mágnesekkel rendelkezik.
Reluktancia motor
A szelepreluktancia motor olyan eszköz, amelyben kapcsoló mágneses ellenállás van biztosítva. Ebben az energiaátalakítás a tekercsek induktivitásának változása miatt következik be, amelyek a kimondott állórészfogakon helyezkednek el, amikor a fogazott mágneses forgórész mozog. A készülék áramot egy elektromos átalakítótól kap, amely felváltva a forgórész mozgásának megfelelően szigorúan kapcsolja a motortekercseket.
A kapcsolt reluktancia motor egy összetett összetett rendszer, amelyben különböző fizikai természetű összetevők működnek együtt. Az ilyen eszközök sikeres tervezéséhez mélyreható gép- és mechanikai tervezés, valamint elektronika, elektromechanika és mikroprocesszor technológia szükséges.
A modern eszköz elektromos motorként működik, egy elektronikus átalakítóval együtt működik, amelyet integrált technológiával, mikroprocesszorral gyártanak. Lehetővé teszi, hogy kiváló minőségű motorvezérlést hajtson végre az energiafeldolgozás legjobb teljesítményével.
A motor tulajdonságai
Az ilyen eszközök nagy dinamikával, nagy túlterhelési kapacitással és pontos pozicionálással rendelkeznek. Mivel nincsenek mozgó alkatrészek,használatuk robbanásveszélyes agresszív környezetben lehetséges. Az ilyen motorokat kefe nélküli motoroknak is nevezik, fő előnyük a kollektoros motorokhoz képest a fordulatszám, amely a terhelési nyomaték tápfeszültségétől függ. Egy másik fontos tulajdonság az érintkezést váltó koptató és dörzsölő elemek hiánya, ami növeli az eszköz használatának erőforrásait.
BLDC motorok
Minden egyenáramú motor kefe nélkülinek nevezhető. Egyenárammal működnek. A kefe szerelvény a forgórész és az állórész áramköreinek elektromos kombinálására szolgál. Az ilyen alkatrész a legsérülékenyebb, és meglehetősen nehéz karbantartani és javítani.
A BLDC motor ugyanazon az elven működik, mint az összes ilyen típusú szinkron eszköz. Ez egy zárt rendszer, amely tartalmaz egy teljesítmény-félvezető átalakítót, egy rotor helyzetérzékelőt és egy koordinátort.
AC AC motorok
Ezek az eszközök a váltakozó áramú hálózatról kapják az áramot. A forgórész forgási sebessége és az állórész mágneses erejének első harmonikusának mozgása teljesen egybeesik. A motorok ezen altípusa nagy teljesítményen használható. Ez a csoport magában foglalja a lépcsős és reaktív szelepeket. A léptetőeszközök megkülönböztető jellemzője a forgórész diszkrét szögelmozdulása működése során. A tekercsek tápellátása félvezető alkatrészek felhasználásával történik. A szelepmotort aa forgórész szekvenciális elmozdulása, amely létrehozza a teljesítmény átkapcsolását egyik tekercsről a másikra. Ez az eszköz egy-, három- és többfázisúra osztható, amelyek közül az első tartalmazhat indító tekercset vagy fázisváltó áramkört, valamint manuálisan is indítható.
A szinkronmotor működési elve
A szelep szinkronmotorja a forgórész és az állórész mágneses mezőinek kölcsönhatása alapján működik. Sematikusan a forgás közbeni mágneses mezőt ugyanazon mágnesek pluszjaival ábrázolhatjuk, amelyek az állórész mágneses mezőjének sebességével mozognak. A forgórész mezőt állandó mágnesként is ábrázolhatjuk, amely szinkronban forog az állórész mezőjével. A berendezés tengelyére kifejtett külső nyomaték hiányában a tengelyek teljesen egybeesnek. A ható vonzási erők a pólusok teljes tengelye mentén haladnak át, és kompenzálhatják egymást. A köztük lévő szög nullára van állítva.
Ha a fékezőnyomaték a gép tengelyére hat, a forgórész késéssel oldalra mozdul. Emiatt a vonzóerők olyan komponensekre oszlanak, amelyek a pozitív mutatók tengelye mentén irányulnak és merőlegesek a pólusok tengelyére. Ha olyan külső nyomatékot alkalmazunk, amely gyorsulást hoz létre, azaz a tengely forgási irányába kezd hatni, akkor a mezők kölcsönhatásának képe teljesen az ellenkezőjére változik. A szögeltolódás iránya az ellenkezőjére kezd átalakulni, és ezzel összefüggésben a tangenciális erők iránya megváltozik, ill.elektromágneses momentum. Ebben a forgatókönyvben a motor fékké válik, az eszköz pedig generátorként működik, amely a tengelyre szállított mechanikai energiát elektromos energiává alakítja. Ezután a rendszer átirányítja az állórészt tápláló hálózatra.
Amikor nincs külső, kiugró pólusmomentum olyan helyzetbe kerül, amelyben az állórész mágneses mezőjének pólusainak tengelye egybeesik a hosszirányúval. Ez az elhelyezés megfelel az állórész minimális áramlási ellenállásának.
Ha a fékezőnyomatékot a gép tengelyére alkalmazzák, a forgórész elmozdul, miközben az állórész mágneses tere deformálódik, mivel az áramlás a legkisebb ellenállás mellett hajlamos bezárni. Meghatározásához erővonalakra van szükség, amelyek iránya mindegyik pontban megfelel az erő mozgásának, tehát a mező változása érintőleges kölcsönhatás megjelenéséhez vezet.
A szinkronmotorokban végbemenő mindezen folyamatokat figyelembe véve azonosíthatjuk a különféle gépek reverzibilitásának demonstratív elvét, vagyis azt, hogy bármely elektromos berendezés képes az átalakított energia irányát az ellenkezőjére változtatni.
Állandó mágneses kefe nélküli motorok
Az állandó mágneses motort komoly védelmi és ipari alkalmazásokhoz használják, mivel egy ilyen eszköz nagy teljesítménytartalékkal és hatékonysággal rendelkezik.
Ezeket az eszközöket leggyakrabban olyan iparágakban használják, ahol viszonylag alacsony az energiafogyasztás éskis méretek. Különböző méretűek lehetnek, technológiai korlátozások nélkül. A nagyméretű készülékek ugyanakkor nem teljesen új keletűek, leggyakrabban olyan cégek gyártják őket, amelyek igyekeznek leküzdeni az eszközök kínálatát korlátozó gazdasági nehézségeket. Megvannak a maguk előnyei, köztük a nagy hatékonyság a rotor veszteségei és a nagy teljesítménysűrűség miatt. A kefe nélküli motorok vezérléséhez változtatható frekvenciájú meghajtóra van szükség.
Egy költség-haszon elemzés azt mutatja, hogy az állandó mágneses eszközök sokkal előnyösebbek, mint más alternatív technológiák. Leggyakrabban olyan iparágakban használják, ahol meglehetősen nehéz a tengeri hajtóművek üzemeltetése, a katonai és védelmi iparban és más egységekben, amelyek száma folyamatosan növekszik.
Repülőgép
A kapcsolt reluktancia motor kétfázisú tekercsekkel működik, amelyeket az állórész átmérőjével ellentétes pólusai köré szereltek fel. A tápegység a pólusoknak megfelelően a rotor felé mozog. Így ellenállása teljesen a minimumra csökken.
Kézzel készített egyenáramú motor nagy hatékony hajtási sebességet és optimalizált mágnesességet biztosít az irányváltáshoz. A forgórész helyére vonatkozó információk a feszültségellátás fázisainak szabályozására szolgálnak, mivel ez optimális a folyamatos és egyenletes nyomaték eléréséhez.nyomaték és nagy hatásfok.
A sugárhajtómű által keltett jelek az induktivitás szögletes telítetlen fázisára helyezkednek el. A minimális pólusellenállás teljes mértékben megfelel az eszköz maximális induktivitásának.
Pozitív momentum csak szögeknél érhető el, ha a mutatók pozitívak. Alacsony fordulatszámon a fázisáramot szükségszerűen korlátozni kell, hogy megvédjük az elektronikát a nagy volt-másodpercektől. Az átalakítási mechanizmust meddőenergia-vezetékkel szemléltethetjük. A teljesítményszféra a mechanikai energiává alakított teljesítményt jellemzi. Hirtelen leállás esetén a többlet vagy a maradék erő visszatér az állórészre. A mágneses térnek az eszköz teljesítményére gyakorolt hatásának minimális mutatói a fő különbségek a hasonló eszközöktől.
