Бесщеточные двигатели — это любые двигатели с постоянными магнитами, реактивные двигатели с переключаемым сопротивлением или асинхронные двигатели, в которых для коммутации не используются коллектор и щетки. Но когда инженеры используют термин «бесщеточный двигатель», обычно подразумевается один тип двигателя — конструкция с постоянными магнитами. Также называемые двигателями с электронной коммутацией или EC, они не страдают от износа щеток или образования дуги, но нуждаются в электронной коммутации фаз тока. В принципе, бесщеточные двигатели постоянного тока аналогичны двигателям с шунтированием за исключением того, что поток поля исходит от магнитов вместо тока через обмотку.
Конструкции бесщеточных двигателей включают в себя один из трех типов магнитов. Ферритовые или керамические магниты относительно слабы, но распространены, поскольку они устойчивы к размагничиванию и коррозии. К тому же они недорогие. Керамические магниты работают только при температуре до 250 ° C, хотя магнетизм возвращается, когда они снова охлаждаются. Однако предупреждаю — работа при температуре -20 °C или ниже может привести к необратимым потерям. Два других типа магнитов в бесщеточных двигателях относятся к редкоземельным.
В частности, магниты из самарий-кобальта (SmCo) превосходно подходят для применения в горячих условиях, даже при температуре до 550 °C. Третий вариант — неодимовые магниты, которые находят применение в промышленных бесщеточных двигателях, а также в двигателях электромобилей. Неодимовые магниты с низкой коэрцитивной силой могут терять прочность примерно при температуре выше 80 ° C, но некоторые варианты выдерживают температуру до 220 ° C. Еще одним недостатком является то, что неодимовые магниты могут подвергаться коррозии, а затем крошиться, поэтому их обычно обрабатывают защитным покрытием. Здесь широко распространено никелирование или двухслойное медно-никелевое покрытие.
Обратите внимание, что существуют некоторые оговорки в соглашении об именовании: существуют двигатели с постоянными магнитами с кистями (для механической коммутации), и некоторые называют эти двигатели PMDC.
Двигатели, называемые бесщеточными двигателями постоянного тока, имеют постоянные магниты, поэтому технически они являются синхронными двигателями постоянного тока, но работают от сети переменного тока от шины постоянного тока и электронного инвертора. Бесщеточные двигатели постоянного тока, как их еще называют, не работают непосредственно от линий переменного тока. Они могут — при наличии соответствующих приводов, питающих их, — заменить щеточные двигатели постоянного тока (в паре с приводами) в системах с замкнутым контуром. Некоторые инженеры утверждают, что термин “бесщеточный двигатель постоянного тока” является неправильным.
Для ясности, существуют бесщеточные двигатели с магнитами якоря (статора), которые питаются током, подаваемым на ротор через коллектор, но двигатели с магнитами на роторе встречаются гораздо чаще. В условиях постоянно падающей стоимости электроники современные системы бесщеточного привода с постоянными магнитами часто обходятся дешевле, чем аналогичные системы с щеточным приводом. Большинство бесщеточных двигателей используются в системах с малой мощностью, хотя растет потребление более высокой мощности.
Выходной крутящий момент в бесщеточных двигателях пропорционален току статора в диапазоне оборотов двигателя. Двигатели с постоянными магнитами меньше, легче и экономичнее в эксплуатации, чем многие щеточные двигатели. В то время как бесщеточные двигатели бывают однофазными и двухфазными, трехфазные двигатели на сегодняшний день являются наиболее распространенными.
Одним из простых способов управления бесщеточными двигателями является трапециевидная коммутация. Здесь ток измеряется по двум фазам двигателя одновременно, при этом третья фаза отключена. Датчики Холла отслеживают положение ротора и обеспечивают переключение между фазами в правильной последовательности. Основное ограничение заключается в том, что векторы фазного тока могут иметь только шесть дискретных направлений. Напротив, синусоидальное управление бесщеточным двигателем синусоидально приводит в действие три обмотки двигателя тремя токами для плавного вращения объединенного пространственного вектора тока — всегда в квадратурном направлении ротора и всегда с заданной величиной. Единственная загвоздка заключается в том, что синусоидальная коммутация требует более точного измерения положения ротора, чем датчики Холла, например, с использованием энкодера, что увеличивает стоимость.
Еще одним шагом вперед в области управления является управление, ориентированное на поле, которое позволяет обойти ограничения, связанные с управлением токами двигателя, изменяющимися во времени. Это ограничение наихудшее, когда скорости и частоты возрастают из-за ограниченной полосы пропускания PI-контроллера. Вместо этого управление, ориентированное на поле, непосредственно управляет вектором текущего пространства в системе отсчета D-Q (это прямая и квадратурная, а не мороженая) система отсчета ротора. В идеале это вектор, фиксированный в направлении (он же квадратура) относительно магнитных полюсов ротора независимо от вращения. Вектор текущего пространства в системе отсчета D-Q статичен, поэтому PI-контроллеры работают от постоянного тока вместо синусоидальных сигналов. Это изолирует их от изменяющихся во времени напряжений и токов обмотки, что, в свою очередь, позволяет, помимо прочего, избежать ограничений частотной характеристики контроллера. Таким образом, качество регулирования тока не зависит от частоты вращения двигателя. Для получения дополнительных видеороликов, подобных этому, посетите designworldonline.com и нажмите на видео.
Вам также может понравиться:
Свежие комментарии