
Бесщеточные двигатели — это любые двигатели с постоянными магнитами, двигатели с переключаемым сопротивлением или асинхронные двигатели, которые не используют коммутатор и щетки для коммутации. 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 фазы тока. По сути, бесщеточные двигатели постоянного тока аналогичны двигателям с шунтирующей обмоткой 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 необратимой потере. Два других типа магнитов в бесщеточных двигателях являются редкоземельными.
Более конкретно, 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 способностью могут терять прочность 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 есть некоторые оговорки в отношении именования: 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 питаются от переменного тока от шины постоянного тока и электронного инвертора. Бесщеточные двигатели постоянного тока, как их 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.
Чтобы было понятно, существуют бесщеточные двигатели с магнитами якоря (статора), которые питаются от тока к ротору через коммутатор, но двигатели с магнитами на роторе гораздо более распространены. В условиях постоянно падающей стоимости электроники современные бесщеточные системы привода с постоянными магнитами часто обходятся дешевле, чем аналогичные системы привода с щеточными двигателями. Большинство бесщеточных двигателей используются в приложениях с малой мощностью, хотя потребление большей мощности растет.
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, наиболее распространены трехфазные двигатели.
Одним из простых способов управления бесщеточными двигателями является трапециевидная коммутация. Здесь ток измеряется через две фазы 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 с тремя токами для плавного вращения объединенного пространственного вектора тока — всегда в направлении квадратуры 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.
Дальнейшим шагом 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 повышаются из-за ограниченной полосы пропускания PI-контроллера. Вместо этого управление, ориентированное на поле, непосредственно управляет вектором текущего пространства в системе отсчета ротора D-Q (это прямая и квадратурная, а не мороженая). 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 используют постоянный ток вместо синусоидальных сигналов. Это изолирует их от изменяющихся во времени напряжений и токов обмотки, что, в свою очередь, позволяет избежать, помимо прочего, ограничений частотной характеристики контроллера. Таким образом, качество регулирования тока невосприимчиво к влиянию оборотов двигателя. Для получения дополнительных видеороликов, подобных этому, посетите designworldonline.com и нажмите на видео.
Свежие комментарии