מנועי DC מודרניים ללא מברשות

הודות להתקדמות משמעותית באלקטרוניקה מוליכים למחצה והטכנולוגיה ליצירת מגנטים ניאודימיום רבי עוצמה, מנועי DC ללא מברשות נמצאים בשימוש נרחב כיום. הם משמשים במכונות כביסה, שואבי אבק, מאווררים, מזל"טים וכו'.

ולמרות שהרעיון של עקרון הפעולה של מנוע ללא מברשות בא לידי ביטוי כבר בתחילת המאה ה-19, הוא חיכה בכנפיים עד לתחילת עידן המוליכים למחצה, כאשר הטכנולוגיות התכוננו ליישום מעשי של הקונספט המעניין והיעיל הזה, שאפשר למנועי זרם ישר ללא מברשות ללכת בצורה רחבה כמו היום. …

בגרסה האנגלית הם נקראים מנועים מסוג זה מנוע BLDC - מנועי DC ללא מברשות - מנוע DC ללא מברשות. רוטור המנוע מכיל מגנטים קבועים, והפיתולים הפועלים ממוקמים על הסטטור, כלומר, התקן המנוע BLDC מנוגד לחלוטין למה שיש במנוע המוברש הקלאסי. מנוע ה-BLDC נשלט על ידי בקר אלקטרוני הנקרא ESC - בקר מהירות אלקטרוני - בקרת שיוט אלקטרונית.

ווסת אלקטרוני ויעילות גבוהה

הרגולטור האלקטרוני מאפשר לגוון בצורה חלקה את האנרגיה החשמלית המסופקת למנוע ללא מברשות. שלא כמו גרסאות פשוטות יותר של מושלי מהירות התנגדות, שפשוט מגבילות את ההספק על ידי חיבור עומס התנגדות בסדרה עם המנוע, הממיר כוח עודף לחום, בקרת מהירות אלקטרונית מספקת יעילות גבוהה משמעותית מבלי לבזבז את הכוח החשמלי הנמסר.אנרגיה לחימום מיותר. ..

ניתן לסווג מנוע DC ללא מברשות כ מנוע סינכרוני המסנכרן את עצמו, כאשר צומת נוצץ הדורש תחזוקה שוטפת כבוי לחלוטין - אַסְפָן... על הפונקציה של האספן משתלטת האלקטרוניקה, שבגללה כל העיצוב של המוצר מפושט מאוד והופך קומפקטי יותר.

המברשות מוחלפות למעשה במתגים אלקטרוניים, שההפסדים בהם קטנים בהרבה ממה שיהיו עם מיתוג מכני. מגנטים ניאודימיום רבי עוצמה על הרוטור מאפשרים מומנט גדול יותר על הציר. ומנוע כזה מתחמם פחות מקודמו האספן.

כתוצאה מכך, יעילות המנוע היא הטובה ביותר, וההספק לק"ג משקל גבוה יותר, בתוספת טווח רחב למדי של ויסות מהירות הרוטור והיעדר כמעט מוחלט של הפרעות רדיו שנוצרות. מבחינה מבנית, מנועים מסוג זה מותאמים בקלות לעבודה במים ובסביבות אגרסיביות.

יחידת הבקרה האלקטרונית היא חלק חשוב ויקר מאוד במנוע DC ללא מברשות, אך לא ניתן לוותר עליה.ממכשיר זה המנוע מקבל כוח שהפרמטרים שלו משפיעים בו זמנית גם על המהירות וגם על ההספק שהמנוע יוכל לפתח בעומס.

גם אם אין צורך להתאים את מהירות הסיבוב, עדיין יש צורך ביחידת בקרה אלקטרונית, מכיוון שהיא לא רק נושאת את פונקציית הבקרה, אלא גם בעלת רכיב אספקת חשמל. אנו יכולים לומר כי ESC הוא אנלוגי של בקר תדרים למנועי AC אסינכרונייםתוכנן במיוחד להפעלה ושליטה במנוע DC ללא מברשות.

בקרת מנוע BLDC

כדי להבין כיצד מנוע BLDC נשלט, בואו נזכור תחילה כיצד פועל מנוע קומוטטור. בבסיס שלו עקרון הסיבוב של המסגרת עם זרם בשדה מגנטי.

בכל פעם שהמסגרת עם הזרם מסתובבת ומוצאת תנוחת שיווי משקל, הקומוטטור (המברשות הנלחצות אל הקולט) משנה את כיוון הזרם דרך המסגרת והמסגרת ממשיכה. תהליך זה חוזר על עצמו כשהמסגרת נעה מקוטב לקוטב. רק במנוע האספן יש הרבה מסגרות כאלה ויש כמה זוגות של קטבים מגנטיים, ולכן אספן המברשות מכיל לא שני מגעים, אלא רבים.

ECM עושה את אותו הדבר. זה הופך את הקוטביות של השדה המגנטי ברגע שהרוטור צריך להסתובב ממצב שיווי המשקל. רק מתח הבקרה לא מסופק לרוטור, אלא לפיתולי הסטטור, וזה נעשה בעזרת מתגי מוליכים למחצה בזמן הנכון (פאזות הרוטור).

ברור שהזרם לפיתולי הסטטור של מנוע ללא מברשות חייב להיות מסופק בזמן הנכון, כלומר, כאשר הרוטור נמצא במיקום ידוע מסוים. לשם כך, השתמש באחת מהשיטות הבאות.הראשון מבוסס על חיישן מיקום הרוטור, השני הוא על ידי מדידת EMF של אחד הסלילים שאינו מקבל כעת כוח.

החיישנים שונים, מגנטיים ואופטיים, הפופולריים ביותר הם חיישנים מגנטיים אפקט הול... השיטה השנייה (מבוססת על מדידת EMF), למרות שהיא יעילה, אינה מאפשרת שליטה מדויקת במהירויות נמוכות ובהפעלה. חיישני הול, לעומת זאת, מספקים שליטה מדויקת יותר בכל המצבים. ישנם שלושה חיישנים כאלה במנועי BLDC תלת פאזיים.

מנועים ללא חיישני מיקום הרוטור ישימים במקרים בהם המנוע מופעל ללא עומס ציר (מאוורר, מדחף וכו'). אם ההתנעה מתבצעת בעומס, נדרש מנוע עם חיישני מיקום הרוטור. לשתי האפשרויות יש את היתרונות והחסרונות שלהן.

פתרון עם חיישן הופך לבקרה נוחה יותר, אך אם לפחות אחד מהחיישנים נכשל, יהיה צורך לפרק את המנוע, בנוסף החיישנים דורשים חוטים נפרדים. בגרסה נטולת חיישנים, אין צורך בחוטים מיוחדים, אך במהלך ההפעלה הרוטור יתנדנד קדימה ואחורה. אם זה לא מקובל, יש צורך להתקין חיישנים במערכת.

רוטור וסטטור, מספר שלבים

הרוטור של מנוע BLDC יכול להיות חיצוני או פנימי והסטטור פנימי או חיצוני בהתאמה. הסטטור עשוי מחומר מוליך מגנטית, כאשר מספר השיניים מחולק לחלוטין במספר השלבים. הרוטור עשוי להיות עשוי, לאו דווקא מחומר מוליך מגנטית, אלא בהכרח עם מגנטים מחוברים אליו בחוזקה.

ככל שהמגנטים חזקים יותר, כך המומנט הזמין גדול יותר. מספר שיני הסטטור לא צריך להיות שווה למספר מגנטים הרוטור.המספר המינימלי של שיניים שווה למספר שלבי הבקרה.

רוב מנועי DC ללא מברשות מודרניים הם תלת פאזיים, פשוט לפשטות העיצוב והשליטה. כמו במנועי אינדוקציה AC, הפיתולים של שלושת הפאזות מחוברים כאן לסטטור באמצעות "דלתא" או "כוכב".

למנועים כאלה ללא חיישני מיקום הרוטור יש 3 חוטי חשמל, ולמנועים עם חיישנים 8 חוטים: שני חוטים נוספים להפעלת החיישנים ושלושה ליציאות האותות של החיישנים.

פיתול הסטטור עשוי עם חוט נחושת מבודד כך שהוא יוצר את הקטבים המגנטיים של מספר הפאזות הנדרש, בחלוקה שווה לאורך היקף הרוטור. מספר עמודי הסטטור הניצבים לכל שלב נבחר על פי המנוע הנדרש מהירות (ומומנט סיבוב).

מנועי רוטור חיצוניים בעלי מהירות נמוכה מיוצרים עם מספר רב של קטבים (ולכן שיניים) בכל שלב כדי לקבל סיבוב בתדר זוויתי נמוך משמעותית מתדירות זרם הבקרה. אבל אפילו עם מנועים תלת פאזיים מהירים, בדרך כלל לא משתמשים במספר השיניים של פחות מ-9.