Για την επίλυση των προβλημάτων ελέγχου των σύγχρονων συστημάτων ακριβείας, ο κινητήρας χωρίς ψήκτρες χρησιμοποιείται όλο και περισσότερο. Αυτό χαρακτηρίζεται από το μεγάλο πλεονέκτημα τέτοιων συσκευών, καθώς και από τον ενεργό σχηματισμό των υπολογιστικών δυνατοτήτων της μικροηλεκτρονικής. Όπως γνωρίζετε, μπορούν να παρέχουν υψηλή πυκνότητα ροπής και ενεργειακή απόδοση σε σύγκριση με άλλα είδη κινητήρων.
Σχήμα του κινητήρα χωρίς ψήκτρες
Ο κινητήρας αποτελείται από τα ακόλουθα μέρη:
1. Πίσω θήκη.
2. Στάτης.
3. Ρουλεμάν.
4. Μαγνητικός δίσκος (ρότορας).
5. Ρουλεμάν.
6. Σπειροειδής στάτορας.7. Μπροστινό μέρος της θήκης.
Ένας κινητήρας χωρίς ψήκτρες έχει σχέση μεταξύ της πολυφασικής περιέλιξης του στάτορα και του ρότορα. Διαθέτουν μόνιμους μαγνήτες και ενσωματωμένο αισθητήρα θέσης. Η εναλλαγή της συσκευής υλοποιείται με τη χρήση μετατροπέα βαλβίδας, με αποτέλεσμα να λάβει ένα τέτοιο όνομα.
Το κύκλωμα ενός κινητήρα χωρίς ψήκτρες αποτελείται από ένα πίσω κάλυμμα και μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος αισθητήρων, ένα χιτώνιο ρουλεμάν, έναν άξονα καιρουλεμάν, μαγνήτες ρότορα, μονωτικό δακτύλιο, περιέλιξη, ελατήριο Belleville, διαχωριστής, αισθητήρας Hall, μόνωση, περίβλημα και καλώδια.
Στην περίπτωση σύνδεσης των περιελίξεων με ένα "αστέρι", η συσκευή έχει μεγάλες σταθερές ροπές, επομένως αυτό το συγκρότημα χρησιμοποιείται για τον έλεγχο των αξόνων. Στην περίπτωση στερέωσης των περιελίξεων με "τρίγωνο", μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εργασία σε υψηλές ταχύτητες. Τις περισσότερες φορές, ο αριθμός των ζευγών πόλων υπολογίζεται από τον αριθμό των μαγνητών του ρότορα, οι οποίοι βοηθούν στον προσδιορισμό του λόγου των ηλεκτρικών και μηχανικών στροφών.
Ο στάτορας μπορεί να κατασκευαστεί με πυρήνα χωρίς σίδηρο ή με σίδηρο. Χρησιμοποιώντας τέτοια σχέδια με την πρώτη επιλογή, είναι δυνατό να διασφαλιστεί ότι οι μαγνήτες του ρότορα δεν έλκονται, αλλά την ίδια στιγμή, η απόδοση του κινητήρα μειώνεται κατά 20% λόγω μείωσης της τιμής της σταθερής ροπής.
Από το διάγραμμα φαίνεται ότι στον στάτορα δημιουργείται ρεύμα στις περιελίξεις και στον ρότορα δημιουργείται με τη βοήθεια μόνιμων μαγνητών υψηλής ενέργειας.
Σύμβολα: - VT1-VT7 - συσκευές επικοινωνίας τρανζίστορ; - A, B, C – φάσεις περιέλιξης;
- M – ροπή κινητήρα;
- DR – αισθητήρας θέσης ρότορα; - U – ρυθμιστής τάσης τροφοδοσίας κινητήρα;
- S (νότια), N (βόρεια) – κατεύθυνση μαγνήτη;
- UZ – μετατροπέας συχνότητας;
- BR – ταχύτητα αισθητήρας;
- VD – δίοδος zener;
- Το L είναι επαγωγέας.
Το διάγραμμα κινητήρα δείχνει ότι ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα ενός ρότορα στον οποίο είναι εγκατεστημένοι μόνιμοι μαγνήτες είναι η μείωση της διαμέτρου τουκαι, κατά συνέπεια, μείωση της ροπής αδράνειας. Τέτοιες συσκευές μπορούν να ενσωματωθούν στην ίδια τη συσκευή ή να βρίσκονται στην επιφάνειά της. Μια μείωση αυτού του δείκτη πολύ συχνά οδηγεί σε μικρές τιμές της ισορροπίας της ροπής αδράνειας του ίδιου του κινητήρα και του φορτίου που μεταφέρεται στον άξονά του, γεγονός που περιπλέκει τη λειτουργία του κινητήρα. Για αυτόν τον λόγο, οι κατασκευαστές μπορούν να προσφέρουν τυπική και 2-4 φορές υψηλότερη ροπή αδράνειας.
Αρχές εργασίας
Σήμερα, ο κινητήρας χωρίς ψήκτρες γίνεται πολύ δημοφιλής, η αρχή λειτουργίας του οποίου βασίζεται στο γεγονός ότι ο ελεγκτής της συσκευής αρχίζει να αλλάζει τις περιελίξεις του στάτη. Εξαιτίας αυτού, το διάνυσμα του μαγνητικού πεδίου παραμένει πάντα μετατοπισμένο κατά μια γωνία που πλησιάζει το 900 (-900) σε σχέση με τον ρότορα. Ο ελεγκτής έχει σχεδιαστεί για να ελέγχει το ρεύμα που κινείται μέσα από τις περιελίξεις του κινητήρα, συμπεριλαμβανομένου του μεγέθους του μαγνητικού πεδίου του στάτορα. Επομένως, είναι δυνατή η προσαρμογή της στιγμής που δρα στη συσκευή. Ένας εκθέτης της γωνίας μεταξύ των διανυσμάτων μπορεί να καθορίσει την κατεύθυνση περιστροφής που ενεργεί πάνω του.
Θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι μιλάμε για ηλεκτρικούς βαθμούς (είναι πολύ μικρότεροι από τους γεωμετρικούς). Για παράδειγμα, ας πάρουμε έναν υπολογισμό ενός κινητήρα χωρίς ψήκτρες με ρότορα, ο οποίος έχει 3 ζεύγη πόλων. Τότε η βέλτιστη γωνία του θα είναι 900/3=300. Αυτά τα ζεύγη προβλέπουν 6 φάσεις των περιελίξεων μεταγωγής, τότε αποδεικνύεται ότι το διάνυσμα του στάτορα μπορεί να κινηθεί σε άλματα των 600. Από αυτό μπορεί να φανεί ότι η πραγματική γωνία μεταξύ των διανυσμάτων θα ποικίλλει αναγκαστικά από 600 έως1200 ξεκινώντας από την περιστροφή του ρότορα.
Ο κινητήρας βαλβίδας, η αρχή λειτουργίας του οποίου βασίζεται στην περιστροφή των φάσεων μεταγωγής, λόγω του οποίου η ροή διέγερσης διατηρείται από μια σχετικά σταθερή κίνηση του οπλισμού, αφού η αλληλεπίδρασή τους αρχίζει να σχηματίζει μια περιστρεφόμενη στιγμή. Σπεύδει να γυρίσει τον ρότορα με τέτοιο τρόπο ώστε όλες οι ροές διέγερσης και οπλισμού να συμπίπτουν μαζί. Αλλά κατά τη διάρκεια της στροφής του, ο αισθητήρας αρχίζει να αλλάζει τις περιελίξεις και η ροή μετακινείται στο επόμενο βήμα. Σε αυτό το σημείο, το διάνυσμα που προκύπτει θα κινηθεί, αλλά θα παραμείνει εντελώς ακίνητο σε σχέση με τη ροή του ρότορα, η οποία τελικά θα δημιουργήσει μια ροπή άξονα.
Πλεονεκτήματα
Χρησιμοποιώντας έναν κινητήρα χωρίς ψήκτρες στην εργασία, μπορούμε να σημειώσουμε τα πλεονεκτήματά του:
- δυνατότητα χρήσης μεγάλου εύρους για την τροποποίηση της ταχύτητας;
- υψηλή δυναμική και απόδοση;
- μέγιστη ακρίβεια τοποθέτησης;
- χαμηλό κόστος συντήρησης;
- η συσκευή μπορεί να αποδοθεί σε αντιεκρηκτικά αντικείμενα;
- έχει την ικανότητα να αντέχει μεγάλες υπερφορτώσεις τη στιγμή της περιστροφής;
- υψηλή απόδοση, που είναι μεγαλύτερη από 90%;
- υπάρχουν συρόμενες ηλεκτρονικές επαφές, οι οποίες αυξάνουν σημαντικά τη διάρκεια ζωής και τη διάρκεια ζωής·
- χωρίς υπερθέρμανση του ηλεκτροκινητήρα κατά τη μακροχρόνια λειτουργία.
Ελαττώματα
Παρά τον τεράστιο αριθμό πλεονεκτημάτων, ο κινητήρας χωρίς ψήκτρες έχει επίσης μειονεκτήματα στη λειτουργία:
- μάλλον περίπλοκος έλεγχος κινητήρα;- σχετικάη υψηλή τιμή της συσκευής λόγω της χρήσης ρότορα στο σχεδιασμό της, που έχει ακριβούς μόνιμους μαγνήτες.
Μοτέρ απροθυμίας
Ο κινητήρας αντίστασης βαλβίδας είναι μια συσκευή στην οποία παρέχεται μαγνητική αντίσταση μεταγωγής. Σε αυτό, η μετατροπή ενέργειας συμβαίνει λόγω αλλαγής της επαγωγής των περιελίξεων, οι οποίες βρίσκονται στα έντονα δόντια του στάτορα όταν κινείται ο οδοντωτός μαγνητικός ρότορας. Η συσκευή λαμβάνει ισχύ από έναν ηλεκτρικό μετατροπέα, ο οποίος αλλάζει εναλλάξ τις περιελίξεις του κινητήρα με αυστηρότητα ανάλογα με την κίνηση του ρότορα.
Ο κινητήρας μεταγωγής απροθυμίας είναι ένα πολύπλοκο πολύπλοκο σύστημα στο οποίο συνεργάζονται εξαρτήματα διαφορετικής φυσικής φύσης. Ο επιτυχημένος σχεδιασμός τέτοιων συσκευών απαιτεί εις βάθος γνώση του μηχανολογικού και μηχανολογικού σχεδιασμού, καθώς και ηλεκτρονικών, ηλεκτρομηχανικών και τεχνολογίας μικροεπεξεργαστών.
Η σύγχρονη συσκευή λειτουργεί ως ηλεκτροκινητήρας, ενεργώντας σε συνδυασμό με έναν ηλεκτρονικό μετατροπέα, ο οποίος κατασκευάζεται με ενσωματωμένη τεχνολογία χρησιμοποιώντας μικροεπεξεργαστή. Σας επιτρέπει να εκτελείτε έλεγχο κινητήρα υψηλής ποιότητας με την καλύτερη απόδοση στην επεξεργασία ενέργειας.
Ιδιότητες κινητήρα
Τέτοιες συσκευές έχουν υψηλή δυναμική, υψηλή χωρητικότητα υπερφόρτωσης και ακριβή τοποθέτηση. Επειδή δεν υπάρχουν κινούμενα μέρη,η χρήση τους είναι δυνατή σε εκρηκτικό επιθετικό περιβάλλον. Τέτοιοι κινητήρες ονομάζονται επίσης κινητήρες χωρίς ψήκτρες, το κύριο πλεονέκτημά τους, σε σύγκριση με τους κινητήρες συλλέκτη, είναι η ταχύτητα, η οποία εξαρτάται από την τάση τροφοδοσίας της ροπής φόρτωσης. Επίσης, μια άλλη σημαντική ιδιότητα είναι η απουσία στοιχείων τριβής και τριβής που αλλάζουν τις επαφές, γεγονός που αυξάνει τον πόρο χρήσης της συσκευής.
κινητήρες BLDC
Όλοι οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος μπορούν να ονομαστούν χωρίς ψήκτρες. Λειτουργούν με συνεχές ρεύμα. Το συγκρότημα βούρτσας παρέχεται για τον ηλεκτρικό συνδυασμό των κυκλωμάτων ρότορα και στάτορα. Ένα τέτοιο εξάρτημα είναι το πιο ευάλωτο και μάλλον δύσκολο στη συντήρηση και επισκευή.
Ο κινητήρας BLDC λειτουργεί με την ίδια αρχή όπως όλες οι σύγχρονες συσκευές αυτού του τύπου. Είναι ένα κλειστό σύστημα που περιλαμβάνει έναν μετατροπέα ημιαγωγών ισχύος, έναν αισθητήρα θέσης ρότορα και έναν συντονιστή.
κινητήρες AC
Αυτές οι συσκευές τροφοδοτούνται από το δίκτυο AC. Η ταχύτητα περιστροφής του ρότορα και η κίνηση της πρώτης αρμονικής της μαγνητικής δύναμης του στάτορα συμπίπτουν πλήρως. Αυτός ο υποτύπος κινητήρων μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε υψηλές ισχύς. Αυτή η ομάδα περιλαμβάνει συσκευές βηματικής και αντιδραστικής βαλβίδας. Ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα των συσκευών βηματισμού είναι η διακριτή γωνιακή μετατόπιση του ρότορα κατά τη λειτουργία του. Η τροφοδοσία των περιελίξεων διαμορφώνεται χρησιμοποιώντας εξαρτήματα ημιαγωγών. Ο κινητήρας της βαλβίδας ελέγχεται απόδιαδοχική μετατόπιση του ρότορα, η οποία δημιουργεί τη μεταγωγή της ισχύος του από το ένα τύλιγμα στο άλλο. Αυτή η συσκευή μπορεί να χωριστεί σε μονοφασική, τριφασική και πολυφασική, η πρώτη από τις οποίες μπορεί να περιέχει μια περιέλιξη εκκίνησης ή ένα κύκλωμα μετατόπισης φάσης, καθώς και να ξεκινήσει χειροκίνητα.
Η αρχή της λειτουργίας ενός σύγχρονου κινητήρα
Ο σύγχρονος κινητήρας βαλβίδας λειτουργεί με βάση την αλληλεπίδραση των μαγνητικών πεδίων του ρότορα και του στάτορα. Σχηματικά, το μαγνητικό πεδίο κατά την περιστροφή μπορεί να αναπαρασταθεί από τα συν των ίδιων μαγνητών, οι οποίοι κινούνται με την ταχύτητα του μαγνητικού πεδίου του στάτορα. Το πεδίο του ρότορα μπορεί επίσης να απεικονιστεί ως ένας μόνιμος μαγνήτης που περιστρέφεται συγχρόνως με το πεδίο του στάτορα. Ελλείψει εξωτερικής ροπής που εφαρμόζεται στον άξονα της συσκευής, οι άξονες συμπίπτουν πλήρως. Οι δρώντες δυνάμεις έλξης περνούν κατά μήκος ολόκληρου του άξονα των πόλων και μπορούν να αντισταθμίσουν η μία την άλλη. Η γωνία μεταξύ τους είναι μηδενική.
Εάν η ροπή πέδησης εφαρμοστεί στον άξονα του μηχανήματος, ο ρότορας μετακινείται στο πλάι με καθυστέρηση. Λόγω αυτού, οι ελκτικές δυνάμεις χωρίζονται σε συνιστώσες που κατευθύνονται κατά μήκος του άξονα των θετικών δεικτών και κάθετα στον άξονα των πόλων. Εάν εφαρμοστεί μια εξωτερική ροπή, η οποία δημιουργεί επιτάχυνση, δηλαδή αρχίζει να ενεργεί προς την κατεύθυνση περιστροφής του άξονα, η εικόνα της αλληλεπίδρασης των πεδίων θα αλλάξει εντελώς προς το αντίθετο. Η κατεύθυνση της γωνιακής μετατόπισης αρχίζει να μετατρέπεται προς το αντίθετο, και σε σχέση με αυτό, η κατεύθυνση των εφαπτομενικών δυνάμεων αλλάζει καιηλεκτρομαγνητική ροπή. Σε αυτό το σενάριο, ο κινητήρας γίνεται φρένο και η συσκευή λειτουργεί ως γεννήτρια, η οποία μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια που παρέχεται στον άξονα σε ηλεκτρική ενέργεια. Στη συνέχεια ανακατευθύνεται στο δίκτυο που τροφοδοτεί τον στάτορα.
Όταν δεν υπάρχει εξωτερική ροπή, θα αρχίσει να παίρνει μια θέση στην οποία ο άξονας των πόλων του μαγνητικού πεδίου του στάτη θα συμπίπτει με τον διαμήκη. Αυτή η τοποθέτηση θα αντιστοιχεί στην ελάχιστη αντίσταση ροής στον στάτορα.
Εάν εφαρμοστεί η ροπή πέδησης στον άξονα του μηχανήματος, ο ρότορας θα αποκλίνει, ενώ το μαγνητικό πεδίο του στάτορα θα παραμορφωθεί, καθώς η ροή τείνει να κλείνει με την ελάχιστη αντίσταση. Για τον προσδιορισμό του, χρειάζονται γραμμές δύναμης, η διεύθυνση των οποίων σε καθένα από τα σημεία θα αντιστοιχεί στην κίνηση της δύναμης, επομένως μια αλλαγή στο πεδίο θα οδηγήσει στην εμφάνιση μιας εφαπτομενικής αλληλεπίδρασης.
Έχοντας εξετάσει όλες αυτές τις διαδικασίες σε σύγχρονους κινητήρες, μπορούμε να αναγνωρίσουμε την αποδεικτική αρχή της αναστρεψιμότητας διαφόρων μηχανών, δηλαδή την ικανότητα οποιασδήποτε ηλεκτρικής συσκευής να αλλάζει την κατεύθυνση της μετατρεπόμενης ενέργειας προς το αντίθετο.
Μοτέρ χωρίς ψήκτρες μόνιμου μαγνήτη
Ο κινητήρας μόνιμου μαγνήτη χρησιμοποιείται για σοβαρές αμυντικές και βιομηχανικές εφαρμογές, καθώς μια τέτοια συσκευή έχει μεγάλο απόθεμα ισχύος και απόδοση.
Αυτές οι συσκευές χρησιμοποιούνται συχνότερα σε βιομηχανίες όπου η κατανάλωση ενέργειας είναι σχετικά χαμηλή καιμικρές διαστάσεις. Μπορούν να έχουν ποικίλες διαστάσεις, χωρίς τεχνολογικούς περιορισμούς. Ταυτόχρονα, οι μεγάλες συσκευές δεν είναι εντελώς νέες, τις περισσότερες φορές παράγονται από εταιρείες που προσπαθούν να ξεπεράσουν τις οικονομικές δυσκολίες που περιορίζουν τη γκάμα αυτών των συσκευών. Έχουν τα δικά τους πλεονεκτήματα, μεταξύ των οποίων είναι η υψηλή απόδοση λόγω απωλειών ρότορα και η υψηλή πυκνότητα ισχύος. Για να ελέγξετε κινητήρες χωρίς ψήκτρες, χρειάζεστε μονάδα μεταβλητής συχνότητας.
Μια ανάλυση κόστους-οφέλους δείχνει ότι οι συσκευές μόνιμου μαγνήτη είναι πολύ πιο προτιμητέες από άλλες εναλλακτικές τεχνολογίες. Τις περισσότερες φορές χρησιμοποιούνται για βιομηχανίες με αρκετά βαρύ χρονοδιάγραμμα για τη λειτουργία κινητήρων πλοίων, στη στρατιωτική και αμυντική βιομηχανία και σε άλλες μονάδες, ο αριθμός των οποίων αυξάνεται συνεχώς.
Μηχανή τζετ
Ο κινητήρας μεταγωγής απροθυμίας λειτουργεί χρησιμοποιώντας διφασικές περιελίξεις που είναι εγκατεστημένες γύρω από διαμετρικά αντίθετους πόλους στάτορα. Το τροφοδοτικό κινείται προς τον ρότορα σύμφωνα με τους πόλους. Έτσι, η αντίθεσή του μειώνεται πλήρως στο ελάχιστο.
Χειροποίητος κινητήρας συνεχούς ρεύματος παρέχει υψηλή αποδοτική ταχύτητα οδήγησης με βελτιστοποιημένο μαγνητισμό για λειτουργία με όπισθεν. Οι πληροφορίες σχετικά με τη θέση του ρότορα χρησιμοποιούνται για τον έλεγχο των φάσεων της τροφοδοσίας τάσης, καθώς αυτό είναι βέλτιστο για την επίτευξη συνεχούς και ομαλής ροπής.ροπή και υψηλή απόδοση.
Τα σήματα που παράγονται από τον κινητήρα τζετ υπερτίθενται στη γωνιακή ακόρεστη φάση της επαγωγής. Η ελάχιστη αντίσταση πόλου αντιστοιχεί πλήρως στη μέγιστη αυτεπαγωγή της συσκευής.
Μια θετική ροπή μπορεί να ληφθεί μόνο υπό γωνίες όταν οι δείκτες είναι θετικοί. Σε χαμηλές ταχύτητες, το ρεύμα φάσης πρέπει απαραίτητα να είναι περιορισμένο προκειμένου να προστατεύονται τα ηλεκτρονικά από υψηλά βολτ-δευτερόλεπτα. Ο μηχανισμός μετατροπής μπορεί να απεικονιστεί με μια γραμμή άεργου ενέργειας. Η σφαίρα ισχύος χαρακτηρίζει την ισχύ που μετατρέπεται σε μηχανική ενέργεια. Σε περίπτωση ξαφνικής διακοπής λειτουργίας, η υπερβολική ή η υπολειπόμενη δύναμη επιστρέφει στον στάτορα. Οι ελάχιστοι δείκτες της επίδρασης του μαγνητικού πεδίου στην απόδοση της συσκευής είναι η κύρια διαφορά της από παρόμοιες συσκευές.
