Bezszczotkowy silnik DIY do samochodów. Bezszczotkowe silniki elektryczne: zasada działania, sterowanie bezszczotkowych silników elektrycznych

Opublikowano 04.11.2013

Udostępnione urządzenie (Inrunner, Outrunner)

Bezszczotkowy silnik prądu stałego składa się z wirnika z magnesami trwałymi i stojana z uzwojeniami. Istnieją dwa typy silników: Biegacz, w którym magnesy wirnika znajdują się wewnątrz stojana z uzwojeniami, oraz Wyprzedzony, w którym magnesy znajdują się na zewnątrz i obracają się wokół stacjonarnego stojana z uzwojeniami.

Schemat Biegacz zwykle stosowany w silnikach szybkoobrotowych z małą liczbą biegunów. Wyprzedzony w razie potrzeby należy uzyskać silnik o wysokim momencie obrotowym i stosunkowo niskich prędkościach obrotowych. Konstrukcyjnie Inrunnery są prostsze ze względu na fakt, że stacjonarny stojan może służyć jako obudowa. Można do niego zamontować urządzenia mocujące. W przypadku Outrunnerów obraca się cała część zewnętrzna. Silnik jest mocowany za pomocą stałej osi lub części stojana. W przypadku silnika kołowego montaż odbywa się na stałej osi stojana, przewody do stojana są prowadzone przez wydrążoną oś.

Magnesy i słupki

Liczba biegunów na wirniku jest parzysta. Kształt stosowanych magnesów jest zwykle prostokątny. Magnesy cylindryczne są używane rzadziej. Montowane są z biegunami naprzemiennymi.

Liczba magnesów nie zawsze odpowiada liczbie biegunów. Kilka magnesów może tworzyć jeden biegun:

W tym przypadku 8 magnesów tworzy 4 bieguny. Rozmiar magnesów zależy od geometrii silnika i charakterystyki silnika. Im silniejsze użyte magnesy, tym większy moment obrotowy wytwarzany przez silnik na wale.

Magnesy na wirniku mocuje się za pomocą specjalnego kleju. Projekty z uchwytem magnetycznym są mniej popularne. Materiał wirnika może być magnetycznie przewodzący (stal), niemagnetyczny (stopy aluminium, tworzywa sztuczne itp.) lub kombinowany.

Uzwojenia i zęby

Uzwojenie trójfazowego silnika bezszczotkowego wykonane jest z drutu miedzianego. Drut może być jednożyłowy lub składać się z kilku izolowanych drutów. Stojan wykonany jest z kilku złożonych ze sobą arkuszy stali magnetycznie przewodzącej.

Liczbę zębów stojana należy podzielić przez liczbę faz. te. dla trójfazowego silnika bezszczotkowego liczba zębów stojana musi być podzielna przez 3. Liczba zębów stojana może być większa lub mniejsza niż liczba biegunów wirnika. Na przykład istnieją silniki o następujących schematach: 9 zębów/12 magnesów; 51 zębów/46 magnesów.

Silniki ze stojanem 3-zębowym są używane niezwykle rzadko. Ponieważ w danym momencie działają tylko dwie fazy (przy włączeniu gwiazdy), siły magnetyczne nie działają równomiernie na wirnik na całym obwodzie (patrz rysunek).

Siły działające na wirnik próbują go zniekształcić, co prowadzi do zwiększonych wibracji. Aby wyeliminować ten efekt, stojan jest wykonany z dużą liczbą zębów, a uzwojenie jest rozłożone na zębach na całym obwodzie stojana tak równomiernie, jak to możliwe.

W tym przypadku siły magnetyczne działające na wirnik znoszą się wzajemnie. Nie ma braku równowagi.

Opcje rozdzielania uzwojeń fazowych na zęby stojana

Opcja nawijania 9 zębów

Opcja uzwojenia 12 zębów

Na powyższych schematach liczbę zębów dobiera się tak, aby była nie tylko podzielne przez 3. Na przykład kiedy 36 zęby odpowiadają 12 zębów na fazę. 12 zębów można rozmieścić w następujący sposób:

Najbardziej preferowanym schematem jest 6 grup po 2 zęby.

Istnieje silnik z 51 zębami na stojanie! 17 zębów na fazę. 17 to liczba pierwsza, jest całkowicie podzielny tylko przez 1 i siebie. Jak rozprowadzić uzwojenie między zębami? Niestety, nie mogłem znaleźć w literaturze przykładów ani technik, które pomogłyby rozwiązać ten problem. Okazało się, że uzwojenie zostało rozłożone w następujący sposób:

Rozważmy prawdziwy obwód uzwojenia.

Należy pamiętać, że uzwojenie ma różne kierunki nawijania na różnych zębach. Różne kierunki nawijania są oznaczone wielkimi i wielkimi literami. Szczegółowe informacje na temat konstrukcji uzwojeń można znaleźć w literaturze znajdującej się na końcu artykułu.

Klasyczne uzwojenie wykonane jest z jednego drutu na jedną fazę. Te. wszystkie uzwojenia na zębach jednej fazy są połączone szeregowo.

Uzwojenia zębów można również łączyć równolegle.

Mogą występować także inkluzje łączone

Połączenie równoległe i kombinowane umożliwia zmniejszenie indukcyjności uzwojenia, co prowadzi do wzrostu prądu stojana (a tym samym mocy) i prędkości obrotowej silnika.

Elektryczna i rzeczywista prędkość

Jeżeli wirnik silnika ma dwa bieguny, to przy jednym pełnym obrocie pola magnetycznego na stojanie wirnik wykonuje jeden pełny obrót. Przy 4 biegunach obrót wału silnika o jeden pełny obrót wymaga dwóch obrotów pola magnetycznego na stojanie. Im większa liczba biegunów wirnika, tym więcej obrotów elektrycznych wymaganych do obrócenia wału silnika na jeden obrót. Na przykład mamy 42 magnesy na wirniku. Aby obrócić wirnik o jeden obrót, potrzeba 42/2 = 21 obrotów elektrycznych. Właściwość tę można wykorzystać jako rodzaj reduktora. Wybierając wymaganą liczbę biegunów, można uzyskać silnik o pożądanej charakterystyce prędkościowej. Ponadto zrozumienie tego procesu będzie nam potrzebne w przyszłości przy wyborze parametrów sterownika.

Czujniki położenia

Konstrukcja silników bez czujników różni się od silników z czujnikami jedynie brakiem tych ostatnich. Innych zasadniczych różnic nie ma. Najpopularniejszymi czujnikami położenia są czujniki wykorzystujące efekt Halla. Czujniki reagują na pole magnetyczne, zwykle umieszcza się je na stojanie w taki sposób, że działają na nie magnesy wirnika. Kąt pomiędzy czujnikami powinien wynosić 120 stopni.

Odnosi się to do stopni „elektrycznych”. Te. w przypadku silnika wielobiegunowego fizyczne rozmieszczenie czujników może być następujące:

Czasami czujniki znajdują się na zewnątrz silnika. Oto jeden przykład lokalizacji czujników. Właściwie był to silnik bezczujnikowy. W tak prosty sposób został wyposażony w czujniki Halla.

W niektórych silnikach czujniki są montowane na specjalnym urządzeniu, które umożliwia przesuwanie czujników w określonych granicach. Za pomocą takiego urządzenia ustawia się kąt rozrządu. Jeśli jednak silnik wymaga biegu wstecznego (obroty w przeciwnym kierunku), wymagany będzie drugi zestaw czujników skonfigurowanych do biegu wstecznego. Ponieważ czas nie jest krytyczny przy rozruchu i niskich prędkościach, można ustawić czujniki w punkcie zerowym i programowo dostosować kąt wyprzedzenia, gdy silnik zacznie się obracać.

Główne cechy silnika

Każdy silnik jest zaprojektowany tak, aby spełniać określone wymagania i ma następujące główne cechy:

• Tryb pracy do jakiego silnik jest przeznaczony: długoterminowy lub krótkoterminowy. Długi tryb pracy oznacza, że ​​silnik może pracować przez wiele godzin. Silniki takie są projektowane w taki sposób, że oddawanie ciepła do otoczenia jest większe niż wydzielanie ciepła przez sam silnik. W takim przypadku nie nagrzeje się. Przykład: wentylacja, napęd schodów ruchomych lub przenośnika. Krótkoterminowe – oznacza, że ​​silnik będzie włączony na krótki okres, podczas którego nie będzie miał czasu na rozgrzanie się do maksymalnej temperatury, po czym następuje długi okres, podczas którego silnik ma czas na ochłodzenie. Przykład: napęd windy, golarki elektryczne, suszarki do włosów.
• Rezystancja uzwojenia silnika. Rezystancja uzwojenia silnika wpływa na sprawność silnika. Im niższy opór, tym wyższa wydajność. Mierząc rezystancję, można sprawdzić obecność zwarcia międzyzwojowego w uzwojeniu. Rezystancja uzwojenia silnika wynosi tysięczne części oma. Aby to zmierzyć, potrzebne jest specjalne urządzenie lub specjalna technika pomiarowa.
• Maksymalne napięcie robocze. Maksymalne napięcie, jakie może wytrzymać uzwojenie stojana. Maksymalne napięcie jest powiązane z następującym parametrem.
• Maksymalna prędkość. Czasami wskazują nie maksymalną prędkość, ale Kv – liczba obrotów silnika na wolt bez obciążenia na wale. Mnożąc ten wskaźnik przez napięcie maksymalne, otrzymujemy maksymalną prędkość obrotową silnika bez obciążenia na wale.
• Maksymalny prąd. Maksymalny dopuszczalny prąd uzwojenia. Z reguły wskazany jest również czas, w którym silnik może wytrzymać określony prąd. Ograniczenie maksymalnego prądu wiąże się z możliwym przegrzaniem uzwojenia. Dlatego przy niskich temperaturach otoczenia rzeczywisty czas pracy przy maksymalnym prądzie będzie dłuższy, a podczas upałów silnik spali się wcześniej.
• Maksymalna moc silnika. Bezpośrednio powiązany z poprzednim parametrem. Jest to moc szczytowa, jaką silnik może wytworzyć przez krótki okres czasu, zwykle kilka sekund. Podczas długotrwałej pracy na maksymalnej mocy nieuniknione jest przegrzanie silnika i jego awaria.
• Moc znamionowa. Moc, jaką silnik może rozwinąć przez cały czas pracy.
• Kąt wyprzedzenia fazy (czas). Uzwojenie stojana ma pewną indukcyjność, która spowalnia narastanie prądu w uzwojeniu. Po pewnym czasie prąd osiągnie maksimum. Aby skompensować to opóźnienie, przełączanie faz odbywa się z pewnym wyprzedzeniem. Podobnie jak zapłon w silniku spalinowym, gdzie czas zapłonu dobierany jest z uwzględnieniem czasu zapłonu paliwa.

Należy również zwrócić uwagę na to, że przy obciążeniu znamionowym nie uzyska się maksymalnej prędkości obrotowej na wale silnika. Kw wskazane dla nieobciążonego silnika. Zasilając silnik z akumulatorów należy liczyć się z „zapadem” napięcia zasilania pod obciążeniem, co z kolei będzie skutkować także zmniejszeniem maksymalnych obrotów silnika.

Silniki bezszczotkowe są dziś dość powszechne. Urządzenia te najczęściej stosowane są z napędami elektrycznymi. Można je również znaleźć na różnych urządzeniach chłodniczych. W sektorze przemysłowym stosuje się je w systemach grzewczych.

Dodatkowo w konwencjonalnych wentylatorach klimatyzacji instalowane są bezszczotkowe modyfikacje. Obecnie na rynku dostępnych jest wiele modeli z czujnikami i bez. Jednocześnie modyfikacje różnią się dość znacząco rodzajem regulatorów. Aby jednak zrozumieć to zagadnienie bardziej szczegółowo, konieczne jest przestudiowanie struktury prostego silnika.

Model bezszczotkowy

Jeśli weźmiemy pod uwagę konwencjonalny trójfazowy silnik bezszczotkowy, wówczas jego cewka indukcyjna jest zainstalowana typu miedzianego. Stojany są stosowane zarówno o dużej szerokości, jak i impulsowe. Mają zęby różnej wielkości. Jak wspomniano wcześniej, istnieją modele z czujnikami i bez.

Podkładki służą do mocowania stojana. Sam proces indukcji zachodzi z powodu uzwojenia stojana. Najczęściej stosowane są wirniki typu dwubiegunowego. Ich rdzenie wykonane są ze stali. W modelach znajdują się specjalne rowki do mocowania magnesów. Sterowanie silnikiem bezszczotkowym odbywa się bezpośrednio za pomocą regulatorów umieszczonych w pobliżu stojana. Aby dostarczyć napięcie do uzwojenia zewnętrznego, w urządzeniach instalowane są bramki izolacyjne.

Modele dwucyfrowe

Elektryczny bezkolektorowy Silniki tego typu są często stosowane w urządzeniach chłodniczych. Jednocześnie nadaje się do nich szeroka gama sprężarek. Średnio moc modelu może osiągnąć 3 kW. Obwód silnika bezszczotkowego z cewką najczęściej obejmuje typ podwójny z uzwojeniem miedzianym. Zainstalowane są tylko stojany impulsowe. W zależności od producenta długość zębów może się różnić. Stosowane są czujniki elektryczne i indukcyjne. Modyfikacje te nie nadają się do systemów grzewczych.

Należy również wziąć pod uwagę, że rdzenie w silnikach bezszczotkowych wykonane są głównie ze stali. W tym przypadku rowki na magnesy są dość szerokie i znajdują się bardzo blisko siebie. Z tego powodu częstotliwość urządzeń może być wysoka. Najczęściej wybierane są regulatory typu jednokanałowego.

Modyfikacje trzybitowe

Trójstrumieniowy silnik bezszczotkowy doskonale nadaje się do systemów wentylacyjnych. Jego czujniki są zwykle typu elektrycznego. W tym przypadku cewki są instalowane dość szeroko. Dzięki temu proces indukcji przebiega szybko. W takim przypadku częstotliwość urządzenia zależy od stojana. Jego uzwojenie jest najczęściej typu miedzianego.

Trzycyfrowe silniki bezszczotkowe wytrzymują maksymalne napięcie 20 V. Modyfikacje tyrystorów są obecnie dość rzadkie. Należy również zauważyć, że magnesy w takich konfiguracjach można zamontować zarówno po zewnętrznej, jak i wewnętrznej stronie płyty wirnika.

DIY czterobitowe modyfikacje

Wykonanie czterocyfrowego silnika bezszczotkowego własnymi rękami jest absolutnie proste. Aby to zrobić, musisz najpierw przygotować płytkę z rowkami. Grubość metalu w tym przypadku powinna wynosić około 2,3 mm. W tej sytuacji rowki muszą znajdować się w odległości 1,2 cm Jeśli weźmiemy pod uwagę prosty model, to należy wybrać cewkę o średnicy 3,3 cm, w tym przypadku musi ona wytrzymać napięcie progowe przy 20 V.

Podkładki do urządzenia najczęściej wybierane są ze stali. W tym przypadku wiele zależy od wielkości płyty wirnika. Sam stojan musi być używany z podwójnym uzwojeniem. W tym przypadku istotne jest przygotowanie rdzenia z gatunku stali. Jeśli rozważymy modyfikacje bez regulatorów, wówczas montaż silnika bezszczotkowego możemy zakończyć instalując bramkę izolacyjną. W takim przypadku styki urządzenia należy wyprowadzić na zewnątrz płytki. Dla zwykłego wentylatora takie modele bezszczotkowe są idealne.

Urządzenia z regulatorem AVR2

Silnik bezszczotkowy z regulatorami tego typu jest dziś bardzo popularny. Systemy te najlepiej nadają się do urządzeń klimatyzacyjnych. Są również szeroko stosowane w zastosowaniach przemysłowych w urządzeniach chłodniczych. Są w stanie współpracować z napędami elektrycznymi o różnych częstotliwościach. Ich cewki są najczęściej instalowane jako podwójne. W tym przypadku można znaleźć tylko stojany impulsowe. Z kolei modyfikacje równoleżnikowe nie są zbyt częste.

W czujnikach silników bezszczotkowych z regulatorami tej serii stosowane są wyłącznie czujniki indukcyjne. W takim przypadku częstotliwość urządzenia można monitorować za pomocą systemu wyświetlaczy. Klocki z reguły są instalowane typu stykowego i można je przymocować bezpośrednio do płytki stojana. Bezszczotkowy sterownik silnika w tym przypadku pozwala na dość płynną zmianę częstotliwości. Proces ten następuje poprzez zmianę parametru napięcia wyjściowego. Ogólnie rzecz biorąc, modyfikacje te są bardzo kompaktowe.

Silniki z regulatorami AVR5

Ta seria bezszczotkowych silników ze sterownikiem jest często używana w zastosowaniach przemysłowych do sterowania różnymi urządzeniami elektrycznymi. Jest instalowany dość rzadko w urządzeniach gospodarstwa domowego. Cechę takich bezszczotkowych modyfikacji można nazwać zwiększoną częstotliwością. Jednocześnie łatwo jest zmienić ich parametr mocy. W tych modyfikacjach występuje szeroka gama cewek. Należy również zauważyć, że magnesy są najczęściej instalowane na zewnątrz skrzynki wirnika.

Zawory są głównie typu izolowanego. Można je montować albo w skrzynce stojana, albo w rdzeniu. Ogólnie rzecz biorąc, regulacja urządzenia następuje dość szybko. Należy jednak wziąć pod uwagę również wady takich systemów. Przede wszystkim wiążą się one z przerwami w dostawie prądu na niskich częstotliwościach. Warto również wspomnieć, że modele tego typu charakteryzują się dość dużym poborem prądu. Urządzenia te nie nadają się jednak do sterowania zintegrowanymi napędami elektrycznymi.

Korzystanie z regulatorów AVT6

Ten typ bezszczotkowego regulatora prędkości silnika jest dziś bardzo poszukiwany. Jego charakterystyczną cechę można śmiało nazwać wszechstronnością. Regulatory są zwykle instalowane na silnikach bezszczotkowych, których moc nie przekracza 2 kW. Jednocześnie urządzenia te idealnie nadają się do sterowania systemami wentylacyjnymi. W takim przypadku można zainstalować szeroką gamę sterowników.

Szybkość transmisji sygnału w tym przypadku zależy od rodzaju układu sterowania. Jeśli weźmiemy pod uwagę modyfikacje tyrystorów, mają one dość wysoką przewodność. Rzadko jednak mają problemy z zakłóceniami magnetycznymi. Samodzielne złożenie modelu tego typu jest dość trudne. W tej sytuacji najczęściej wybierane są bramy nieizolowane.

Modele z czujnikami Halla

Silniki bezszczotkowe z czujnikami Halla znajdują szerokie zastosowanie w urządzeniach grzewczych. Jednocześnie nadają się do napędów elektrycznych różnych klas. Bezpośrednio stosowane są wyłącznie regulatory jednokanałowe. Cewki w urządzeniu są wykonane z miedzi. W takim przypadku rozmiar zębów modelu zależy wyłącznie od producenta. Podkładki dla urządzeń są wybierane bezpośrednio jako typ styku. Obecnie czujniki instaluje się najczęściej po stronie stojana. Na rynku dostępne są jednak również modele z niższą lokalizacją. W takim przypadku wymiary silnika bezszczotkowego będą nieco większe.

Modyfikacje niskiej częstotliwości

Silniki bezszczotkowe o niskiej częstotliwości są obecnie aktywnie wykorzystywane w sektorze przemysłowym. Jednocześnie idealnie nadaje się do zamrażarek. Jego parametr sprawności kształtuje się średnio na poziomie 70%. Zawory modeli są najczęściej używane z izolatorami. Jednocześnie modyfikacje tyrystorów są obecnie dość powszechne.

W serii AVR stosowane są układy sterowania. Ponadto częstotliwość modelu zależy od rodzaju rdzenia i nie tylko. Należy również wziąć pod uwagę, że istnieją modele z podwójnymi wirnikami. W tym przypadku magnesy są umieszczone wzdłuż płytki. Stojany są najczęściej używane z uzwojeniami miedzianymi. Jednak silniki bezszczotkowe niskiej częstotliwości z czujnikami są bardzo rzadkie.

Silniki wysokiej częstotliwości

Modyfikacje te uważane są za najpopularniejsze w przypadku rezonansowych napędów elektrycznych. W przemyśle takie modele można znaleźć dość często. W ich czujnikach instalowane są zarówno typy elektroniczne, jak i indukcyjne. W tym przypadku cewki najczęściej znajdują się na zewnątrz płyty. Wirniki montowane są zarówno w pozycji poziomej, jak i pionowej.

Bezpośrednia zmiana częstotliwości takich urządzeń odbywa się za pomocą kontrolerów. Zwykle są instalowane ze złożonym systemem styków. Rozruszniki bezpośrednie są stosowane tylko typu podwójnego. Z kolei systemy sterowania zależą od mocy urządzenia bezszczotkowego.

Silniki znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach techniki. Aby wirnik silnika mógł się obracać, musi występować wirujące pole magnetyczne. W konwencjonalnych silnikach prądu stałego obrót ten odbywa się mechanicznie za pomocą szczotek przesuwających się wzdłuż komutatora. W takim przypadku dochodzi do iskrzenia, a ponadto z powodu tarcia i zużycia szczotek takie silniki wymagają ciągłej konserwacji.

Dzięki rozwojowi technologii możliwe stało się elektroniczne generowanie wirującego pola magnetycznego, co znalazło zastosowanie w bezszczotkowych silnikach prądu stałego (BLDC).

Urządzenie i zasada działania

Główne elementy BDPT to:

• wirnik, na którym zamontowane są magnesy trwałe;
• stojan, na którym zainstalowane są uzwojenia;
• sterownik elektroniczny.

Z założenia taki silnik może być dwojakiego rodzaju:

z wewnętrznym układem rotora (inrunner)

z zewnętrznym układem rotorów (outrunner)

W pierwszym przypadku wirnik obraca się wewnątrz stojana, a w drugim wirnik obraca się wokół stojana.

Silnik typu Inrunner stosowane, gdy konieczne jest uzyskanie dużych prędkości obrotowych. Silnik ten ma prostszą standardową konstrukcję, która umożliwia zastosowanie stałego stojana do montażu silnika.

Silnik typu Outrunner Nadaje się do uzyskiwania wysokiego momentu obrotowego przy niskich prędkościach. W tym przypadku silnik jest montowany na stałej osi.

Silnik typu Inrunner- duża prędkość, niski moment obrotowy. Silnik typu Outrunner- niska prędkość, wysoki moment obrotowy.

Liczba biegunów w BLDC może być różna. Na podstawie liczby biegunów można ocenić niektóre cechy silnika. Na przykład silnik z wirnikiem mającym 2 bieguny ma większą liczbę obrotów i niski moment obrotowy. Silniki o zwiększonej liczbie biegunów mają większy moment obrotowy, ale mniej obrotów. Zmieniając liczbę biegunów wirnika, można zmienić prędkość obrotową silnika. Zatem zmieniając konstrukcję silnika, producent może dobrać niezbędne parametry silnika pod względem momentu obrotowego i prędkości obrotowej.

Kontrola BDPT

Kontroler prędkości, wygląd

Służy do sterowania silnikiem bezszczotkowym specjalny sterownik - regulator prędkości wału silnika prąd stały. Jego zadaniem jest wygenerowanie i dostarczenie w odpowiednim czasie wymaganego napięcia do żądanego uzwojenia. W sterowniku urządzeń zasilanych z sieci 220 V najczęściej wykorzystuje się obwód falownika, w którym prąd o częstotliwości 50 Hz zamieniany jest najpierw na prąd stały, a następnie na sygnały z modulacją szerokości impulsu (PWM). Aby dostarczyć napięcie zasilające do uzwojeń stojana, stosuje się mocne przełączniki elektroniczne na tranzystorach bipolarnych lub innych elementach mocy.

Regulacja mocy i prędkości obrotowej silnika odbywa się poprzez zmianę współczynnika wypełnienia impulsów, a co za tym idzie, wartości skutecznej napięcia podawanego na uzwojenia stojana silnika.

Schemat ideowy regulatora prędkości. K1-K6 - klucze D1-D3 - czujniki położenia wirnika (czujniki Halla)

Ważną kwestią jest terminowe podłączenie kluczy elektronicznych do każdego uzwojenia. Aby to zapewnić sterownik musi określić położenie wirnika i jego prędkość. Do uzyskania takich informacji można wykorzystać czujniki optyczne lub magnetyczne (np. Czujniki Halla), a także odwrotne pola magnetyczne.

Częściej stosowane Czujniki Halla, Który reagują na obecność pola magnetycznego. Czujniki są umieszczone na stojanie w taki sposób, że oddziałuje na nie pole magnetyczne wirnika. W niektórych przypadkach czujniki są instalowane w urządzeniach, które pozwalają zmienić położenie czujników i odpowiednio dostosować taktowanie.

Sterowniki prędkości wirnika są bardzo wrażliwe na siłę przepływającego przez niego prądu. Jeśli wybierzesz akumulator o wyższym prądzie wyjściowym, regulator przepali się! Wybierz odpowiednią kombinację cech!

Zalety i wady

W porównaniu do konwencjonalnych silników BLDC mają następujące zalety:

• wysoka wydajność;
• wysoka wydajność;
• możliwość zmiany prędkości obrotowej;
• żadnych iskrzących szczotek;
• małe dźwięki, zarówno w zakresie audio, jak i wysokich częstotliwości;
• niezawodność;
• zdolność wytrzymywania przeciążeń momentem obrotowym;
• doskonały stosunek wymiarów i mocy.

Silnik bezszczotkowy jest bardzo wydajny. Może osiągnąć 93-95%.

Wysoką niezawodność części mechanicznej BD tłumaczy się tym, że wykorzystuje ona łożyska kulkowe i nie ma szczotek. Rozmagnesowanie magnesów trwałych zachodzi dość powoli, zwłaszcza jeśli są wykonane z pierwiastków ziem rzadkich. W przypadku zastosowania w sterowniku ochrony prądowej żywotność tego urządzenia jest dość długa. Faktycznie Żywotność silnika BLDC można określić na podstawie żywotności łożysk kulkowych.

Wadami BLDC są złożoność systemu sterowania i wysoki koszt.

Aplikacja

Obszary zastosowania BDTP są następujące:

• tworzenie modeli;
• medycyna;
• Branża motoryzacyjna;
• Przemysłu naftowo-gazowego;
• Urządzenia;
• wyposażenie wojskowe.

Stosowanie Baza danych modeli samolotów zapewnia znaczną przewagę pod względem mocy i rozmiaru. Porównanie konwencjonalnego silnika komutatorowego typu Speed-400 i Astro Flight 020 BDTP tej samej klasy pokazuje, że silnik pierwszego typu ma sprawność na poziomie 40-60%. Sprawność drugiego silnika w tych samych warunkach może osiągnąć 95%. Tym samym wykorzystanie bazy danych pozwala niemal 2-krotnie zwiększyć moc części napędowej modelu lub czas jego lotu.

Ze względu na niski poziom hałasu i brak nagrzewania się podczas pracy, BLDC znajdują szerokie zastosowanie w medycynie, zwłaszcza w stomatologii.

W samochodach stosuje się takie silniki podnośniki szyb, elektryczne wycieraczki przedniej szyby, spryskiwacze reflektorów i elektryczne elementy sterujące podnośnikiem siedzeń.

Brak iskrzenia komutatora i szczotek pozwala na wykorzystanie baz danych jako elementów urządzeń zamykających w przemyśle naftowym i gazowym.

Jako przykład zastosowania BD w sprzęcie AGD możemy wskazać pralkę z bezpośrednim napędem bębna firmy LG. Ta firma używa RDU typu Outrunner. Na wirniku silnika znajduje się 12 magnesów, a na stojanie 36 cewek nawiniętych drutem o średnicy 1 mm na rdzeniach wykonanych ze stali magnetycznie przewodzącej. Cewki są połączone szeregowo, po 12 sztuk na fazę. Rezystancja każdej fazy wynosi 12 omów. Jako czujnik położenia wirnika stosowany jest czujnik Halla. Wirnik silnika jest przymocowany do komory pralki.

Silnik ten jest szeroko stosowany w dyskach twardych komputerów, co czyni je kompaktowymi, w napędach CD i DVD oraz systemach chłodzenia urządzeń mikroelektronicznych i nie tylko.

Oprócz napędów BD małej i średniej mocy, duże silniki BLDC są coraz częściej stosowane w przemyśle ciężkim, morskim i wojskowym.

Dla Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych opracowano bazy danych o dużej mocy. Na przykład firma Powertec opracowała BDHP o mocy 220 kW i prędkości obrotowej 2000 obr./min. Moment obrotowy silnika sięga 1080 Nm.

Oprócz tych obszarów DB znajdują zastosowanie w projektach obrabiarek, pras, linii do przetwórstwa tworzyw sztucznych, a także w energetyce wiatrowej i wykorzystaniu energii fal pływowych.

Charakterystyka

Główne cechy silnika:

• moc znamionowa;
• maksymalna moc;
• maksymalny prąd;
• maksymalne napięcie robocze;
• maksymalna prędkość(lub współczynnik Kv);
• opór uzwojenia;
• kąt wyprzedzenia;
• Tryb pracy;
• wymiary całkowite i charakterystyka wagowa silnik.

Głównym wskaźnikiem silnika jest jego moc znamionowa, czyli moc wytwarzana przez silnik w długim okresie pracy.

Maksymalna moc- jest to moc, jaką silnik może dostarczyć w krótkim czasie bez awarii. Przykładowo dla wspomnianego wyżej silnika bezszczotkowego Astro Flight 020 jest to 250 W.

Maksymalny prąd. W przypadku lotu Astro 020 jest to 25 A.

Maksymalne napięcie robocze– napięcie, jakie wytrzymuje uzwojenie silnika. W przypadku Astro Flight 020 zakres napięcia roboczego wynosi od 6 do 12 V.

Maksymalna prędkość obrotowa silnika. Czasami paszport wskazuje współczynnik Kv - liczbę obrotów silnika na wolt. Dla lotu Astro 020 Kv = 2567 r/V. W takim przypadku maksymalną prędkość można określić, mnożąc ten współczynnik przez maksymalne napięcie robocze.

Zazwyczaj opór uzwojenia dla silników wynosi dziesiąte lub tysięczne części Ohma. Dla Astro Flight 020 R= 0,07 oma. Opór ten wpływa na wydajność silnika BLDC.

Kąt wyprzedzenia reprezentuje postęp napięć przełączających na uzwojeniach. Jest to związane z indukcyjnym charakterem rezystancji uzwojenia.

Tryb pracy może być długoterminowy lub krótkotrwały. W trybie długotrwałym silnik może pracować przez długi czas. Jednocześnie wytwarzane przez nią ciepło jest całkowicie odprowadzane i nie ulega przegrzaniu. Silniki pracują w tym trybie np. w wentylatorach, przenośnikach czy schodach ruchomych. Tryb krótkotrwały używany jest w przypadku urządzeń takich jak winda, elektryczna maszynka do golenia. W takich przypadkach silnik pracuje przez krótki czas, a następnie przez długi czas się ochładza.

W karcie katalogowej silnika podane są jego wymiary i masa. Dodatkowo np. dla silników przeznaczonych do modeli samolotów podawane są wymiary lądowania oraz średnica wału. W szczególności dla silnika Astro Flight 020 podano następujące właściwości:

• długość wynosi 1,75”;
• średnica wynosi 0,98”;
• średnica wału wynosi 1/8”;
• waga wynosi 2,5 uncji.

Wnioski:

1. W modelowaniu, w różnych produktach technicznych, w przemyśle i technologii obronnej stosuje się BLDC, w których wirujące pole magnetyczne generowane jest przez obwód elektroniczny.
2. Z założenia silniki BLDC mogą mieć wirnik wewnętrzny (wpustowy) lub zewnętrzny (wybiegowy).
3. W porównaniu do innych silników BLDC mają szereg zalet, z których najważniejsze to brak szczotek i iskrzenia, wysoka wydajność i wysoka niezawodność.

Sprzęt gospodarstwa domowego i medyczny, modelowanie samolotów, napędy odcinające rury w rurociągach gazowych i naftowych – to nie jest pełna lista obszarów zastosowań bezszczotkowych silników prądu stałego (BD). Przyjrzyjmy się konstrukcji i zasadzie działania tych siłowników elektromechanicznych, aby lepiej zrozumieć ich zalety i wady.

Informacje ogólne, urządzenie, zakres zastosowania

Jednym z powodów zainteresowania firmą BD jest zwiększone zapotrzebowanie na szybkie mikrosilniki z precyzyjnym pozycjonowaniem. Wewnętrzną strukturę takich dysków pokazano na rysunku 2.

Jak widać, konstrukcja składa się z wirnika (twornicy) i stojana, pierwszy ma magnes trwały (lub kilka magnesów ułożonych w określonej kolejności), a drugi jest wyposażony w cewki (B) do wytworzenia pola magnetycznego .

Warto zauważyć, że te mechanizmy elektromagnetyczne mogą mieć zworę wewnętrzną (ten typ konstrukcji można zobaczyć na rysunku 2) lub zewnętrzną (patrz rysunek 3).

W związku z tym każdy z projektów ma określony zakres zastosowania. Urządzenia z wewnętrznym twornikiem charakteryzują się dużą prędkością obrotową, dlatego stosuje się je w układach chłodzenia, jako elektrownie dla dronów itp. Siłowniki z wirnikiem zewnętrznym stosuje się tam, gdzie wymagane jest precyzyjne pozycjonowanie i odporność na moment obrotowy (robotyka, sprzęt medyczny, maszyny CNC itp.).

Zasada działania

W przeciwieństwie do innych napędów, na przykład maszyny asynchronicznej prądu przemiennego, BD wymaga do działania specjalnego sterownika, który włącza uzwojenia w taki sposób, że wektory pól magnetycznych twornika i stojana są do siebie prostopadłe. Oznacza to, że urządzenie sterujące reguluje moment obrotowy działający na twornik DB. Proces ten wyraźnie pokazano na rysunku 4.

Jak widać, dla każdego ruchu twornika konieczne jest wykonanie określonej komutacji w uzwojeniu stojana silnika bezszczotkowego. Ta zasada działania nie pozwala na płynną kontrolę obrotów, ale pozwala szybko nabrać rozpędu.

Różnice między silnikami szczotkowymi i bezszczotkowymi

Napęd typu kolektorowego różni się od BD zarówno cechami konstrukcyjnymi (patrz ryc. 5.), jak i zasadą działania.

Przyjrzyjmy się różnicom projektowym. Z rysunku 5 widać, że wirnik (1 na ryc. 5) silnika komutatorowego, w przeciwieństwie do silnika bezszczotkowego, ma cewki z prostym obwodem uzwojenia, a na stojanie zamontowane są magnesy trwałe (zwykle dwa) (2 na ryc. 5). Dodatkowo na wale zamontowany jest komutator, do którego podłączone są szczotki dostarczające napięcie do uzwojeń twornika.

Porozmawiajmy krótko o zasadzie działania maszyn zbierających. Kiedy do jednej z cewek zostanie przyłożone napięcie, zostaje ono wzbudzone i powstaje pole magnetyczne. Oddziałuje z magnesami trwałymi, co powoduje obrót twornika i umieszczonego na nim kolektora. W rezultacie zasilanie jest dostarczane do drugiego uzwojenia i cykl się powtarza.

Częstotliwość obrotu twornika tej konstrukcji zależy bezpośrednio od natężenia pola magnetycznego, które z kolei jest wprost proporcjonalne do napięcia. Oznacza to, że aby zwiększyć lub zmniejszyć prędkość, wystarczy zwiększyć lub zmniejszyć poziom mocy. Aby odwrócić, należy zmienić polaryzację. Ta metoda sterowania nie wymaga specjalnego sterownika, ponieważ regulator prędkości można wykonać w oparciu o zmienny rezystor, a zwykły przełącznik będzie działał jak falownik.

Cechy konstrukcyjne silników bezszczotkowych omówiliśmy w poprzedniej sekcji. Jak pamiętacie, podłączenie ich wymaga specjalnego kontrolera, bez którego po prostu nie będą działać. Z tego samego powodu silniki te nie mogą być używane jako generator.

Warto również zaznaczyć, że w niektórych napędach tego typu, dla efektywniejszego sterowania, położenie wirników monitorowane jest za pomocą czujników Halla. To znacznie poprawia właściwości silników bezszczotkowych, ale zwiększa koszt i tak już drogiej konstrukcji.

Jak uruchomić silnik bezszczotkowy?

Aby dyski tego typu działały, potrzebny będzie specjalny kontroler (patrz rys. 6). Bez tego uruchomienie jest niemożliwe.

Nie ma sensu samodzielnie montować takiego urządzenia, taniej i pewniej będzie kupić gotowe. Można go wybrać w oparciu o następujące cechy charakterystyczne dla sterowników kanałów PWM:

• Maksymalna dopuszczalna siła prądu, ta cecha jest podana dla normalnej pracy urządzenia. Dość często producenci wskazują ten parametr w nazwie modelu (na przykład Phoenix-18). W niektórych przypadkach podana jest wartość dla trybu szczytowego, który sterownik może utrzymać przez kilka sekund.
• Maksymalne napięcie znamionowe do pracy ciągłej.
• Rezystancja obwodów wewnętrznych sterownika.
• Dopuszczalna prędkość jest podana w obr./min. Powyżej tej wartości sterownik nie pozwoli na zwiększenie obrotów (ograniczenie realizowane jest z poziomu oprogramowania). Należy pamiętać, że prędkość jest zawsze podana dla napędów dwubiegunowych. Jeśli par biegunów jest więcej, podziel wartość przez ich liczbę. Przykładowo wskazana liczba to 60000 obr/min, dlatego dla silnika 6-magnetycznego prędkość obrotowa będzie wynosić 60000/3=20000 obr/min.
• Częstotliwość generowanych impulsów, dla większości sterowników parametr ten mieści się w przedziale od 7 do 8 kHz, droższe modele pozwalają na przeprogramowanie parametru, zwiększając go do 16 lub 32 kHz.

Należy pamiętać, że pierwsze trzy cechy określają moc bazy danych.

Bezszczotkowe sterowanie silnikiem

Jak wspomniano powyżej, przełączanie uzwojeń napędowych jest sterowane elektronicznie. Aby określić, kiedy dokonać przełączenia, kierowca monitoruje położenie twornika za pomocą czujników Halla. Jeżeli napęd nie jest wyposażony w takie detektory, wówczas uwzględniane jest tylne pole elektromagnetyczne występujące w niepodłączonych cewkach stojana. Kontroler, będący zasadniczo kompleksem sprzętowo-programowym, monitoruje te zmiany i ustala kolejność przełączania.

Trójfazowy bezszczotkowy silnik prądu stałego

Większość baz danych jest implementowana w trybie trójfazowym. Do sterowania takim napędem sterownik posiada przetwornicę impulsów DC na trójfazową (patrz rys. 7).

Aby wyjaśnić działanie takiego silnika zaworu, łącznie z rysunkiem 7, należy zapoznać się z rysunkiem 4, który pokazuje kolejno wszystkie etapy pracy napędu. Zapiszmy je:

1. Impuls dodatni jest przykładany do cewek „A”, a impuls ujemny do cewek „B”, w wyniku czego twornik porusza się. Czujniki zarejestrują jego ruch i wyślą sygnał do kolejnego przełączenia.
2. Cewka „A” zostaje wyłączona, a dodatni impuls trafia do „C” („B” pozostaje niezmieniona), po czym wysyłany jest sygnał do następnego zestawu impulsów.
3. „C” jest dodatnie, „A” jest ujemne.
4. Para prac „B” i „A”, które otrzymują impulsy pozytywne i negatywne.
5. Impuls dodatni jest ponownie przykładany do „B”, a impuls ujemny do „C”.
6. Cewki „A” są włączane (zasilany jest +) i powtarzany jest ujemny impuls na „C”. Następnie cykl się powtarza.

W pozornej prostocie sterowania kryje się wiele trudności. Konieczne jest nie tylko monitorowanie położenia twornika w celu wytworzenia kolejnej serii impulsów, ale także kontrolowanie prędkości obrotowej poprzez regulację prądu w cewkach. Ponadto należy wybrać najbardziej optymalne parametry przyspieszania i hamowania. Warto również pamiętać, że sterownik musi być wyposażony w jednostkę pozwalającą na kontrolowanie jego pracy. Wygląd takiego wielofunkcyjnego urządzenia można zobaczyć na rysunku 8.

Zalety i wady

Elektryczny silnik bezszczotkowy ma wiele zalet, a mianowicie:

• Żywotność jest znacznie dłuższa niż w przypadku konwencjonalnych analogów kolektorów.
• Wysoka wydajność.
• Szybko ustaw maksymalną prędkość obrotową.
• Jest mocniejszy niż CD.
• Brak iskier podczas pracy pozwala na użytkowanie napędu w warunkach zagrożenia pożarowego.
• Nie wymaga dodatkowego chłodzenia.
• Łatwy w użyciu.

Teraz spójrzmy na wady. Istotną wadą ograniczającą wykorzystanie baz danych jest ich stosunkowo wysoki koszt (w tym cena sterownika). Do niedogodności należy brak możliwości korzystania z bazy danych bez sterownika, nawet w celu krótkotrwałej aktywacji, na przykład w celu sprawdzenia jej funkcjonalności. Naprawy problematyczne, zwłaszcza jeśli wymagane jest przezwojenie.

Opublikowano 04.11.2014

Obwód regulatora

Obwód jest umownie podzielony na dwie części: lewa to mikrokontroler z logiką, prawa to część mocy. Sekcja mocy może być przystosowana do współpracy z silnikami o innej mocy lub o innym napięciu zasilania.

Kontroler - ATMEGA168. Smakosze mogą powiedzieć, że to wystarczy ATMEGA88, A AT90PWM3- byłoby „przynajmniej według Feng Shui”. Właśnie zrobiłem pierwszy regulator „według Feng Shui”. Jeśli masz okazję skorzystać AT90PWM3– to będzie najwłaściwszy wybór. Ale dla moich pomysłów 8 kilobajtów pamięci było absolutnie niewystarczające. Użyłem więc mikrokontrolera ATMEGA168.

Obwód ten miał służyć jako stanowisko testowe. Na którym miał powstać uniwersalny, konfigurowalny sterownik do pracy z różnymi „kaliberami” silników bezszczotkowych: zarówno z czujnikami, jak i bez czujników położenia. W tym artykule opiszę obwód i zasadę działania oprogramowania sterownika do sterowania silnikami bezszczotkowymi z czujnikami Halla i bez nich.

Odżywianie

Zasilanie obwodu jest oddzielne. Ponieważ kluczowe sterowniki wymagają zasilania od 10 V do 20 V, używana jest moc 12 V. Mikrokontroler zasilany jest poprzez przetwornicę DC-DC zamontowaną na mikroukładzie. Można zastosować stabilizator liniowy o napięciu wyjściowym 5 V. Zakłada się, że napięcie VD może wynosić od 12 V i więcej i jest ograniczone możliwościami kluczowego sterownika i samych kluczy.

PWM i sygnały dla klawiszy

Przy wyjściu OC0B(PD5) mikrokontroler U1 generowany jest sygnał PWM. Idzie do przełączników JP2, JP3. Za pomocą tych przełączników można wybrać opcję zastosowania PWM do klawiszy (do górnego, dolnego lub wszystkich klawiszy). Na schemacie jest przełącznik JP2 ustawić w pozycji dostarczania sygnału PWM do górnych klawiszy. Przełącznik JP3 na schemacie jest ustawiony w pozycji wyłączającej podawanie sygnału PWM do dolnych klawiszy. Nietrudno się domyślić, że jeśli wyłączymy PWM na górnym i dolnym przełączniku, to na wyjściu uzyskamy stałą „pełną prędkość do przodu”, co może wyrzucić silnik lub regulator do kosza. Dlatego nie zapomnij odwrócić głowy podczas ich przełączania. Jeśli nie potrzebujesz takich eksperymentów - i wiesz, do których przełączników zastosujesz PWM, a do jakich nie, to po prostu nie rób przełączników. Po przełączeniu PWM sygnał trafia na wejścia elementów logicznych „&” ( U2, U3). Ta sama logika odbiera 6 sygnałów z pinów mikrokontrolera PB0..PB5, które są sygnałami sterującymi dla 6 klawiszy. Zatem bramki logiczne ( U2, U3) nakładają sygnał PWM na sygnały sterujące. Jeśli masz pewność, że zastosujesz PWM, powiedzmy, tylko do dolnych klawiszy, to niepotrzebne elementy ( U2) można wyłączyć z obwodu, a odpowiednie sygnały z mikrokontrolera można dostarczyć do kluczowych sterowników. Te. Sygnały trafią do sterowników górnych klawiszy bezpośrednio z mikrokontrolera, a do dolnych – poprzez elementy logiczne.

Sprzężenie zwrotne (monitorowanie napięcia fazowego silnika)

Napięcie fazowe silnika W,V,U poprzez dzielniki rezystancyjne W – (R17,R25), V – (R18, R24), U – (R19, R23) dotrzeć do wejścia sterownika ADC0(PC0), ADC1(PC1), ADC2(PC2). Piny te służą jako wejścia komparatora. (W przykładzie opisanym w AVR444.pdf z firmy Atmela Nie używają komparatorów, ale mierzą napięcie za pomocą przetwornika ADC. Porzuciłem tę metodę, ponieważ czas konwersji ADC nie był odpowiedni do napędzania silników o dużej prędkości). Dzielniki rezystancyjne dobiera się tak, aby napięcie podawane na wejście mikrokontrolera nie przekraczało wartości dopuszczalnej. W tym przypadku rezystory 10K i 5K dzieli się przez 3. To znaczy. Przy zasilaniu silnika 12V. zostanie dostarczony do mikrokontrolera 12 V*5 K/(10 K+5 K) = 4 V. Napięcie odniesienia dla komparatora (wejście AIN1) jest zasilany z połowy napięcia zasilania silnika przez dzielnik ( R5, R6, R7, R8). Należy pamiętać, że rezystory ( R5, R6) mają taką samą wartość nominalną jak ( R17, R25), (R18, R24),(R19, ​​​​R23). Następnie napięcie jest zmniejszane o połowę przez dzielnik R7, R8, po czym trafia do nogi AIN1 wewnętrzny komparator mikrokontrolera. Przełącznik JP1 umożliwia przełączenie napięcia odniesienia na napięcie „środkowe” generowane przez rezystory ( R20, R21, R22). Zrobiono to w celach eksperymentalnych i nie usprawiedliwiało się. Jeśli nie jest to konieczne, JP1, R20, R21, R22 można wyłączyć z programu.

Czujniki Halla

Ponieważ sterownik jest uniwersalny, w przypadku zastosowania silnika z czujnikami musi odbierać sygnały z czujników Halla. Zakłada się, że czujniki Halla są typu dyskretnego SS41. Możliwe jest także zastosowanie innych typów czujników z wyjściem dyskretnym. Sygnały z trzech czujników odbierane są poprzez rezystory R11, R12, R13 do przełączników JP4, JP5, JP6. Rezystory R16, R15, R14 działają jak rezystory podciągające. C7, C8, C9– kondensatory filtrujące. Przełączniki JP4, JP5, JP6 wybrany jest rodzaj sprzężenia zwrotnego do silnika. Oprócz zmiany położenia przełączników, w ustawieniach oprogramowania regulatora należy określić odpowiedni typ silnika ( Bezczujnikowy Lub Czujnik).

Pomiary sygnału analogowego

Przy wejściu ADC5(PC5) przez rozdzielacz R5, R6 Dostarczone jest napięcie zasilania silnika. Napięcie to jest kontrolowane przez mikrokontroler.

Przy wejściu ADC3(PC3) Sygnał analogowy odbierany jest z czujnika prądu. Czujnik prądu ACS756SA. Jest to czujnik prądu oparty na efekcie Halla. Zaletą tego czujnika jest to, że nie wykorzystuje bocznika, co oznacza, że ​​ma rezystancję wewnętrzną bliską zeru, dzięki czemu nie wytwarza się na nim ciepło. Dodatkowo wyjście czujnika jest analogowe w zakresie 5V, więc jest podawane na wejście ADC mikrokontrolera bez jakiejkolwiek konwersji, co upraszcza obwód. Jeśli potrzebny jest czujnik o większym zakresie pomiaru prądu, wystarczy po prostu wymienić istniejący czujnik na nowy, bez konieczności zmiany obwodu.

Jeśli chcesz użyć bocznika z kolejnym obwodem wzmacniającym i dopasowującym, zrób to.

Ustawianie sygnałów

Sygnał ustawienia prędkości obrotowej silnika z potencjometru RV1 wchodzi na wejście ADC4(PC4). Zwróć uwagę na rezystor R9– zwiera sygnał w przypadku przerwania przewodu do potencjometru.

Dodatkowo znajduje się wejście RC sygnału, który jest szeroko stosowany w modelach zdalnie sterowanych. Wyboru wejścia sterującego i jego kalibracji dokonuje się w ustawieniach oprogramowania sterownika.

Interfejs UART

Sygnały TX, RX służą do konfiguracji sterownika i dostarczają informacji o stanie sterownika - prędkości obrotowej silnika, prądzie, napięciu zasilania itp. Aby skonfigurować kontroler, możesz podłączyć go do portu USB komputera za pomocą . Konfigurację przeprowadza się poprzez dowolny program terminalowy. Na przykład: Hiperterminal Lub Kit .

Inny

Istnieją również styki odwrotne - wyjście mikrokontrolera PD3. Jeśli zamkniesz te styki przed uruchomieniem silnika, silnik będzie się obracał w przeciwnym kierunku.

Do wyjścia podłączona jest dioda LED sygnalizująca stan regulatora PD4.

Część mocy

Zastosowano kluczowe sterowniki IR2101. Sterownik ten ma jedną zaletę – niską cenę. Nadaje się do systemów niskoprądowych, do wydajnych kluczy IR2101 będzie słaby. Jeden sterownik steruje dwoma tranzystorami MOSFET z kanałem „N” (górnym i dolnym). Potrzebujemy trzech takich mikroukładów.

Klucze należy dobierać w zależności od maksymalnego prądu i napięcia zasilania silnika (doborowi kluczy i sterowników poświęcony zostanie osobny artykuł). Schemat pokazuje IR540, były faktycznie używane K3069. K3069 przeznaczony na napięcie 60V i prąd 75A. To zdecydowanie za dużo, ale dostałem je gratis w dużych ilościach (tego samego szczęścia życzę).

Kondensator C19 włącza się równolegle z akumulatorem zasilającym. Im większa jego pojemność, tym lepiej. Kondensator ten chroni akumulator przed skokami prądu, a klucze przed znacznymi spadkami napięcia. W przypadku braku tego kondensatora masz gwarancję co najmniej problemów z klawiszami. Jeśli podłączysz akumulator bezpośrednio do VD– może przeskoczyć iskra. Rezystor tłumiący iskry R32 używany po podłączeniu do akumulatora zasilającego. Natychmiast łączymy” – „baterie, potem podaj” + " skontaktować się Przeciwiskrowy. Prąd przepływa przez rezystor i płynnie ładuje kondensator C19. Po kilku sekundach podłącz styk akumulatora do VD. Przy zasilaniu 12V nie da się zrobić Antispark.

Możliwości oprogramowania sprzętowego

• możliwość sterowania silnikami z czujnikami i bez nich;
• dla silnika bezczujnikowego istnieją trzy rodzaje rozruchu: bez określenia położenia początkowego; z określeniem pozycji wyjściowej; łączny;
• regulacja kąta wyprzedzenia fazowego dla silnika bezczujnikowego w krokach co 1 stopień;
• możliwość wykorzystania jednego z dwóch wejść master: 1-analogowe, 2-RC;
• kalibracja sygnałów wejściowych;
• bieg wsteczny silnika;
• konfiguracja sterownika poprzez port UART i odbieranie danych ze sterownika podczas pracy (obr/min, prąd, napięcie akumulatora);
• Częstotliwość PWM 16,32 kHz.
• ustawienie poziomu sygnału PWM do uruchomienia silnika;
• Kontrola napięcia akumulatora. Dwa progi: limit i odcięcie. Gdy napięcie akumulatora spadnie do progu granicznego, prędkość obrotowa silnika maleje. W przypadku spadku poniżej progu odcięcia następuje całkowite zatrzymanie;
• kontrola prądu silnika. Dwa progi: ograniczenie i odcięcie;
• regulowany tłumik sygnału sterującego;
• ustawienie martwego czasu dla kluczy

Działanie regulatora

Włączenie

Napięcie zasilania regulatora i silnika jest oddzielne, dlatego może pojawić się pytanie: w jakiej kolejności podawać napięcie. Zalecam podanie napięcia na obwód regulatora. A następnie podłącz napięcie zasilania silnika. Chociaż z drugą sekwencją nie było problemów. W związku z tym nie było problemów przy jednoczesnym przyłożeniu napięcia.

Po włączeniu silnik emituje 1 krótki sygnał (o ile dźwięk nie jest wyłączony), dioda LED włącza się i świeci światłem ciągłym. Regulator jest gotowy do pracy.

Aby uruchomić silnik należy zwiększyć wartość sygnału sterującego. W przypadku zastosowania potencjometru głównego silnik zostanie uruchomiony, gdy napięcie sterujące osiągnie około 0,14 V. W razie potrzeby istnieje możliwość kalibracji sygnału wejściowego, co pozwala na wykorzystanie wcześniejszych zakresów napięć sterujących. Skonfigurowano domyślny tłumik sygnału. Przy ostrym skoku ustawionego sygnału prędkość obrotowa silnika będzie płynnie rosnąć. Amortyzator ma charakterystykę asymetryczną. Reset prędkości następuje bez opóźnienia. W razie potrzeby przepustnicę można wyregulować lub całkowicie wyłączyć.

Początek

Silnik bezczujnikowy uruchamiany jest z poziomem napięcia rozruchowego ustawionym w ustawieniach. W momencie startu położenie drążka gazu nie ma znaczenia. Jeśli próba uruchomienia nie powiedzie się, próba uruchomienia będzie powtarzana do momentu, aż silnik zacznie normalnie się obracać. Jeśli silnik nie uruchomi się w ciągu 2-3 sekund, należy zaprzestać prób, odkręcić gaz i przystąpić do regulacji regulatora.

Gdy silnik zgaśnie lub wirnik ulegnie mechanicznemu zablokowaniu, włącza się zabezpieczenie i regulator podejmuje próbę ponownego uruchomienia silnika.

Rozruch silnika z czujnikami Halla odbywa się również za pomocą ustawień rozruchu silnika. Te. Jeśli dodasz pełny gaz do uruchomienia silnika z czujnikami, regulator poda napięcie określone w ustawieniach rozruchu. I dopiero gdy silnik zacznie się obracać, zostanie przyłożone pełne napięcie. Jest to dość niezwykłe w przypadku silnika czujnikowego, ponieważ takie silniki są używane głównie jako silniki trakcyjne i w tym przypadku osiągnięcie maksymalnego momentu obrotowego przy uruchomieniu może być trudne. Jednakże regulator ten posiada funkcję chroniącą silnik i regulator przed awarią spowodowaną mechanicznym zakleszczeniem silnika.

Podczas pracy regulator przekazuje dane o obrotach silnika, prądzie, napięciu akumulatora poprzez port UART w formacie:

E: minimalne napięcie akumulatora: maksymalne napięcie akumulatora: maksymalny prąd: prędkość obrotowa silnika (obr/min) A: aktualne napięcie akumulatora: aktualny prąd: aktualna prędkość silnika (obr/min)

Dane są wydawane w odstępach około 1 sekundy. Szybkość transferu na porcie 9600.

Ustawienie regulatora

Aby skonfigurować kontroler należy go połączyć z komputerem za pomocą . Szybkość transferu na porcie 9600.

Sterownik przechodzi do trybu nastaw po włączeniu sterownika, gdy sygnał nastawczy potencjometru jest większy od zera. Te. Aby przełączyć regulator do trybu nastaw należy obrócić pokrętło potencjometru nastawczego, a następnie włączyć regulator. Na terminalu pojawi się monit w postaci symbolu „ > „. Następnie możesz wprowadzać polecenia.

Sterownik akceptuje następujące polecenia (zestaw ustawień i poleceń może różnić się w zależności od wersji oprogramowania):

H– wyświetlić listę poleceń;
? – wyjście ustawień;
C– kalibracja sygnału jazdy;
D– reset ustawień do ustawień fabrycznych.

zespół " ? ” wyświetla w terminalu listę wszystkich dostępnych ustawień i ich znaczenie. Na przykład:

typ.silnika=0 magnesy silnika=12 kąt.silnika=7 typ.rozruchu silnika=0 czas.rozruchu silnika=10 pwm=32 pwm.start=15 pwm.min=10 limit napięcia=128 odcięcie napięcia =120 current.limit=200 current.cutoff=250 system.sound=1 system.input=0 system.damper=10 system.deadtime=1

Możesz zmienić żądane ustawienie za pomocą polecenia w następującym formacie:

<настройка>=<значение>

Na przykład:

pwm.start=15

Jeżeli polecenie zostało wydane poprawnie, ustawienie zostanie zastosowane i zapisane. Możesz sprawdzić aktualne ustawienia po ich zmianie za pomocą polecenia „ ? “.

Pomiary sygnałów analogowych (napięcie, prąd) realizowane są za pomocą mikrokontrolera ADC. ADC działa w trybie 8-bitowym. Dokładność pomiaru jest celowo obniżona, aby zapewnić akceptowalną prędkość konwersji sygnału analogowego. Odpowiednio sterownik wyprowadza wszystkie wartości analogowe w postaci liczby 8-bitowej, tj. od 0 do 255.

Cel ustawień:

Lista ustawień, ich opis:

* – wartość liczbowa 8-bitowego przetwornika analogowo-cyfrowego.
Obliczane według wzoru: ADC = (U*R6/(R5+R6))*255/5
Gdzie: U– napięcie w woltach; R5, R6– rezystancja rezystorów dzielnika w omach.