- Veikimo principas ir konstrukcija
- Šepetinis nuolatinės srovės variklis
- Šepetėliai be variklių
- Privalumas ir trūkumai
- Programos
- Veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis tarp „Brushless“ ir „Brushed DC“ variklių
Elektriniai varikliai tapo didžiule mūsų gyvenimo dalimi. Jų yra visuose įrenginiuose, pradedant elektromobiliais, baigiant dronais, robotais ir kitais elektronikos prietaisais. Apskritai, elektrinis variklis yra įtaisas, paverčiantis elektros energiją mechanine. Paprastai jie vadinami visiškai priešingais generatoriams, nes jie veikia pagal panašius principus ir teoriškai gali būti paversti generatoriais. Jie iš esmės naudojami tais atvejais, kai reikalingas sukamasis judesys ir jie naudojami prietaisuose (vibraciniuose varikliuose), robotuose, medicinos įrangoje, žaisluose ir daugelyje kitų.
Elektros variklius galima suskirstyti į dvi plačias kategorijas pagal jiems naudojamą energijos šaltinį: kintamosios srovės varikliai ir nuolatinės srovės varikliai. Kaip rodo pavadinimas, kintamosios srovės varikliai paprastai varomi naudojant kintamosios srovės šaltinius (vienfazius arba trifazius) ir dažniausiai naudojami pramoninėse ir sunkiosiose apkrovose, kur reikalingas didelis sukimo momentas. Kita vertus, nuolatinės srovės varikliai (į kuriuos šiandien atkreipiame dėmesį) yra mažesni ir naudojami baterijomis (arba įjungtais nuolatinės srovės šaltiniais) pagrįstose programose, kur reikia žymiai mažiau darbo, palyginti su kintamosios srovės varikliais. Jie randa keletą prietaisų, pradedant kasdieniais prietaisais, pvz., Skutimosi kirpimo mašinomis, baigiant žaislais vaikams, robotais ir dronais.
Reikalavimas nuolatinės srovės varikliams skiriasi, nes vienai paskirčiai gali prireikti didesnio sukimo momento ir sumažinti greitį, o kitam - didesnio greičio ir mažesnio sukimo momento, todėl nuolatinės srovės variklius pardavėjai pagal tai klasifikuoja. Tačiau nuolatinės srovės variklius galima suskirstyti į tris skirtingas kategorijas arba tipus, įskaitant;
- Šepetinis nuolatinės srovės variklis
- Šepetėliai be variklių
- „Servo Motors“.
Šiandienos straipsnyje mūsų dėmesys bus sutelktas į nuolatinės srovės variklius be šepetėlių ir su šepetėliu, nagrinėjant jų skirtumus atsižvelgiant į veikimo principą, konstrukciją, pritaikymą, privalumus ir trūkumus. Dėl trečiojo tipo galite peržiūrėti išsamų „Servo Motor“ straipsnį.
Veikimo principas ir konstrukcija
Visų variklių veikimas paprastai grindžiamas dviem principais : Ampero įstatymas ir Faradėjaus įstatymas. Į pirmosios įstatymas numato, kad elektros laidininkas dedamas į magnetinio lauko patirsite jėgą, jei bet srovė, tekanti per dirigento turi stačiu kampu tos srities komponentas. Kad antrojo principo teigiama, kad, jei laidininkas yra perkeliamas per magnetinį lauką, tada bet koks judesio statmenos komponentas šioje srityje bus generuoti potencialų skirtumas tarp laidininko galuose.
Remiantis šiais dėsniais, elektros varikliai susideda iš dviejų pagrindinių dalių; Nuolatinis magnetas ir krūva laidininkų suvynioti į ritę. Taikant elektrą į ritę, ji tampa magnetu ir, atsižvelgiant į tai, kad magnetai atstumia panašius polius ir pritraukia skirtingai nei poliai, pasiekiamas sukamasis judesys.
Šepetinis nuolatinės srovės variklis
Šlifuotas nuolatinės srovės variklis yra žinomas kaip vienas iš ankstyviausių ir paprasčiausių variklių, nes jis paprasčiausiai įgyvendina aukščiau aprašytus dėsnius. Kaip aprašyta žemiau esančiame paveikslėlyje , šepečio nuolatinės srovės variklio konstrukcija susideda iš fiksuoto statoriaus, pagaminto iš nuolatinio magneto, ir judančios armatūros (rotoriaus), ant kurio sudedamosios dalys, tokios kaip komutatorius, šepečiai ir padalijimo žiedas, kurios visos yra aplink variklį velenas.
Kai maitinimas varikliui tiekiamas (per akumuliatorių arba per AC į DC prijungtą šaltinį), elektra iš šaltinio į armatūrą teka per šepečius, kurie paprastai yra priešingose variklio ašies pusėse. Šepečiai (kurių buvimas konstrukcijoje yra pagrindinis veiksnys, lemiantis variklio pavadinimą) perduoda elektros srovę į armatūrą per fizinį kontaktą su komutatoriumi. Kai tik įjungiama armatūra (vielos ritė), ji pradeda elgtis kaip magnetas ir tuo metu jos poliai pradeda atstumti statoriaus formos nuolatinio magneto polius. Kai stulpai atsitrenkia, variklio velenas, prie kurio pritvirtinta armatūra, pradeda suktis tokiu greičiu ir sukimo momentu, kuris priklauso nuo magnetinio lauko stiprumo aplink armatūrą.
Magnetinio lauko stipris paprastai priklauso nuo šepečiuose naudojamos įtampos ir statoriui naudojamo nuolatinio magneto stiprumo.
Šepetėliai be variklių
Nors jie naudoja tą patį elektromagnetizmo principą, kita vertus, varikliai be šepetėlių yra sudėtingesni. Jie yra tiesioginis pastangų pagerinti šepetėlių nuolatinės srovės variklių efektyvumą rezultatas ir juos galima tiesiog apibūdinti kaip variklius, kurie komutacijai nenaudoja šepečių. Tačiau paprastas šio aprašymo pobūdis suteikia klausimų, kaip variklis įjungiamas ir kaip pasiekiamas judėjimas be šepetėlių, kuriuos bandysiu paaiškinti.
Priešingai nei šlifuotų variklių konstrukcija, varikliuose be šepetėlių viskas apverčiama. Šarvuoto variklio atveju armatūra, kuri sukasi statoriuje, yra nejudanti varikliuose be šepetėlių, o nuolatinis magnetas, kuris šepetėliuose yra fiksuotas, tarnauja kaip variklis be šepetėlių. Paprasčiau tariant, nuolatinės srovės variklių be šepetėlių statorius yra sudarytas iš ritinių, o jo rotorius (prie kurio pritvirtintas variklio velenas) - iš nuolatinio magneto.
Kadangi be šepetėlių variklis pašalina šepečių naudojimą armatūros tiekimui, perjungimas (komutavimas) tampa sudėtingesnis ir atliekamas elektroniniu būdu naudojant papildomą elektroninių komponentų rinkinį (pvz., Stiprintuvą, kurį įjungia komutuojantis komponentas, pavyzdžiui, optinis kodatorius), kad būtų pasiektas judėjimas. Nešvarių nuolatinės srovės variklių komutacijos algoritmus galima suskirstyti į du; Jutikliu pagrįstas ir beprasmis komutavimas.
Vykdant jutiklį, jutikliai (pvz., Salės jutiklis) dedami išilgai variklio ašių, kad būtų galima pateikti grįžtamąjį ryšį valdymo grandinei, kad padėtų įvertinti rotoriaus padėtį. Jutikliu pagrįstai komutacijai naudojami trys populiarūs algoritmai;
- Trapecinis komutavimas
- Sinusoidinis komutavimas
- Vektorinis (arba orientuotas į lauką) valdymas.
Kiekvienas iš šių valdymo algoritmų turi savo pliusų ir minusų, todėl algoritmai gali būti įgyvendinami skirtingais būdais, atsižvelgiant į programinę įrangą ir elektronikos aparatinės įrangos dizainą, kad būtų atlikti būtini pakeitimai.
Kita vertus, jutiklį keičiant be jutiklių, užuot davę varikliuose, valdymo grandinė skirta matuoti galinę EMF, kad būtų galima įvertinti rotoriaus padėtį.
Šis algoritmas veikia gana gerai ir turi mažesnes sąnaudas, nes salės jutiklių sąnaudos pašalinamos, tačiau jo įgyvendinimas yra daug sudėtingesnis, palyginti su jutikliais pagrįstais algoritmais.
Privalumas ir trūkumai
Šepečiuose nuolatinės srovės varikliuose šepečiai nuolat liečiasi su besisukančiu komutatoriumi. Dėl to susidaro daug trinties, o tai savo ruožtu praranda šilumos šilumą ir laipsnišką šepečių nusidėvėjimą. Taigi, šlifuoto nuolatinės srovės variklių efektyvumas yra mažas ir juos reikia periodiškai prižiūrėti. Tai sukuria daug trinties, o trintis yra lygi šilumai (energijos nuostoliams) ir susidėvėjimui. Kita vertus, bešepetinė nuolatinė srovė iš esmės yra be trinties, todėl turi tikrai didelį efektyvumą, joms nereikia jokios priežiūros ir tarnauja ilgiau nei šepečiu nuolatinės srovės varikliais.
Tačiau dėl paprasto jų dizaino prigludę nuolatinės srovės varikliai, palyginti su jų be šepetėlių, yra labai pigūs. Kita vertus, nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių yra gana brangūs dėl savo sudėtingos konstrukcijos ir papildomų elektroninių komponentų (valdiklių), reikalingų jiems valdyti, papildomų išlaidų.
Programos
Nors šiomis dienomis nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių yra populiaresni, šepečiais nuolatinės srovės varikliai vis dar naudojami kasdienėje buitinėje technikoje, vaikų žaisluose ir pramonėje, nes jų greičio ir sukimo momento santykis gali būti įvairus. Dėl mažos kainos jie naudojami tose programose, kur pagrindinis variklis gali sugesti dar prieš variklius.
Kita vertus, nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių yra pritaikyti įvairiuose prietaisuose, pradedant medicinos įranga, robotais ir dronais, baigiant elektromobiliais, elektriniais įrankiais ir kt. Jie iš esmės naudojami tose programose, kurioms reikalingas didelis efektyvumas, ilgaamžiškumas ir kurios yra vertos išlaidų.
Veiksniai, į kuriuos reikia atsižvelgti renkantis tarp „Brushless“ ir „Brushed DC“ variklių
Be greičio, sukimo momento, galios įvertinimo ir kitų pagrindinių jūsų taikomų reikalavimų, pateiktų žemiau, yra trys veiksniai, kurie, mano manymu, taip pat gali būti gerai apsvarstyti priimant sprendimą dėl variklio, kuris bus pritaikytas jūsų programai.
- Darbo ciklas / tarnavimo laikas
- Efektyvumas
- Valdymas / įjungimas
- Kaina
Darbo ciklas / tarnavimo laikas
Eksploatavimo laikas apibūdina, kiek laiko variklis turi veikti prieš gedimą ir kokį darbo ciklą. Tai svarbu, nes anksčiau minėtas šepečiu nuolatinės srovės variklis gali susidėvėti dėl trinties tarp šepečių ir komutatoriaus. Taigi svarbu užtikrinti, kad variklis veiktų visą eksploatavimo laiką, arba taikymas, kai variklio aptarnavimas bus laikomas normaliu ir nebrangiu, jei bus naudojami šepetiniai nuolatinės srovės varikliai. Geras to pavyzdys yra vaikų žaislai, kai žaislai paprastai išmesti arba sugadinami dar nesusidėvėjus varikliui. Naudojant ilgą tarnavimo laiką ir variklio techninę priežiūrą nėra perspektyvi alternatyva, protingas variantas yra nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių.
Efektyvumas
Paprastai bešepetiniai nuolatinės srovės varikliai turi didesnį bendrą efektyvumą, palyginti su šepečiais nuolatinės srovės varikliais, tačiau buvo atvejų, kai šlifuoti varikliai be geležies, kurių efektyvumas didesnis, lyginant su lygiaverčiais varikliais be šepetėlių. Tačiau prieš priimant sprendimą svarbu įvertinti bendrą reikiamą efektyvumą ir palyginti jį su kiekvieno variklio efektyvumu. Daugeliu atvejų, kai efektyvumas yra lemiamas veiksnys, dažniausiai laimi nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių.
Valdymas / įjungimas
Dažniausiai tai yra viena pagrindinių kliūčių, kai reikia naudoti nuolatinės srovės variklius be šepetėlių. Dėl papildomų reikalavimų, pvz., Valdiklių ir pan., Valdymas tampa sudėtingesnis, palyginti su šepečiais nuolatinės srovės varikliais, kurie gali būti varomi / įjungiami taip pat nereikšmingi dalykai, kaip prijungti akumuliatorių per jo gnybtus. Turėtumėte užtikrinti, kad sudėtingas nuolatinės srovės variklio naudojimas projektui yra pagrįstas, o pagalbinė elektronika, pvz., Valdikliai, yra lengvai prieinama. Nepaisant šlifuotų nuolatinės srovės variklių paprastumo, jie kartais netinka didelio tikslumo reikmėms. Nors „Brushed DC“ variklį galima lengvai prijungti prie valdiklio, pvz., „Arduino“, BLDC prijungti prie „Arduino Uno“ yra labai sudėtinga, tačiau ESC (elektroninis greičio valdiklis)) palengvina BLDC sąsają su mikrovaldikliu.
Kaina
Dėl be šepetėlių nuolatinės srovės variklių konstrukcijos sudėtingumo jie yra labai brangūs, palyginti su šepečiais nuolatinės srovės varikliais. Prieš pradėdami naudoti nuolatinės srovės variklius be šepetėlių, įsitikinkite, kad papildomos išlaidos neviršija projekto ribų. Prieš priimdami sprendimą, apsvarstykite ir kitų priedų, reikalingų naudoti BLDC, kainą.