Корпус двигуна безщіткового двигуна постійного струму схожий за структурою на синхронний двигун з постійним магнітом, за винятком того, що немає обмотки клітки та його пускового пристрою. Його обмотка статора може бути простою однофазною або більш ніж трифазною структурою. Способи з'єднання обмоток якоря в основному включають з'єднання зіркою і трикутником. Схеми електронної комутації зазвичай мають мостовий і безмостовий типи. , вони можуть складатися з багатьох варіацій. Нижче наведено простий аналіз принципу роботи найпоширенішого безщіткового двигуна постійного струму з двома, двома, трифазними зірками з шістьма станами постійного магніту.
Будова трифазного двополюсного безщіткового двигуна постійного струму
A, B і C - трифазні обмотки статора, які відповідно з'єднані з силовими комутаційними пристроями V1, V2, V3 в електронній схемі перемикача, а слідуючий ротор датчика положення розміщений на обертовому валу двигуна. . VP1, VP2 і VP3 рівномірно розподілені на одному кінці безщіткового двигуна постійного струму з різницею в 120 градусів у просторовому коефіцієнті. Завдяки дії обертової затінюючої пластини на вал двигуна положення магнітного полюса ротора визначається відповідно до того, чи освітлюється певний оптоелектронний пристрій світлом.
Якщо фаза А обмотки статора подається під напругу в певний момент, струм взаємодіє з основним магнітним полем, створюваним постійним магнітом на роторі, для створення електромагнітного крутного моменту, так що ротор обертається, а положення магніту ротора стає електричний сигнал через датчик положення. , а потім керуйте ланцюгом електронного перемикача, так що кожна фазна обмотка статора буде включена по черзі, і фазний струм статора буде змінювати фази в певному порядку зі зміною положення ротора. Таким чином, послідовність провідності схеми електронного перемикача може бути синхронізована з кутом повороту ротора для досягнення ефекту механічної комутації.
Математична модель безщіткового двигуна постійного струму
Трифазний двополюсний безщітковий двигун постійного струму, внутрішня структура ротора, зіркоподібне з'єднання обмоток статора і три елементи Холла рівномірно розподілені з різницею в 120 градусів у просторі. При цьому передбачається, що двигун має такі характеристики:
(1) Магнітне коло двигуна не насичене, і ефект вихрових струмів, втрати на гістерезис і реакція якоря ігноруються;
(2) Менше, ніж вплив зубчастого моменту;
(3) Силові пристрої в ланцюзі керування є ідеальними комутаційними пристроями.
Рівняння крутного моменту
Коли двигун постійного струму знаходиться в нормальному робочому стані, електромагнітний крутний момент відноситься до крутного моменту, створеного взаємодією між провідником і постійним магнітом після того, як на обмотку якоря подається напруга. Коли двигун працює нормально, дві фази обмотки увімкнені одночасно, тому електромагнітна потужність Pm становить:
Pm=2EpIp
Без урахування впливу комутації струму електромагнітний крутний момент Te двигуна становить:
Te= Pm/Wi/Np =2npEpIp/W1=2npψp Ip
У формулі Ep — пікове значення електрорушійної сили безщіткового двигуна постійного струму;
Ip — поточне пікове значення двигуна
Ψp – це пікове значення електромагнітного потоку двигуна
З формули видно, що електромагнітний момент двигуна пропорційний піковому струму
рівняння руху
У загальному вигляді рівняння руху системи має вигляд
Te – TL – Zw=J*dw/dt
У формулі Te і TL є електромагнітним моментом і моментом навантаження двигуна
W - кутова швидкість двигуна;
Z – коефіцієнт в’язкого тертя
J – момент інерції ротора двигуна
Аналіз характеристик безщіткового двигуна постійного струму
Стартові характеристики
На початку, оскільки зворотна ЕРС дорівнює нулю, струм якоря дорівнює:
I=Ud -2△U/2R
У формулі Ud - мережева напруга двофазних обмоток, включених двигуном;
△ U – падіння потужності в колі керування;
R - внутрішній опір обмотки статора двигуна
Завдяки малому внутрішньому опору струм якоря швидко зростає при запуску, тому пусковий електромагнітний момент великий, який можна швидко запустити, а також можна запустити безпосередньо під навантаженням. Коли швидкість збільшується, відштовхування якоря збільшує індуковану електрорушійну силу, крутний момент двигуна зменшується, а швидкість прискорення також зменшується, і, нарешті, входить у нормальний робочий стан, а швидкість і струм якоря в цей час стабільні.
Коли двигун запускається без навантаження, на малюнку показана крива залежності швидкості та струму якоря від часу
Механічні властивості
Механічні характеристики стосуються співвідношення між швидкістю двигуна та крутним моментом електромагніту, коли напруга постійного струму Ud постійна. Рівняння механічних характеристик безщіткового двигуна постійного струму таке:
n=15/ BlπR′Wфквадрат(U-RI-L dI/dt)
Після закінчення ви можете отримати:
n=30/π* Kt Ud – 2RTe/Ke Kt
У формулі Kt - коефіцієнт крутного моменту двигуна
Ke — коефіцієнт індукованої електрорушійної сили двигуна
Ud — напруга в мережі
Можна побачити, що існує лінійна залежність між швидкістю обертання та електромагнітним моментом. Однак у процесі фактичної роботи, коли електромагнітний крутний момент стає більшим, реакція якоря вироблятиме певний ефект розмагнічування. У той же час, враховуючи нелінійність силового пристрою, що керує ланцюгом керування, кінець кривої механічної характеристики двигуна буде згинатися вниз. .
Механічна характеристика безщіткового двигуна постійного струму показана на малюнку
Регулювальні характеристики
Характеристика регулювання відноситься до зміни співвідношення між швидкістю двигуна та прикладеною напругою, коли електромагнітний крутний момент двигуна постійний. Коли безщітковий двигун постійного струму знаходиться в стабільному стані, ігноруючи втрату силового пристрою, що керує ланцюгом керування, існує наступне співвідношення
Ud=raI плюс π/30*Ken
KTI-TL=π/30Zn
Тоді зв'язок між швидкістю і напругою є
N=30/30 KTKe плюс πraZ*(KT Ud –ra –TL)
Таким чином, можна отримати криву швидкості безщіткового двигуна постійного струму, що змінюється з Ud при різному електромагнітному моменті Te, Te1<><><>
Безщітковий двигун постійного струму має хороші характеристики керування, але коли Ud малий, електромагнітний крутний момент також малий, електромагнітний крутний момент також малий, крутний момент навантаження не може бути обмежений, і двигун не може бути запущений, тому швидкість двигуна нуль, і коли Ud збільшується. Коли напруга перевищить напругу лінії затвора, двигун починає запускатися та поступово переходить у стійкий стан. Коли Ud більше, швидкість також більша. При цьому через наявність тертя регулювальна характеристика не проходить через початок координат.
