Borsellose DC-motorbestuurders

Definisie

'n Borstellose DC-motor-aandrywing word gedefinieer as 'n selfbestuurde veranderlike frekwensie-aandrywing wat gebruik maak van 'n sinusvormige Permanent Magnet Alternating Current (PMAC)-motor. Hierdie tipe aandrywing bied verskeie noemenswaardige voordele. Dit is prakties onderhoudsvry, het 'n verlengde lewensduur en is 'n betroubare keuse vir verskeie toepassings. Daarbenewens het dit lae rotasie-inertia, min wrywing en bedryf met lae frekwensie-eienskappe. Dit genereer ook min radio frekwensie-verstoring en geraas, wat glad en stil bedryf verseker. Dit het egter nie sonder nadele nie; die hoof beperkings is sy relatief hoë koste en lae begin-trek.

Toepassings

Borstellose DC-motor-aandrywings word wyd in 'n groot verskeidenheid industrieë en toestelle gebruik. In die veld van verbruikers elektronika word hulle in platenspeelers, bandstrykers vir opnameapparate en spil-aandrywings in rekenaar harde skake geïmplementeer. Hulle dien ook as lae krag-aandrywings in rekenaar perifere instrumente en beheerstelsels. Buite verbruikers elektronika strek hul toepassings na die lugsruimte-industrie, waar betroubaarheid en lae-gerysbedryf krities is. In die biomediese veld maak hul presisie en skoon bedryf dit geskik vir verskeie mediese toestelle. Daarbenewens word hulle algemeen gebruik om koelwaaie te bestuur, wat doeltreffende en stil ventilasie in verskeie stelsels verskaf.

Motorstruktuur

Die figuur hieronder illustreer die doorsnee van 'n driefase, twee-pool trapesiumvormige PMAC-motor, wat 'n sleutelkomponent van die borstellose DC-motor-aandrywing is. Die motor het 'n permanente magneetrotor met 'n wyd poolboog, wat bydra tot sy effektiewe bedryf. Die statuur is toegerus met drie-pool windings, elke een 120 grade van mekaar afgeskuif. Hierdie spesifieke windingkonfigurasie verseker gebalanseerde elektriese bedryf en gladde trekproduksie. Elke fase winding span 60 grade aan elke kant, wat die magnetiese veldinteraksie binne die motor optimaliseer en presiese beheer oor sy spoed en prestasie moontlik maak.

Die spanninge wat in die drie fases van die motor geïnduseer word, word in die figuur hieronder aangedui. Die generering van 'n trapesiumvormige golfvorm kan toeskryf word aan die spesifieke interaksie tussen die rotor en statuur. Wanneer die rotor in 'n teen-kloksgewyse rigting roteer, tydens die eerste 120-grade rotasie vanaf 'n verwysingposisie, interakteer al die topgeleiërs van fase A met die suidpool van die magneetveld, terwyl al die ondergeleiërs van fase A met die noordpool verbind is.

Hierdie konstante magnetiese koppeling binne hierdie hoekbereik lei tot 'n relatief stabiele geïnduseerde spanning, wat bydra tot die plat bo-ede van die trapesiumvormige golfvorm. Terwyl die rotor voortgaan om te roteer, veroorsaak die veranderende magneetveldoriëntasies die geïnduseerde spanning om oor te gaan, uiteindelik die kenmerkende trapesiumvorm vormend wat essensieel is vir die regte bedryf en beheer van die borstellose DC-motor-aandrywing.

Tydens 'n 120-grade rotasie van die rotor bly die spanning geïnduseer in fase A relatief konstant. Een die rotasie 120 grade oorskry, begin sommige van die topgeleiërs van fase A met die noordpool verbind, terwyl ander voortgaan om met die suidpool te interakteer. Dieselfde verskynsel vind plaas met die ondergeleiërs. As gevolg hiervan, oor die volgende 60-grade rotasie, keer die spanning geïnduseer in fase A lineêr om. Hierdie patroon van spanningverandering word in fases B en C ook weerspieël, wat 'n gekoördineerde elektriese gedrag skep wat essensieel is vir die motor se bedryf.

Die borstellose DC-motor-aandrywingsstelsel, soos in die figuur hieronder geïllustreer, bestaan uit 'n spanning-bron inverter gepaard met 'n trapesiumvormige PMAC-motor. Die statuurwindings van die motor is in 'n sterverbinding geconfigureer. Die figuur wys ook die kenmerkende fase-spanningsgolfvorm van die trapesiumvormige PMAC-motor, wat die unieke spanning-induksiodynamika hierbo beskryf, weerspieël. Hierdie golfvorm is 'n sleuteleienskap wat die doeltreffende beheer en bedryf van die borstellose DC-motor-aandrywing moontlik maak, gladde trekproduksie en presiese spoedregulerings verseker.

Die statuurwindings van die borstellose DC-motor word met stroomimpulsies gevoed. Elke impuls het 'n duur van 120 elektriese grade en is presies geplaas binne die area waar die geïnduseerde spanning konstant bly en sy maksimum waarde bereik. Krities is dat die polariteit van hierdie stroomimpulsies met dié van die geïnduseerde spanning ooreenstem, wat 'n harmonieuse interaksie tussen die elektriese insette en die magneetveld wat deur die motor gegenereer word, verseker.

Die luggap-fluks binne die motor word by 'n konstante vlak gehou, en die grootte van die geïnduseerde spanning is direk eweredig aan die rotasiespoed van die rotor. Hierdie verhouding is fundamenteel vir die bedryf van die motor, aangesien dit toelaat vir akkurate beheer van die motor se prestasie gebaseer op die spoed-afhanklike geïnduseerde spanning, wat doeltreffende kragoorgang en glad bedryf oor verskeie bedryfsomstandighede moontlik maak.

Tydens elke 60-grade interval van bedryf, vloei stroom in een fase van die motor se statuurwinding en verlaat deur 'n ander. Hierdie wisselende stroomvloei patroon is 'n sleuteleienskap van die borstellose DC-motor se bedryf. As gevolg hiervan, kan die krag wat aan die motor gegee word in elke van hierdie 60-grade intervals uitgedruk word deur die volgende formule, wat rekening hou met die interaksie tussen die spanning en stroom binne die windingfases.

Die trek wat deur die motor ontwikkel word

Die trekgolfvorm van die borstellose DC-motor-aandrywing word in die figuur hieronder geïllustreer. Die grootte van die trek wat deur die motor gegenereer word, is direk eweredig aan die stroom wat deur die DC-kragkoppels vloei. Hierdie verhouding is fundamenteel om die motor se dinamiese gedrag en prestasiekarakteristieke te verstaan.

Regeneratiewe remming in hierdie aandrywingsstelsel word bereik deur die fase-stroom om te keer. Wanneer die fase-stroom omgekeer word, verander die rigting van die stroombron Id ook ooreenkomstig. Hierdie omkeer inisieer 'n kragvloei wat van die motor begin, deur die inverter gaan, en uiteindelik terugkeer na die DC-bron. Tydens hierdie proses funksioneer die motor as 'n generator, wat die meganiese energie van die last omset na elektriese energie, wat dan teruggevoer word na die kragverskaffing. Dit help nie net om die motor te vertraag nie, maar laat ook toe vir die herwinning en hergebruik van energie, wat die algehele doeltreffendheid van die stelsel verbeter.

Wanneer die rotasiespoed van die aandrywingsstelsel omgekeer word, keer die polariteit van die geïnduseerde spanninge binne die motor ook om. Hierdie verandering in spanningpolariteit aktiveer die regeneratiewe remproses, wat die aandrywing in staat stel om die meganiese energie van die bewegende last om te set na elektriese energie wat teruggevoer kan word na die kragverskaffing.

Omgekeerd, indien die rigting van die stroom wat deur die motor se windings vloei, omgekeer word, word die motorkragoperasie geïnitieer, wat die motor in die gewilde rigting voortbeweeg. Die stroomgolfvorms wat ooreenkom met hierdie verskillende operasie modes—regeneratiewe remming en motorkrag—word duidelik in die figuur hieronder aangedui, wat 'n visuele voorstelling gee van die elektriese gedrag van die aandrywingsstelsel onder verskillende omstandighede.

Tipes Borstellose DC-Motor-Aandrywing

Die borstellose DC-motor-aandrywing kan hoofsaaklik in twee onderskeidelike tipes geklassifiseer word: die goedkope borstellose DC-motor-aandrywing en die enkel-fase borstellose DC-motor-aandrywing. Elke tipe het sy eie unieke eienskappe en operasieprinsipes, wat hieronder gedetailleer word.

Goedkope Borstellose DC-Motor-Aandrywing

Die goedkope borstellose DC-motor-aandrywing is ontwerp met eenvoudigheid en betaalbaarheid in gedagte. Dit het 'n minimalistiese konfigurasie, bestaande uit slegs drie transistors en 'n drie-diode omskakelaar. Hierdie opstelling beperk die aandrywing tot slegs positiewe stroom of spanning wat aan die driefase motor gegee word.

Tydens bedryf speel die geïnduseerde spanning en stroom 'n kritiese rol in beide die motorkrag- en remfunksies van die motor. Wanneer 120-grade positiewe stroomimpulsies aan die motor gegee word, initieer dit 'n motorkragaksie, wat die motor laat roteer in 'n teen-kloksgewyse rigting. Omgekeerd, wanneer hierdie stroomimpulsies 60 grade verplaat word tot 'n totaal van 180 grade, skuif die motor oor na 'n remtoestand. Hierdie verandering in die tydsbestuur van die stroomimpulsies verander effektief die interaksie tussen die elektriese inset en die motor se magneetveld, wat die oorskakeling van rotasie na 'n remmekanisme moontlik maak.

Goedkope Borstellose DC-Motor-Aandrywing: Stroombeheer Mekanisme

In die goedkope borstellose DC-motor-aandrywing, word die stroom van fase A presies gereguleer deur die thyristor Tr1 en die diode D1. Wanneer Tr1 aktiveer (ingeskakel) word, word die bronspanning Vd oor winding A verbonden. Hierdie verbinding veroorsaak dat die veranderingstempo van die stroom IA positief word, wat beteken dat die stroom in fase A begin styg. Omgekeerd, wanneer Tr1 deaktiveer (uitgeskakel) word, gaan die stroom iA in 'n vrywielstand deur diode D1. Tydens hierdie vrywielproses, word die veranderingstempo van iA negatief, en die stroom vermindert geleidelik.

Binne die 0-120º tydperk, kan Tr1 in 'n alternerende manier ingeskakel en uitgeskakel word. Hierdie inskakel-uitkoppelstrategie word gebruik om die werklike stroom IA na te strewe om 'n reghoekige verwysingstroom iA te volg, wat verseker dat die verskil tussen hulle binne 'n voorafgedefinieerde histereseband bly. Hierdie presiese beheer help om stabiele motorbedryf en doeltreffende kragoorgang te handhaaf.

Enkel-Fase Borstellose DC-Motor-Aandrywing

Die konfigurasie van die enkel-fase borstellose DC-motor-aandrywing word in die figuur hieronder geïllustreer. Vir analisesdoeleindes, neem aan dat die motor gevoed word deur 'n halfbrug enkel-fase omskakelaar, wat 'n reghoekige stroomgolfvorm aan die motor voorsien, soos in die bygevoegde diagram aangedui. Hierdie spesifieke stroomgolfvorm speel 'n kritiese rol in die bepaling van die motor se prestasiekarakteristieke en operasiegedrag.

Die trek wat deur die motor gegenereer word, vertoon beduidende fluktuasies, bekend as trekfluktuasies. Wanneer die motor egter by hoë spoede bedryf, funksioneer die inertia van die motor-laststelsel as 'n natuurlike filter. Hierdie inherente inertia glad die trekvariasies, wat die motor in staat stel om 'n relatief eenvormige rotasiespoed te handhaaf, ondanks die teenwoordigheid van trekfluktuasies.