Körülbelül DC motor meghajtások

Definíció

A géphez nélküli DC motorillesztő egy önszabályozó, változó frekvenciájú illesztő, amely szinuszos hullámú Állandómágneses Alternatívára (PMAC) motorral működik. Ez az illesztő több jelentős előnyt kínál. Gyakorlatilag karbantartásmentes, hosszú élettel rendelkezik, így megbízható választás különböző alkalmazásokhoz. Emellett alacsony forgási inerciát, minimális súrlódást és alacsony frekvenciájú jellemzőket mutat. Továbbá minimális rádiófrekvenciás zavarodást és zajt okoz, ami sima és csendes működést biztosít. Azonban nem ismeretlen a hátrányai; a fő korlátozásai a viszonylag magas költsége és az alacsony indító nyomaték.

Alkalmazások

A géphez nélküli DC motorillesztők széles körben használatosak különböző iparágakban és eszközökben. A fogyasztói elektronika területén lejátszók, felvétőgépek szalaggátlói és számítógépes merevlemezek tengelyillesztői között találjuk őket. Számítógépes perifériai eszközök és irányítórendszerek alacsony teljesítményű illesztőiként is szolgálnak. A fogyasztói elektronikán túl, alkalmazásaik kiterjednek a légitársasági iparra, ahol a megbízhatóság és a csendes működés kulcsfontosságú. A biomedicinai területen a pontosságuk és tiszta működésük miatt számos orvosi eszközben alkalmazzák őket. Továbbá gyakran használják hűtőventilátorok illesztésére, hatékony és csendes szellőztetést biztosítva számos rendszerben.

Motor szerkezete

Az alábbi ábra bemutatja a háromfázisú, két-pólusú trapéz alakú PMAC motor metszetét, amely a géphez nélküli DC motorillesztő egyik alapvető komponense. A motor egy állandómágneses rotorral rendelkezik, amelynek széles pólusíve hozzájárul a hatékony működéshez. A stator három-pólusú tekercsekkel van ellátva, mindegyik 120 fokkal eltolva egymástól. Ez a specifikus tekercsbeállítás biztosítja a kiegyensúlyozott elektromos működést és a sima nyomatek-termelést. Minden fázis tekercse 60 fokon belül kiterjed, optimalizálva a motorban a mágneses mező interakcióját, és lehetővé téve a sebesség és a teljesítmény pontos vezérlését.

A motor három fázisában indukált feszültségek az alábbi ábrán láthatók. A trapéz alakú hullámformák generálása a rotor és a stator specifikus interakciójának köszönhető. Amikor a rotor ellen óramutató járásával forgást végez, a kezdeti 120 fokos forgás referenciapozícióból, a fázis A minden felső vezetője interakcióba kerül a mágneses mező déli pólussal, míg a fázis A minden alsó vezetője a mágneses mező északi pólussal.

Ez a konzisztens mágneses kötődés ezen a szögintervallumon belül relatíve stabil indukált feszültséget eredményez, ami hozzájárul a trapéz alakú hullámformák lapos részének. Ahogy a rotor továbbforga, a mágneses mező orientációi változása miatt az indukált feszültség átmeneti, végül alakítva a trapéz alakú formát, ami létfontosságú a géphez nélküli DC motorillesztő megfelelő működéséhez és vezérléséhez.

A rotor 120 fokos forgása során a fázis A-ban indukált feszültség relatíve állandó marad. Ha a forgás 120 fokot haladja meg, a fázis A egyes felső vezetői kezdenek kapcsolatba lépni az északi pólussal, míg mások továbbra is a déli pólussal interakcióba kerülnek. Ugyanez a jelenség a fázis A alsó vezetőivel is megtörténik. Így a következő 60 fokos forgás során a fázis A-ban indukált feszültség lineárisan fordul. Ez a feszültségváltozás mintázata a fázis B- és C-ben is tükröződik, koordinált elektromos viselkedést biztosítva, ami a motor működéséhez létfontosságú.

A géphez nélküli DC motorillesztő rendszer, ahogyan az alábbi ábrán látható, feszültség-forrás inverterrel és trapéz alakú PMAC motorral áll össze. A motor stator tekercsei csillagkapcsolásban vannak beállítva. Az ábra szintén a trapéz alakú PMAC motor jellegzetes fázis-feszültség hullámformáját mutatja, ami a fenti unikális feszültség-indukálási dinamikát tükrözi. Ez a hullámforma kulcsfontosságú, mert lehetővé teszi a géphez nélküli DC motorillesztő hatékony vezérlését és működését, sima nyomatek-termelést és pontos sebesség-szabályozást biztosítva.

A géphez nélküli DC motor stator tekercsei impulzusokkal látók el. Minden impulzus 120 elektromos fokig tart, és pontosan a régióban helyezkedik el, ahol az indukált feszültség állandó és maximális. Lényeges, hogy ezeknek az impulzusoknak a polaritása megegyezik az indukált feszültség polaritásával, ami biztosítja a harmonikus interakciót az elektromos bemenetek és a motor által generált mágneses mező között.

A motor üreg-fluxus állandó szinten tartózkodik, és az indukált feszültség nagysága arányos a rotor forgási sebességével. Ez a kapcsolat alapvető a motor működéséhez, mivel lehetővé teszi a motor teljesítményének pontos vezérlését a sebességtől függő indukált feszültség alapján, hatékony energiaátvitelt és sima működést biztosítva különböző működési feltételek mellett.

Minden 60 fokos intervallumban az áram egyik fázisban a motor stator tekercsébe behalad, és a másik fázisban kilép. Ez az áramfolyás alternáló mintázata a géphez nélküli DC motor működésének egyik jellemzője. Így a motorba adott 60 fokos intervallumban szolgáltatott energia a következő képlettel fejezhető ki, amely figyelembe veszi a fázisokban lévő feszültség és áram közötti interakciót.

A motornak a kifejlesztett nyomateka

A géphez nélküli DC motorillesztő nyomatek hullámformája az alábbi ábrán látható. A motor által generált nyomatek nagysága arányos a DC hivatkozásokon átmenő árral. Ez a kapcsolat alapvető a motor dinamikus viselkedésének és teljesítmény-jellemzőinek megértéséhez.

A regeneratív fékezés ebben az illesztőrendszerben a fázis-áram fordításával érhető el. Amikor a fázis-áram fordított, az áramforrás Id iránya is megváltozik. Ez a fordítás indítja el azt a energiaáramlást, ami a motorból indul, áthalad az inverteren, és végül visszaér a DC forráshoz. Ez a folyamat során a motor generátorként működik, a terhelésből származó mechanikai energiát elektromos energiává alakítva, amit visszafuttat a hálózatba. Ez nem csak a motor lassítását segíti, de lehetővé teszi az energia visszaszerezését és újrafelhasználását, növelve a rendszer teljes hatékonyságát.

Amikor a illesztőrendszer forgási sebessége fordított, a motoron belül indukált feszültségek polaritása is megváltozik. Ez a feszültség-polaritás változása indítja el a regeneratív fékezést, lehetővé téve, hogy a illesztő a mozgó terhelés mechanikai energiáját elektromos energiává alakítja, amit visszafuttat a hálózatba.

Ellenben, a motor tekercseiben áramló áram irányának megfordítása indítja el a motoring műveletet, a motort a kívánt irányba indítva. A regeneratív fékezés és a motoring műveletekhez tartozó áramhullámok jól láthatók az alábbi ábrán, amely a illesztőrendszer elektromos viselkedésének vizuális ábrázolását adja különböző feltételek között.

Géphez nélküli DC motorillesztő típusai

A géphez nélküli DC motorillesztőket két fő típusra oszthatjuk: a olcsó géphez nélküli DC motorillesztőre és a egyfázisú géphez nélküli DC motorillesztőre. Mindkét típusnak sajátos jellemzői és működési elvei vannak, amelyeket alább részletezzük.

Olcsó géphez nélküli DC motorillesztő

Az olcsó géphez nélküli DC motorillesztő egyszerűségre és olcsó árra tervezett. Minimális konfigurációval rendelkezik, ami csak három tranzisztorból és egy három diódából álló átalakítóból áll. Ez a beállítás korlátozza, hogy a illesztő csak pozitív áramot vagy feszültséget tudjon szolgáltatni a háromfázisú motorhoz.

A működés során az indukált feszültség és az áram kulcsszerepet játszik a motor motoring és fékezési funkcióiban. Amikor 120 fokos pozitív áramimpulzusokat adunk a motorhoz, motoring műveletet indítunk, ami a motort ellen óramutató járásával forgatja. Ellenben, ha ezeket az áramimpulzusokat 60 fokkal, összesen 180 fokra toljuk el, a motor fékező állapotba lép. Ez az áramimpulzusok időzítésének változása hatékonyan módosítja az elektromos bemenet és a motor mágneses mező közötti interakciót, lehetővé téve a forgási mozgástól a fékező mechanizmusig való áttérését.

Olcsó géphez nélküli DC motorillesztő: Áram-vezérlési mechanizmus

Az olcsó géphez nélküli DC motorillesztőben a fázis A áramát a thyristor Tr1 és a diód D1 szabályozza. Amikor a Tr1 aktiválódik (bekapcsolódik), a forrásfeszültség Vd a tekercs A-hoz kapcsolódik. Ez a kapcsolat pozitívvá teszi az IA áram változásának sebességét, ami azt jelenti, hogy a fázis A-ban az áram növekszik. Fordítva, amikor a Tr1 deaktiválódik (kikapcsolódik), az iA áram szabadgurulási állapotba kerül a D1 diódán keresztül. Ez a szabadgurulási folyamat negatívvá teszi az iA áram változásának sebességét, és az áram lassan csökken.

A 0-120º időszakban a Tr1 be- és kikapcsolható váltakozó módon. Ez a be- és kikapcsolási stratégiát arra használják, hogy az aktuális IA áram közel legyen a téglalap alakú referencia áram iA-hoz, biztosítva, hogy a különbségük egy előre meghatározott hiszterézis sávban maradjon. Ez a pontos vezérlés segít a motor stabil működésében és a hatékony energiaátvitelben.

Egyfázisú géphez nélküli DC motorillesztő

Az egyfázisú géphez nélküli DC motorillesztő konfigurációja az alábbi ábrán látható. Az elemzés céljára tegyük fel, hogy a motor egy fél-híd egyfázisú átalakítóval van ellátva, amely téglalap alakú áramhullámot ad a motornak, ahogyan az a mellékelt diagramon látható. Ez a specifikus áramhullám kulcsszerepet játszik a motor teljesítmény-jellemzőinek és működési viselkedésének meghatározásában.

A motor által generált nyomatek jelentős fluktuációkat mutat, amit gyakran nyomatek ripplnek neveznek. Azonban, amikor a motor magas sebességen működik, a motor-terhelési rendszer inerciája természetes szűrőként működik. Ez a természetes inercia kiegyenlíti a nyomatek-változásokat, lehetővé téve, hogy a motor relatíve egyenletes forgási sebességet tart fenn, bár a nyomatek ripplenek ellenére.