Бесщеткени повеќеполуски мотори

Дефиниција

Бесчевка DC моторска дрижава се дефинира како саморегулирана променлива фреквенција дрижава која користи синусна постоян магнетен алтернативен струјни (PMAC) мотор. Овој тип дрижава нуди неколку забележувани предности. Практички без потреба од одржување, тој има продолжен животен период, што го прави надежен избор за различни применби. Покрај тоа, тој има ниска ротационна инерција, минимално триење и работи со карактеристики на ниска фреквенција. Повеќе од тоа, тој генерира минимална радио фреквенција интерференција и шум, што осигурува плаво и тихо функционирање. Меѓутоа, тој не е без недостатоци; основните ограничувања се неговата релативно висока цена и ниски почетен момент.

Примени

Бесчевка DC моторски дрижави се широко користат во многу индустрии и уреди. Во областа на потрошачката електроника, тие се користат во плејери за плочи, лентички дрижави за записници и спиндл дрижави во хард-дискови на компјутери. Тие исто така служат како нискомощностни дрижави во периферни инструменти и контролни системи на компјутери. Однадвор од потрошачката електроника, нивните применби се прошируваат до аероспацијалната индустрија, каде што надежноста и тихо функционирањето се важни. Во биомедицинската област, нивната прецизност и чисто функционирање ги прават прифатливи за различни медицински уреди. Повеќе од тоа, тие се често користат за дрижавање на хладне вентилатори, што овозможува ефикасна и тиха вентилација во многу системи.

Структура на моторот

Следната слика прикажува пресечниот пресек на трифазен, двополен трапезоиден PMAC мотор, кој е кључен компонент на бесчевка DC моторска дрижава. Моторот има магнетен ротор со широк полски лук, што допринашува за неговата ефикасна работа. Статорот е опремен со триполни обмотки, секоја поместена за 120 степени една од друга. Оваа специфична конфигурација на обмотки осигурува балансирана електрична работа и гладко производство на момент. Секоја фазна обмотка ја покрива 60 степени од секоја страна, оптимизирајќи магнетното поле интеракција во моторот и дозволувајќи прецизно контролирање на неговата брзина и перформанси.

Напоните индуцирани во трите фази на моторот се прикажани на следната слика. Генерирањето на трапезоиден сигнал може да се припише на специфичната интеракција помеѓу роторот и статорот. Кога роторот се враќа во насока спротивна на часовникот, во текот на првите 120 степени враќање од референтна позиција, сите горни проводници на фаза А се интерактираат со јужниот пол на магнетното поле, додека сите долни проводници на фаза А се интерактираат со северниот пол. 

Оваа константна магнетна поврзаност во овој аголен опсег доведува до релативно стабилен индуциран напон, што допринашува за равен делот на трапезоидниот сигнал. Кога роторот продолжува да се враќа, менливите ориентации на магнетното поле причинуваат индуцираниот напон да се транзиционира, кој на крај формира карактеристичниот трапезоиден облик што е есенцијален за правилното функционирање и контрола на бесчевка DC моторска дрижава.

Во текот на 120 степени враќање на роторот, напонот индуциран во фаза А останува релативно константен. Кога враќањето надмине 120 степени, некои од горните проводници на фаза А почнуваат да се поврзуваат со северниот пол, додека други продолжуваат да се интерактираат со јужниот пол. Истиот феномен се случува со долните проводници. Како резултат, во следните 60 степени враќање, напонот индуциран во фаза А линеарно се обрнува. Овој модел на промена на напонот е отразен и во фазите Б и Ц, што создава координирано електрично однесување есенцијално за функционирањето на моторот.

Системот за бесчевка DC моторска дрижава, како што е прикажан на следната слика, се состои од напонска изворска инверторска поврзана со трапезоиден PMAC мотор. Обмотките на статорот на моторот се конфигурирани во звезден конектор. Сликата исто така прикажува карактеристичниот фазен напонски сигнал на трапезоидниот PMAC мотор, кој одразува единствените динамики на напонско-индуцирана работа описани погоре. Овој сигнал е кључна карактеристика што овозможува ефикасна контрола и функционирање на бесчевка DC моторска дрижава, обезбедувајќи гладко производство на момент и прецизна регулација на брзината.

Обмотките на статорот на бесчевка DC мотор се снабдени со импулси на струја. Секој импулс има длабочина од 120 електрични степени и е точно позициониран во областа каде што индуцираниот напон останува константен и достигнува својата максимална вредност. Клучно е дека полярноста на овие импулси на струја се подударува со онаа на индуцираниот напон, што осигурува гармонична интеракција помеѓу електричните входи и магнетното поле генерирано од моторот.

Магнетниот поток во воздухот во моторот е одржан на стабилно ниво, а величината на индуцираниот напон е директно пропорционален со ротационата брзина на роторот. Оваа врска е фундаментална за функционирањето на моторот, бидејќи овозможува точна контрола на перформансите на моторот базирана на скорост-dependant индуцираниот напон, што овозможува ефикасна пренос на моќ и гладко функционирање во различни оперативни услови.

Во текот на секој 60-градусен интервал на функционирање, струјата тече во една фаза на обмотката на статорот на моторот и излегува од друга. Овој альтернативен модел на ток на струја е кључна карактеристика на функционирањето на бесчевка DC мотор. Како резултат, моќта доставена на моторот во секој од овие 60-градусни интервали може да се изрази со следната формула, која ги зема во предвид интеракциите помеѓу напонот и струјата во фазите на обмотките.

Моментот развивајќи го моторот

Сигналот на моментот на бесчевка DC моторска дрижава е прикажан на следната слика. Величината на моментот генериран од моторот е директно пропорционален со струјата која тече низ DC моќни врски. Оваа врска е фундаментална за разбирање на динамичкото однесување и карактеристиките на перформансите на моторот.

Регенеративното спречување во овој систем за дрижава се постигува со обратување на фазната струја. Кога фазната струја се обрати, правецот на изворот на струјата Id се менува соодветно. Ова обратување инициира проток на моќ кој почнува од моторот, продолжува низ инверторот и на крај се враќа на DC изворот. Во овој процес, моторот функционира како генератор, конвертирајќи механичката енергија од оптоварувањето во електрична енергија, која потоа се враќа во изворот на моќ. Ова не само што помогнува во забрзувањето на моторот, туку и дозволува восстановување и повторна употреба на енергијата, подобрувајќи целокупната ефикасност на системот.

Кога ротационата брзина на системот за дрижава се обрати, полярноста на индуцираните напони во моторот исто така се превртува. Оваа промена во полярноста на напонот активира операцијата на регенеративно спречување, овозможувајќи системот да конвертира механичката енергија на движната оптоварување во електрична енергија, која потоа може да се враќа во изворот на моќ.

Наспроти тоа, обратувањето на правецот на струјата која тече низ обмотките на моторот инициира операцијата на мотор, побарувајќи го моторот да се враќа во желаната насока. Сигналите на струјата кои одговараат на овие различни оперативни режими - регенеративно спречување и мотор - се ясно прикажани на следната слика, давајќи визуелна репрезентација на електричното однесување на системот за дрижава под различни услови.

Типови на бесчевка DC моторска дрижава

Бесчевка DC моторска дрижава може да се главно категоризира во два различни тип: евтина бесчевка DC моторска дрижава и еднофазна бесчевка DC моторска дрижава. Секој тип има своји уникални карактеристики и оперативни принципи, кои се детално описани подолу.

Евтина бесчевка DC моторска дрижава

Евтината бесчевка DC моторска дрижава е дизајнирана со простота и пристапност на ум. Таа има минималистичка конфигурација, состојаше се од само три транзистори и три диодни конвертор. Оваа постава ограничува дрижавата до доставување само позитивна струја или напон на трифазниот мотор.

Во текот на функционирањето, индуцираниот напон и струјата играат критична улога во моторскиот и спречувањето функции на моторот. Кога се достават 120-степенски позитивни импулси на струја до моторот, тој инициира моторска акција, која го прави моторот да се враќа во насока спротивна на часовникот. Наспроти тоа, кога овие импулси на струја се поместуваат за 60 степени до вкупно 180 степени, моторот преминува во состојба на спречување. Оваа промена во времето на импулсите на струја ефективно менува интеракцијата помеѓу електричниот вход и магнетното поле на моторот, овозможувајќи преминување од ротационото движење до механизам на спречување.

Евтина бесчевка DC моторска дрижава: Механизам за контрола на струјата

Во евтината бесчевка DC моторска дрижава, струјата на фаза А е прецизно регулирана од тиристорот Tr1 и диодата D1. Кога Tr1 е активиран (вклучен), изворниот напон Vd е поврзан со обмотката А. Оваа врска го прави променливото количествен напон IA да стане позитивен, што значи дека струјата во фаза А започнува да се зголемува. Наспроти тоа, кога Tr1 е деактивиран (исклучен), струјата iA влезува во режим на слободно враќање низ диодата D1. Во текот на овој режим на слободно враќање, променливото количествен напон на iA станува негативен, и струјата постепено се намалува.

Во временскиот период од 0-120º, Tr1 може да се преклопи на исклучување на алтернативен начин. Оваа стратегија на преклопување и исклучување се користи за да се направи да фактичката струја IA тесно следи правоаголен референтен напон iA, осигурувајќи дека разликата помеѓу нив останува внатре во предефинирана хистерезисна зона. Оваа прецизна контрола помага во одржување на стабилно функционирање на моторот и ефикасен пренос на моќ.

Еднофазна бесчевка DC моторска дрижава

Конфигурацијата на еднофазната бесчевка DC моторска дрижава е прикажана на следната слика. За целите на анализа, претпоставете дека моторот е снабден со полу-мостов еднофазен конвертор, кој доставува правоаголен сигнал на струја до моторот, како што е прикажано на придружната дијаграма. Овој специфичен сигнал на струја игра критична улога во определувањето на карактеристиките на перформансите и оперативното однесување на моторот.

Моментот генериран од моторот покажува значителни флуктуации, познати како моментни флуктуации. Меѓутоа, кога моторот функционира на високи брзини, инерцијата на системот мотор-оптоварување функционира како природен филтер. Оваа инхерентна инерција изглажува варијациите на моментот, дозволувајќи моторот да одржува релативно униформна ротационата брзина, ведно и кога присутни се моментни флуктуации.