Brežulonski pogoni za gibanje z navzočnim tokom

Definicija

Gibalec s količinsko upravljanjem brezšetnega motorja z enosmerne struje je definiran kot samostojno upravljana spremenljiva pogonska napetost, ki uporablja sinusni trajnostni magnetni motor z izmenično strujo (PMAC). Ta vrsta poganjanja ponuja več značilnih prednosti. Praktično brez vzdrževanja ima podaljšano življenjsko dobo, kar ga čini zanesljivo izbiro za različne uporabe. Poleg tega ima nizko vrtilno inercijo, minimalno trenje in deluje s karakteristikami nizke frekvence. Tudi ustvarja minimalno motnjo v radio frekvenčnem območju in šum, kar zagotavlja gladko in tiho delovanje. Vendar ni brez pomanjkljivosti; glavne omejitve so relativno visoka cena in nizka začetna vznemirljiva sila.

Uporaba

Gibalci s količinskim upravljanjem brezšetnega motorja z enosmerne struje se uporabljajo v širokem obsegu industrih in naprav. V področju potrošniških elektronskih naprav so uporabljeni v gramofonih, traktnih pogoni za snemalnice in v osnovnih pogoni računalniških tvrdih diskov. Uporabljajo se tudi kot nizkomogučni pogoni v periferijskih računalniških instrumentih in sistemih nadzora. Poleg potrošniških elektronskih naprav se njihova uporaba širi na vesoljsko industrijo, kjer je zanesljivost in tiho delovanje ključno. V medicinskem področju njihova točnost in čisto delovanje jih prilagajajo za različne medicinske naprave. Poleg tega se pogosto uporabljajo za pogon hladilnih ventilatorjev, ki zagotavljajo učinkovito in tiho zračenje v številnih sistemih.

Struktura motorja

Slika spodaj prikazuje prerez trifaznega, dvopolskega trapezoidnega PMAC motorja, ki je ključni sestavni del gibala s količinskim upravljanjem brezšetnega motorja z enosmerne struje. Motor ima rotor s trajnostnim magnetom s širokim polskim lokom, ki prispeva k učinkovitemu delovanju. Stator je opremljen s tremi polnimi navoji, vsaki odmaknjeni za 120 stopinj drug od drugega. Ta specifična konfiguracija navoja zagotavlja uravnoteženo električno delovanje in gladko proizvodnjo vznemirljive sile. Vsak fazni navoj sega 60 stopinj na vsako stran, optimizira interakcijo magnetnega polja znotraj motorja in omogoča natančno nadzorovanje hitrosti in zmogljivosti.

Napeti, ki so inducirani v treh fazah motorja, so prikazani na sliki spodaj. Generiranje trapezoidnega valovnega oblika je posledica specifične interakcije med rotorjem in statorjem. Ko se rotor vrti v nasprotni smeri urinega kazalca, med prvimi 120 stopinji vrtenja od referenčne pozicije, vse zgornje vodiče faze A interagirajo z južnim polom magnetnega polja, medtem ko se vse spodnje vodiče faze A povežejo z severnim polom.

Ta konstantna magnetna vezava v tem kotnem obsegu vodi do relativno stabilnega inducirane napetosti, ki prispeva k ravni vrhu trapezoidnega valovnega oblika. Ko se rotor nadaljuje z vrtenjem, spremembe usmeritve magnetnega polja povzročijo prehod inducirane napetosti, ki končno oblikuje značilni trapezoidni oblik, ki je ključen za pravilno delovanje in nadzor gibala s količinskim upravljanjem brezšetnega motorja z enosmerne struje.

Med 120 - stopinjskim vrtenjem rotora ostane inducirana napetost v fazi A relativno konstantna. Ko preseže 120 stopinj, nekateri zgornji vodiči faze A začnejo povezovati z severnim polom, medtem ko drugi nadaljujejo z interakcijo z južnim polom. Enak pojav se dogaja tudi pri spodnjih vodičih. Kot rezultat, v naslednjih 60 stopinjah vrtenja, se napetost, inducirana v fazi A, linearno obrne. Ta vzorec spremembe napetosti se ponovi tudi v fazah B in C, kar ustvarja koordinirano električno obnašanje, ključno za delovanje motorja.

Sistem gibala s količinskim upravljanjem brezšetnega motorja z enosmerne struje, kot je prikazano na sliki spodaj, sestavlja pretvorba napetosti z virom napetosti in trapezoidni PMAC motor. Statorski navoji motorja so konfigurirani v zvezno vezavo. Slika tudi prikazuje značilni fazni valovni oblik napetosti trapezoidnega PMAC motorja, ki odraža edinstvene dinamike indukcije napetosti, opisane zgoraj. Ta valovni oblik je ključna značilnost, ki omogoča učinkovito nadzorovanje in delovanje gibala s količinskim upravljanjem brezšetnega motorja z enosmerne struje, omogoča gladko proizvodnjo vznemirljive sile in natančno regulacijo hitrosti.

Statorski navoji brezšetnega motorja z enosmerne struje so opremljeni z impulzi struje. Vsak impulz traja 120 električnih stopinj in je natančno postavljen v območju, kjer ostane inducirana napetost konstantna in doseže svojo maksimalno vrednost. Ključno je, da se polaritet teh impulzov struje ujema z polariteto inducirane napetosti, kar zagotavlja harmonično interakcijo med električnimi vhodi in magnetnim poljem, generiranim z motorjem.

Magnetni tok v prostoru med vrtenjem motorja je ohranjen na stalnem nivoju, in velikost inducirane napetosti je neposredno sorazmerna z hitrostjo vrtenja rotora. Ta odnos je temelj delovanju motorja, saj omogoča natančen nadzor zmogljivosti motorja na podlagi hitrostno odvisne inducirane napetosti, omogoča učinkovito prenos energije in gladko delovanje v različnih delovnih pogoji.

Med vsakim 60 - stopinjskim intervalom delovanja teče struja v eno fazo statorskih navojev motorja in izstopa iz druge. Ta alternirajoči vzorec pretoka struje je ključna značilnost delovanja brezšetnega motorja z enosmerne struje. Kot rezultat, moč, ki se zagotavlja motorju v vsakem od teh 60 - stopinjskih intervalov, se lahko izrazi z naslednjo formulo, ki upošteva interakcijo med napetostjo in strujom znotraj faznih navojev.

Vznemirljiva sila, ki jo razvije motor

Valovni oblik vznemirljive sile gibala s količinskim upravljanjem brezšetnega motorja z enosmerne struje je prikazan na sliki spodaj. Velikost vznemirljive sile, generirane z motorjem, je neposredno sorazmerna s strujom, ki teče skozi DC močne povezave. Ta odnos je temelj za razumevanje dinamičnega obnašanja in zmogljivosti motorja.

Regenerativno brzdanje v tem sistemu poganjanja dosežemo z obrnljivostjo faze struje. Ko se faza struje obrne, se tudi smer izvora struje Id spremeni. Ta obrnjenost initira pretok moči, ki se začne v motorju, nadaljuje skozi pretvornik in končno vrne nazaj v DC vir. Med tem procesom motor deluje kot generator, pretvarja mehansko energijo iz optoge izvora v električno energijo, ki se nato vrača v močni vir. To ne le pomaga pri zmanjševanju hitrosti motorja, ampak tudi omogoča obnovitev in ponovno uporabo energije, kar poveča celotno učinkovitost sistema.

Ko se hitrost vrtenja sistema poganjanja obrne, se tudi polariteta induciranih napetosti znotraj motorja obrne. Ta sprememba polaritete napetosti aktivira regenerativno brzdanje, omogoča sistemom poganjanja, da pretvarja mehansko energijo premikanja optoge v električno energijo, ki se nato vrača v močni vir.

Obratno, obrnjenost smeri struje, ki teče skozi navoje motorja, initira delovanje motorja, gospodarstvo motor v želeno smer. Valovni obrazci struje, ki odgovarjajo temu določenim operacijskim režimom—regenerativno brzdanje in delovanje motorja—so jasno prikazani na sliki spodaj, ki prinaša vizualno predstavitev električnega obnašanja sistema poganjanja v različnih pogoji.