Οι κινητήρες χωρίς ψήκτρες είναι μια ποικιλία ηλεκτρικών κινητήρων που, σε αντίθεση με τους συμβατικούς κινητήρες βούρτσας ή άνθρακα, η αφαίρεση του άνθρακα στους κινητήρες χωρίς ψήκτρες αυξάνει την απόδοση και τη μακροζωία αυτών των κινητήρων σε σύγκριση με τους συμβατικούς κινητήρες άνθρακα.
Λόγω των πολυάριθμων πλεονεκτημάτων των κινητήρων χωρίς ψήκτρες, τα πολλά εργαλεία μας χρησιμοποιούν κινητήρες χωρίς ψήκτρες για να σας συνοδεύουν με τη μοναδική τους ισχύ σε κάθε περίσταση.Η μεγαλύτερη διάρκεια ζωής, το μικρό βάρος και η παραγωγή λιγότερου θορύβου είναι μεταξύ των χαρακτηριστικών που διακρίνουν αυτούς τους κινητήρες από τους κινητήρες με καύση άνθρακα.
Οι κινητήρες είναι μηχανές παράδοσης ισχύος
Όταν οι μηχανικοί αντιμετωπίζουν την πρόκληση του σχεδιασμού ηλεκτρικού εξοπλισμού για την εκτέλεση μηχανικών εργασιών, μπορεί να σκεφτούν πώς τα ηλεκτρικά σήματα μετατρέπονται σε ενέργεια.Έτσι, οι ενεργοποιητές και οι κινητήρες είναι μεταξύ των συσκευών που μετατρέπουν τα ηλεκτρικά σήματα σε κίνηση.Οι κινητήρες ανταλλάσσουν ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια.
Ο απλούστερος τύπος κινητήρα είναι ο βουρτσισμένος κινητήρας συνεχούς ρεύματος.Σε αυτόν τον τύπο κινητήρα, το ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται μέσω πηνίων που είναι διατεταγμένα μέσα σε ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο.Το ρεύμα δημιουργεί μαγνητικά πεδία στα πηνία.Αυτό προκαλεί την περιστροφή του συγκροτήματος πηνίου, καθώς κάθε πηνίο ωθείται μακριά από τον παρόμοιο πόλο και τραβιέται προς τον αντίθετο πόλο του σταθερού πεδίου.Για να διατηρηθεί η περιστροφή, είναι απαραίτητο να αντιστρέφετε συνεχώς το ρεύμα - έτσι ώστε οι πολικές θέσεις του πηνίου να αναστρέφονται συνεχώς, προκαλώντας τα πηνία να συνεχίσουν να «κυνηγούν» τους διαφορετικούς σταθερούς πόλους.Η ισχύς στα πηνία παρέχεται μέσω σταθερών αγώγιμων βουρτσών που έρχονται σε επαφή με έναν περιστρεφόμενο μεταγωγέα.είναι η περιστροφή του μεταγωγέα που προκαλεί την αντιστροφή του ρεύματος μέσω των πηνίων.Ο διακόπτης και οι βούρτσες είναι τα βασικά εξαρτήματα που διακρίνουν τον βουρτσισμένο κινητήρα συνεχούς ρεύματος από άλλους τύπους κινητήρων.Το σχήμα 1 απεικονίζει τη γενική αρχή του βουρτσισμένου κινητήρα.
Εικόνα 1: Λειτουργία του Βουρτσισμένου κινητήρα συνεχούς ρεύματος.
Οι σταθερές βούρτσες παρέχουν ηλεκτρική ενέργεια στον περιστρεφόμενο μεταγωγέα.Καθώς ο μεταγωγέας περιστρέφεται, αναστρέφει συνεχώς την κατεύθυνση του ρεύματος στα πηνία, αντιστρέφοντας τις πολικότητες του πηνίου έτσι ώστε τα πηνία να διατηρούν την περιστροφή προς τα δεξιά.Ο μεταγωγέας περιστρέφεται επειδή είναι συνδεδεμένος στον ρότορα στον οποίο είναι τοποθετημένα τα πηνία.
Οι κινητήρες διαφέρουν ανάλογα με τον τύπο ισχύος τους (AC ή DC) και τη μέθοδο παραγωγής περιστροφής (Εικόνα 2).Παρακάτω, εξετάζουμε εν συντομία τα χαρακτηριστικά και τις χρήσεις κάθε τύπου.
Διαφορετικοί τύποι κινητήρων
Οι βουρτσισμένοι κινητήρες συνεχούς ρεύματος, με απλό σχεδιασμό και εύκολο έλεγχο, χρησιμοποιούνται ευρέως για το άνοιγμα και το κλείσιμο δίσκων.Στα αυτοκίνητα, χρησιμοποιούνται συχνά για ανάσυρση, επέκταση και τοποθέτηση ηλεκτρικών πλευρικών παραθύρων.Το χαμηλό κόστος αυτών των κινητήρων τους καθιστά κατάλληλους για πολλές χρήσεις.Ένα μειονέκτημα, ωστόσο, είναι ότι οι βούρτσες και οι μεταγωγείς τείνουν να φθείρονται σχετικά γρήγορα ως αποτέλεσμα της συνεχούς επαφής τους, απαιτώντας συχνή αντικατάσταση και περιοδική συντήρηση.
Ένας βηματικός κινητήρας κινείται από παλμούς.περιστρέφεται σε μια συγκεκριμένη γωνία (βήμα) με κάθε παλμό.Επειδή η περιστροφή ελέγχεται ακριβώς από τον αριθμό των παλμών που λαμβάνονται, αυτοί οι κινητήρες χρησιμοποιούνται ευρέως για την εφαρμογή ρυθμίσεων θέσης.Συχνά χρησιμοποιούνται, για παράδειγμα, για τον έλεγχο της τροφοδοσίας χαρτιού σε μηχανές φαξ και εκτυπωτές—καθώς αυτές οι συσκευές τροφοδοτούν χαρτί σε σταθερά βήματα, τα οποία συσχετίζονται εύκολα με τον αριθμό παλμών.Η παύση μπορεί επίσης να ελεγχθεί εύκολα, καθώς η περιστροφή του κινητήρα σταματάει αμέσως όταν διακόπτεται το σήμα παλμού.
Με τους σύγχρονους κινητήρες, η περιστροφή είναι σύγχρονη με τη συχνότητα του ρεύματος τροφοδοσίας.Αυτοί οι κινητήρες χρησιμοποιούνται συχνά για την κίνηση των περιστρεφόμενων δίσκων σε φούρνους μικροκυμάτων.Τα μειωτικά γρανάζια στη μονάδα κινητήρα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να αποκτήσετε τις κατάλληλες ταχύτητες περιστροφής για τη θέρμανση των τροφίμων.Και στους επαγωγικούς κινητήρες, η ταχύτητα περιστροφής ποικίλλει ανάλογα με τη συχνότητα.αλλά η κίνηση δεν είναι σύγχρονη.Στο παρελθόν, αυτοί οι κινητήρες χρησιμοποιούνταν συχνά σε ηλεκτρικούς ανεμιστήρες και πλυντήρια ρούχων.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι κινητήρων σε κοινή χρήση.Σε αυτή τη συνεδρία, εξετάζουμε τα πλεονεκτήματα και τις εφαρμογές των κινητήρων συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες.
Γιατί γυρίζουν οι κινητήρες BLDC;
Όπως υποδηλώνει το όνομά τους, οι κινητήρες συνεχούς ρεύματος χωρίς ψήκτρες δεν χρησιμοποιούν βούρτσες.Με βουρτσισμένους κινητήρες, οι βούρτσες παρέχουν ρεύμα μέσω του μεταγωγέα στα πηνία του ρότορα.Πώς λοιπόν ένας κινητήρας χωρίς ψήκτρες περνά ρεύμα στα πηνία του ρότορα;Δεν συμβαίνει—επειδή τα πηνία δεν βρίσκονται στον ρότορα.Αντίθετα, ο ρότορας είναι ένας μόνιμος μαγνήτης.τα πηνία δεν περιστρέφονται, αλλά είναι στερεωμένα στη θέση τους στον στάτορα.Επειδή τα πηνία δεν κινούνται, δεν χρειάζονται βούρτσες και μεταγωγέας.(Βλέπε Εικόνα 3.)
Με τον βουρτσισμένο κινητήρα, η περιστροφή επιτυγχάνεται ελέγχοντας τα μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από τα πηνία στον ρότορα, ενώ το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από τους σταθερούς μαγνήτες παραμένει σταθερό.Για να αλλάξετε την ταχύτητα περιστροφής, αλλάζετε την τάση για τα πηνία.Με έναν κινητήρα BLDC, είναι ο μόνιμος μαγνήτης που περιστρέφεται.η περιστροφή επιτυγχάνεται αλλάζοντας την κατεύθυνση των μαγνητικών πεδίων που δημιουργούνται από τα γύρω ακίνητα πηνία.Για να ελέγξετε την περιστροφή, ρυθμίζετε το μέγεθος και την κατεύθυνση του ρεύματος σε αυτά τα πηνία.
Δεδομένου ότι ο ρότορας είναι μόνιμος μαγνήτης, δεν χρειάζεται ρεύμα, εξαλείφοντας την ανάγκη για βούρτσες και μεταγωγέα.Το ρεύμα προς τα σταθερά πηνία ελέγχεται από το εξωτερικό.
Πλεονεκτήματα των κινητήρων BLDC
Ένας κινητήρας BLDC με τρία πηνία στον στάτορα θα έχει έξι ηλεκτρικά καλώδια (δύο σε κάθε πηνίο) που εκτείνονται από αυτά τα πηνία.Στις περισσότερες υλοποιήσεις τρία από αυτά τα καλώδια θα συνδέονται εσωτερικά, με τα τρία υπόλοιπα καλώδια να εκτείνονται από το σώμα του κινητήρα (σε αντίθεση με τα δύο καλώδια που εκτείνονται από τον βουρτσισμένο κινητήρα που περιγράφηκε προηγουμένως).Η καλωδίωση στη θήκη του κινητήρα BLDC είναι πιο περίπλοκη από την απλή σύνδεση των θετικών και αρνητικών ακροδεκτών της κυψέλης ισχύος.θα εξετάσουμε πιο προσεκτικά πώς λειτουργούν αυτοί οι κινητήρες στη δεύτερη συνεδρία αυτής της σειράς.Παρακάτω, καταλήγουμε εξετάζοντας τα πλεονεκτήματα των κινητήρων BLDC.
Ένα μεγάλο πλεονέκτημα είναι η απόδοση, καθώς αυτοί οι κινητήρες μπορούν να ελέγχουν συνεχώς στη μέγιστη περιστροφική δύναμη (ροπή).Οι βουρτσισμένοι κινητήρες, αντίθετα, φτάνουν τη μέγιστη ροπή μόνο σε ορισμένα σημεία της περιστροφής.Για να παρέχει ένας βουρτσισμένος κινητήρας την ίδια ροπή με ένα μοντέλο χωρίς ψήκτρες, θα πρέπει να χρησιμοποιεί μεγαλύτερους μαγνήτες.Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ακόμη και οι μικροί κινητήρες BLDC μπορούν να προσφέρουν σημαντική ισχύ.
Το δεύτερο μεγάλο πλεονέκτημα —που σχετίζεται με το πρώτο— είναι η δυνατότητα ελέγχου.Οι κινητήρες BLDC μπορούν να ελεγχθούν, χρησιμοποιώντας μηχανισμούς ανάδρασης, για να παρέχουν με ακρίβεια την επιθυμητή ροπή και ταχύτητα περιστροφής.Ο έλεγχος ακριβείας με τη σειρά του μειώνει την κατανάλωση ενέργειας και την παραγωγή θερμότητας και—σε περιπτώσεις όπου οι κινητήρες τροφοδοτούνται από μπαταρία—επιμηκύνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Οι κινητήρες BLDC προσφέρουν επίσης υψηλή αντοχή και χαμηλή παραγωγή ηλεκτρικού θορύβου, χάρη στην έλλειψη βουρτσών.Με τους βουρτσισμένους κινητήρες, οι βούρτσες και ο μεταγωγέας φθείρονται ως αποτέλεσμα της συνεχούς κίνησης επαφής και επίσης παράγουν σπινθήρες όπου γίνεται η επαφή.Ο ηλεκτρικός θόρυβος, ειδικότερα, είναι το αποτέλεσμα των ισχυρών σπινθήρων που τείνουν να εμφανίζονται στις περιοχές όπου οι βούρτσες περνούν πάνω από τα κενά του μεταγωγέα.Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι κινητήρες BLDC συχνά θεωρούνται προτιμότεροι σε εφαρμογές όπου είναι σημαντικό να αποφεύγεται ο ηλεκτρικός θόρυβος.
Ιδανικές εφαρμογές για κινητήρες BLDC
Έχουμε δει ότι οι κινητήρες BLDC προσφέρουν υψηλή απόδοση και δυνατότητα ελέγχου και ότι έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής.Λοιπόν σε τι είναι καλό;Λόγω της αποτελεσματικότητας και της μακροζωίας τους, χρησιμοποιούνται ευρέως σε συσκευές που λειτουργούν συνεχώς.Έχουν χρησιμοποιηθεί από καιρό σε πλυντήρια ρούχων, κλιματιστικά και άλλα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης.και πιο πρόσφατα, εμφανίζονται σε ανεμιστήρες, όπου η υψηλή απόδοση τους έχει συμβάλει στη σημαντική μείωση της κατανάλωσης ρεύματος.
Χρησιμοποιούνται επίσης για την οδήγηση μηχανών κενού.Σε μια περίπτωση, μια αλλαγή στο πρόγραμμα ελέγχου είχε ως αποτέλεσμα ένα μεγάλο άλμα στην ταχύτητα περιστροφής - ένα παράδειγμα της υπερθετικής δυνατότητας ελέγχου που προσφέρουν αυτοί οι κινητήρες.
Οι κινητήρες BLDC χρησιμοποιούνται επίσης για την περιστροφή σκληρών δίσκων, όπου η ανθεκτικότητά τους διατηρεί τους δίσκους σε αξιόπιστη λειτουργία μακροπρόθεσμα, ενώ η απόδοση ισχύος τους συμβάλλει στη μείωση της ενέργειας σε μια περιοχή όπου αυτό γίνεται όλο και πιο σημαντικό.
Προς Ευρύτερη Χρήση στο Μέλλον
Μπορούμε να περιμένουμε να δούμε κινητήρες BLDC να χρησιμοποιούνται σε ευρύτερο φάσμα εφαρμογών στο μέλλον.Για παράδειγμα, πιθανότατα θα χρησιμοποιηθούν ευρέως για την οδήγηση ρομπότ εξυπηρέτησης—μικρών ρομπότ που παρέχουν υπηρεσίες σε τομείς διαφορετικούς από τον κατασκευαστικό τομέα.Θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι οι βηματικοί κινητήρες θα ήταν πιο κατάλληλοι σε αυτόν τον τύπο εφαρμογής, όπου οι παλμοί θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τον ακριβή έλεγχο της θέσης.Αλλά οι κινητήρες BLDC είναι πιο κατάλληλοι για τον έλεγχο της δύναμης.Και με έναν βηματικό κινητήρα, η διατήρηση της θέσης μιας δομής όπως ένας βραχίονας ρομπότ θα απαιτούσε ένα σχετικά μεγάλο και συνεχές ρεύμα.Με έναν κινητήρα BLDC, το μόνο που θα απαιτηθεί είναι ένα ρεύμα ανάλογο με την εξωτερική δύναμη - επιτρέποντας πιο αποδοτικό έλεγχο ισχύος.Οι κινητήρες BLDC ενδέχεται επίσης να αντικαθιστούν απλούς κινητήρες συνεχούς ρεύματος με βούρτσα σε καρότσια γκολφ και καρότσια κινητικότητας.Εκτός από την καλύτερη απόδοσή τους, οι κινητήρες BLDC μπορούν επίσης να προσφέρουν πιο ακριβή έλεγχο—ο οποίος με τη σειρά του μπορεί να παρατείνει περαιτέρω τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Οι κινητήρες BLDC είναι επίσης ιδανικοί για drones.Η ικανότητά τους να παρέχουν έλεγχο ακριβείας τα καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλα για drones με πολλαπλούς ρότορες, όπου η στάση του drone ελέγχεται ελέγχοντας με ακρίβεια την ταχύτητα περιστροφής κάθε ρότορα.
Σε αυτή τη συνεδρία, είδαμε πώς οι κινητήρες BLDC προσφέρουν εξαιρετική απόδοση, δυνατότητα ελέγχου και μακροζωία.Αλλά ο προσεκτικός και σωστός έλεγχος είναι απαραίτητος για την πλήρη αξιοποίηση των δυνατοτήτων αυτών των κινητήρων.Στην επόμενη συνεδρία μας, θα δούμε πώς λειτουργούν αυτοί οι κινητήρες.
Ώρα ανάρτησης: 21 Αυγούστου 2023