Шаговый или бесколлекторный двигатель – какой лучше выбрать

Шаговый и бесколлекторный двигатели во многом похожи друг на друга. Рассмотрим их основные особенности, различия и попробуем определить, какой двигатель лучше.

В предыдущем материале – «Двигатели бывают разные», мы предельно кратко рассмотрели основные виды существующих низковольтных синхронных двигателей постоянного тока и сказали несколько слов о принципах их работы. При этом, мы намерено не углублялись в детальное рассмотрение особенностей устройства и принципов работы этих двигателей и, тем более, в сравнение различных типов двигателей с точки зрения их рабочих характеристик и особенностей эксплуатации. Это большая, отдельная и неоднозначная тема для разговора и часть этого вопроса мы попробуем рассмотреть далее.

Вопрос выбора того или иного типа двигателя для решения своей задачи становится причиной непроходящей головной боли для любого разработчика, столкнувшегося с приводными системами. Что выбрать? Дешевый и простой вариант? Мощный и гибкий, но сложный в управлении? Однозначного ответа на этот вопрос нет и, безусловно, не может быть – выбор конкретного типа двигателя и принципа организации системы управления движением теснейшим образом завязан на конкретную решаемую задачу – характер потребного движения, требования к управлению приводом и нагрузкой, допустимость прокладки кабельных соединений и пр. Список вопросов обширен.

Не претендуя ни на полноту, ни на всесторонность сравнения, мы сейчас попробуем разобраться в главном вопросе, терзающем разработчиков устройств разнообразных типов и назначений – так что же лучше – шаговый или бесколлекторный двигатель?

Как мы уже говорили ранее, шаговый и бесколлекторный двигатели во многом похожи друг на друга. Обе конструкции имеют статор, сформированный электрическими обмотками, генерирующими магнитное поле, и ротор, состоящий из постоянных магнитов, катушек с переменным магнитным сопротивлением или смеси первого и второго. В обоих случаях, для работы двигателя, необходимо решать проблему последовательного переключения питания обмоток статора для организации вращения ротора. В обоих случаях эта проблема решается схемотехническими и логическими ухищрениями, а не механическим устройством (щеточно-коллекторным блоком), как в коллекторных двигателях. Однако, на этом сходства двух типов двигателей заканчиваются и начинаются существенные различия.

Итак, давайте разбираться:

Шаговые двигатели

Начнем с того, какие бывают шаговые двигатели. Уже упоминалось, что по принципу организации ротора шаговые двигатели подразделяются на двигатели с ротором на постоянных магнитах (самый похожий на бесколлекторный двигатель тип), двигатели с ротором на катушках с переменным магнитным сопротивлением и гибридные двигатели – т.е. с ротором, объединяющим первый и второй тип.

Гибридные шаговые двигатели являются наиболее используемым типом этого вида приводов – считается, что гибридная конструкция ротора позволяет объединить наилучшие черты, как двигателей м переменным магнитным сопротивлением, так и двигателей с постоянными магнитами. В частности, гибридные шаговые двигатели позволяют развивать большие скорости работы и крутящие моменты (в сравнении с шаговыми двигателями других типов) и обеспечивать меньший размер единичного шага.

Принцип работы шагового двигателя

Принцип работы шагового двигателя предельно прост. Ротор шагового двигателя конструктивно устроен таким образом, что в нем присутствуют ярко выраженные зубцы магнитного поля. В сочетании с конструкцией статора, состоящего из отдельных пар электромагнитных катушек, как правило намотанных на профилированные сердечники, это, при переключении питания между парами обмоток, обеспечивает четкое перемещение ротора на строго определенный угловой шаг в направление переключения обмоток статора. Одно переключение – один четкий угловой шаг. Все просто.

Таким образом для управления шаговым двигателем нам, в норме, требуются только две командные цепи – «шаг» — цепь по которой передается последовательность импульсов включения обмоток и «направление» — определяющая в каком направлении (по часовой стрелке или против) переключаются пары обмоток и, соответственно, вращается ротор.

Количество шагов на оборот ротора зависит от конструкции двигателя. По сути, чем больше полюсов обмотки статора и магнитных зубцов ротора, тем больше шагов может сделать двигатель за полный оборот и, соответственно, тем меньше шаг. Однако, на практике, существуют фундаментальные ограничения, не позволяющие уменьшать шаг до бесконечности. На данный момент на рынке присутствуют, преимущественно, шаговые двигатели с единичным шагом в пределах от 1.8° до 7.5° — именно в этом диапазоне удается получать наиболее стабильные по качеству и повторяемости технических характеристик изделия.

Преимущества шаговых двигателей

Уже из этого небольшого обзора становятся понятны некоторые преимущества шаговых двигателей – в первую очередь это предсказуемость поведения и простота управления. Да, для шагового двигателя требуется модуль управления, традиционно называемый –драйвер, однако для управления самим драйвером достаточно всего двух командных сигналов – «шаг» и «направление». Кроме того, для определения текущего положения нагрузки, подключенной к ротору, требуется только элементарный счетчик шагов – при постоянстве длины шага (заданном конструкционно), угол поворота определяется тривиальной математической процедурой.

Более того, в общем случае, шаговые двигатели существенно дешевле других типов приводов.

Казалось бы, этот набор преимуществ определяет доминирование шаговых двигателей во всех отраслях промышленности. Тем не менее это не так. Более того, бесколлекторные и моментные двигатели успешно вытесняют шаговые двигатели даже в тех областях производства, где, традиционно, стоимость является одной из ключевых характеристик. Почему?

Недостатки шаговых двигателей

Начнем с того, что в бочке меда простоты и дешевизны шагового двигателя есть существенная ложка дегтя. И связана она, как ни странно, также с ключевой конструктивной особенностью шагового двигателя.

Несложно догадаться, что ярко выраженный зубцовый эффект шагового двигателя – основа его функционирования, приводит к абсолютной невозможности обеспечить плавное вращение ротора шагового двигателя и, соответственно, его нагрузки. Все вращение шагового двигателя – это последовательность единичных шагов, совершаемая с некоторой скоростью. Каждый шаг, это так или иначе, четко различимый рывок ротора, связанный с переключением магнитного зубца ротора из одного квазистабильного состояния, созданного обмотками статора, в другое.

Да, существует режимы микрошагов и разнообразные ухищрения, позволяющие сгладить ход ротора шагового двигателя. Однако, во-первых, исправить ситуацию полностью невозможно (из-за самих конструктивных особенностей), а во-вторых, подобные ухищрения требуют применения уже гораздо более сложной и дорогой электроники управления…

Кроме того, принцип работы шагового двигателя приводит к ряду не вполне очевидных, но, в некоторых случаях, крайне существенных эффектов.

Первое и самое явное ограничение – шаговый двигатель сложно заставить повернуться на угол, меньше единичного шага. Существуют драйверы и конструкции двигателей, позволяющие, при необходимости, выполнять поворот на пол шага, однако ротор, замороженный в таком состоянии нестабилен и испытывает непрерывную флуктуацию вокруг своего положения. Для шагового двигателя, положение в пол шага является даже не квазистабильным (как при повороте на шаг), а просто неустойчивым.

Из-за, описанных выше, особенностей работы шаговый двигатель производит ощутимую вибрацию, что в ряде случаев может приводить к попаданию в резонансные частоты монтажной конструкции. Также вибрация может передаваться на элементы нагрузки, что пагубно сказывается на точности и конструктивной жесткости, особенно в случае приводов линейного перемещения. Эта особенность существенно ограничивает, например, предельные размеры рабочей зоны промышленного оборудования (обрабатывающих комплексов и других станков, требующих позиционирования).

Более того, из-за специфики переключений и зубцового эффекта, шаговый двигатель генерирует при работе значительные электромагнитные помехи, что делает его применение в ряде областей, крайне нежелательным. Простой пример – шаговый двигатель в регулируемой опоре медицинской кровати… Пищат, приборы, бегут врачи, аврал и паника… А ничего страшного – просто пациент устал лежать и решил приподнять спинку кровати. Двигатель в опоре создал помеху на монитор кардиоритма… Ну и понеслось…

Думаете – утрирую? Ну, возможно… немного.

Есть у шаговых двигателей и другие недостатки, связанные с техническими характеристиками. В общем случае, соотношение габарит/производительность или вес/производительность, при сравнении разных типов двигателей, оказываются не в пользу шаговых.

Итак, шаговые двигатели не идеальны. А для ряда отраслей и вовсе не желательны. Есть ли альтернатива?

Бесколлекторные двигатели

Как несложно догадаться из преамбулы этой статьи, наиболее употребимой альтернативой шаговым двигателям являются различные модификации бесколлекторных двигателей на постоянных магнитах.

В чем же разница между принципами работы и конструкцией шагового двигателя, и конструкцией и принципом работы бесколлекторного двигателя?

Принцип работы бесколлекторного двигателя

На первый взгляд, и мы это уже упоминали, все очень похоже. Бесколлекторный двигатель состоит из статора, сформированного электромагнитной обмоткой сложной конструкции – полой (наиболее прогрессивное решение) или намотанной на сердечник (сердечники) и ротора, собранного из блока мощных постоянных магнитов. Для управления приводом так же требуется электронное устройство, в случае бесколлекторного двигателя, обычно называемое – контроллер. Контроллер переключает фазы обмотки статора, формируя непрерывную гладкую волну электромагнитного поля, магнитные полюса ротора следуют за фронтом волны в сторону ее движения. Все просто, но, как говориться – есть нюанс.

В бесколлекторном двигателе, особенно с полой обмоткой, отсутствует конструктивный зубцовый эффект. Более того, зубцовый эффект для бесколлекторного двигателя, считается паразитным явлением и всячески, конструктивно, минимизируется. Но в этом случае возникает вопрос – каким образом контроллер должен переключать фазы обмотки так, чтобы момент переключения происходил в оптимальный момент, при переходе полюсов магнитов ротора из области действия одной фазы обмотки в другую? Как предоставить контроллеру информацию о текущем положении полюсов магнита ротора и фронта электромагнитной волны в обмотке?

Для этого, в конструкцию бесколлекторного двигателя включена печатная плата, с размещенными на ней датчиками Холла. Как правило, датчиков три и размещены они, соответственно, под углом в 120° друг к другу.

Сигнал, поступающий на контроллер с этих трех датчиков, в сочетании с предварительно указанным контроллеру количеством пар полюсов магнитов ротора двигателя, позволяет однозначно определить положение ротора двигателя в любой момент времени и предельно своевременно обеспечивать переключение фаз обмотки. Таким образом обеспечивается плавное непрерывное вращение двигателя на любых скоростях (от минимальных до максимальных рабочих).

Также, естественно при условии качественного изготовления двигателя, балансировка обмотки и надежные опорные подшипники ротора исключают возникновение вибрации двигателя и ее распространение по нагрузке и элементам конструкции. Отсутствие квазистабильных состояний и плавное движение фронта электромагнитной волны по обмотке обеспечивают предельно низкий уровень, производимой двигателем, электромагнитной помехи. Как правило весь «объем» помехи эффективно гасится конструктивными элементами двигателя и не выходит за пределы его корпуса – такие двигатели могут безопасно использоваться в непосредственной близости от чувствительного оборудования – медицинского, лабораторного, промышленного. Аналогичное утверждение относится и к контроллерам бесколлекторных двигателей – как правило, эти устройства соответствуют самым строгим требованиям современных стандартов по электробезопасности, в том числе и по электромагнитной совместимости.

Особенности бесколлекторных двигателей

Из уже описанного видно – управлять бесколлекторным двигателем существенно сложнее чем шаговым. Такие двигатели требуют значительно более совершенной и, следовательно, дорогой электронной оснастки. Однако, как это часто бывает – эта палка тоже о двух концах. Контроллеры бесколлекторных двигателей – это гибкие многофункциональные устройства, оснащенные поддержкой разнообразных датчиков (сверх датчиков Холла), оснащенные ассортиментом цифровых и аналоговых входов/выходов, позволяющих организовать различные схемы управления, обеспечить простой, удобный и интуитивно понятный интерфейс взаимодействия, интегрировать привод в более сложную глобальную систему контроля.

Контроллеры бесколлекторных двигателей, в зависимости от своего назначения и сложности, реализуют два или три вложенных контура управления. Контур тока – обеспечивает точное управление и контроль уровней тока в обмотках двигателя для обеспечения оптимальной величины крутящего момента и предельного снижения токовых потерь в обмотке. Контур скорости – с помощью сигналов датчиков Холла и энкодера (если он присутствует в системе) обеспечивает тонкое управление напряжением на фазах обмотки для поддержания плавности вращения, сглаживания флуктуаций скорости, возникающих из-за эффектов нагрузки, и реализацию различных профилей разгона, торможения и поддержания скорости на траектории движения. Контур положения – при наличии одного или более энкодеров обеспечивает расчёт и исполнение траектории движения, контроль выхода нагрузки в заданное положение, отслеживание положения нагрузки вне фаз движения (перемещение нагрузки под действием внешней силы).

Итак, бесколлекторные двигатели сложнее и дороже шаговых сами по себе и, кроме того, требуют использования более сложной электроники управления. В чем же преимущества их использования?

Преимущества бесколлекторного двигателя

О чем-то мы уже сказали – плавность вращения, возможность работы на малых скоростях, отсутствие ограничений по величине угла поворота, удобство контроля и интеграции в сети управления верхнего уровня. Кроме того, бесколлекторные двигатели, как правило, компактнее и легче (при сравнимой или лучшей производительности), они обладают значительно лучшей динамикой движения и соотношением момент/скорость. При сравнимой производительности потребляют меньшие рабочие токи, имеют существенно лучший КПД и меньшие уровни токовых потерь, в большей степени соответствуют требованиям электромагнитной совместимости.

Какой двигатель выбрать — бесколлекторный или шаговый

Главный вопрос – что же лучше – бесколлекторный или шаговый двигатель? Даже основываясь на всем сказанном – однозначного ответа нет. Ключевым встречным вопросом будет – а что Вы хотели бы получить от двигателя?

Вам нужно предельно простом способом открывать и закрывать створку ворот, размер и вес двигателя особого значения не имеет – в таком раскладе дешевый шаговый двигатель вполне осмысленное решение. Хотя даже тут стоит заметить – крупный производитель лифтового оборудования, компания «Отис», некоторое время назад полностью отказалась от использования шаговых двигателей в приводах открывания дверей и заменила их на бесколлекторные. Комментарий менеджмента был примерно следующий – «повышенная стоимость новых приводов полностью компенсируется кратным снижением расходов на текущее обслуживание, ремонт и замену» (не является цитатой).

Открываем вентиляционный люк или люк дымоудалительной системы. Ну, тут просто – если нашелся подходящий по габаритам шаговый двигатель – решение нормальное. Главное следить за исправностью, чтобы в час «Ч» все работало.

Двигаем части медицинской кровати или операционного/процедурного стола – при всем уважении, от шагового двигателя лучше отказаться. Во избежание.

Проектируем промышленную систему с несколькими подвижными осями и точным позиционированием. На вкус и цвет… Но сложность системы управления для любого из типов двигателей будет существенной, а гибкость самих бесколлекторных приводов и их контроллеров обеспечит значительный прирост производительности и эргономичности.

В общем и целом, шаговые двигатели постепенно проигрывают соперничество со старшими бесколлекторными собратьями. Нет, мы не ждем, что шаговый двигатель сойдет со сцены в ближайшее время и канет в пучину истории – ниша для этого неплохого, хоть и специфического типа приводов, найдется. Однако, потребность рынка в большей гибкости, эффективности и адаптивности решений однозначно склоняет чашу весов в сторону более современных бесколлекторных двигателей. А последние тенденции развития рынка выводят на первый план их отдельный подтип – моментные двигатели, о специфике и отличиях которых мы поговорим в каком-нибудь отдельном материале.

Бесщеточный двигатель принцип работы

Работа бесщеточного электродвигателя основывается на электрических приводах, создающих магнитное вращающееся поле. В настоящее время существует несколько типов устройств, имеющих различные характеристики.

• Использование
• Описание и принцип работы
• Принцип работы БДКП
• Как работает коллекторная машина
• Как осуществляется управление
• Трехфазные бесколлекторные электродвигатели
• Преимущества использования

С развитием технологий и использованием новых материалов, отличающихся высокой коэрцитивной силой и достаточным уровнем магнитного насыщения, стало возможным получение сильного магнитного поля и, как следствие, вентильных конструкций нового вида, в которых отсутствует обмотка на роторных элементах или стартере.

Обширное распространение переключателей полупроводникового типа с высокой мощностью и приемлемой стоимостью ускорило создание подобных конструкций, облегчило исполнение и избавило от множества сложностей с коммутацией.

Использование

Бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами встречается в основном в устройствах с мощностью в пределах 5 кВт.

В более мощной аппаратуре их применение нерационально.

Магниты в двигателях данного типа отличаются особой чувствительностью к высоким температурам и сильным полям.

Двигатели активно используются в электрических мотоциклах, автомобильных приводах благодаря отсутствию трения в коллекторе. 

Описание и принцип работы

Бесщеточный (бесколлекторный) двигатель постоянного тока очень похож на двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, но не имеет щеток для замены или износа из-за искрения коммутатора.

Поэтому в роторе выделяется мало тепла, что увеличивает срок службы двигателей.

Конструкция бесщеточного двигателя устраняет необходимость в щетках благодаря более сложной схеме привода, в которой магнитное поле ротора является постоянным магнитом, который всегда синхронизирован с полем статора, что позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент.

Управление бесщеточными двигателями постоянного тока очень отличается от обычного щеточного двигателя постоянного тока тем, что этот тип двигателя включает в себя некоторые средства для определения углового положения роторов (или магнитных полюсов), необходимые для получения сигналов обратной связи, необходимых для управления переключением полупроводников. Появление процессорной техники и силовых транзисторов позволило конструкторам отказаться от узла механической коммутации и изменить роль ротора и статора в электромоторе постоянного тока.

Принцип работы БДКП

В бесколлекторном электродвигателе роль механического коммутатора выполняет электронный преобразователь. Это позволяет осуществить «вывернутая наизнанку» схема БДКП — его обмотки расположены на статоре, что исключает необходимость в коллекторе.

Иными словами, основное принципиальное различие между классическим двигателем и БДКП в том, что вместо стационарных магнитов и вращающихся катушек последний состоит из неподвижных обмоток и вращающихся магнитов. Несмотря на то что сама коммутация в нём происходит похожим образом, её физическая реализация в бесщёточных приводах гораздо более сложна.

Как работает коллекторная машина

Чтобы произвести запуск коллекторного двигателя, потребуется подать напряжение на обмотку возбуждения, которая расположена непосредственно на якоре. При этом образуется постоянное магнитное поле, которое взаимодействует с магнитами на статоре, в результате чего проворачиваются якорь и коллектор, закрепленный на нём. При этом подается питание на следующую обмотку, происходит повтор цикла.

Как осуществляется управление

Электронный блок управления позволяет провести коммутацию обмоток привода. Для определения момента переключения при помощи драйвера отслеживается положение ротора по датчику Холла, установленном на приводе.

В том случае, если нет таких устройств, необходимо считывать обратное напряжение.

Оно генерируется в катушках статора, не подключенных на данный момент времени.

Контроллер — это аппаратно-программный комплекс, он позволяет отслеживать все изменения и максимально точно задавать порядок коммутации.

Трехфазные бесколлекторные электродвигатели

Очень много бесколлекторных электродвигателей для авиамоделей выполняется под питание постоянным током.

Но существуют и трехфазные экземпляры, в которых устанавливаются преобразователи.

Они позволяют из постоянного напряжения сделать трехфазные импульсы.

Работа происходит следующим образом:

1. На катушку «А» поступают импульсы с положительным значением. На катушку «В» — с отрицательным значением. В результате этого якорь начнет двигаться. Датчики фиксируют смещение и подаётся сигнал на контроллер для осуществления следующей коммутации.
2. Происходит отключение катушки «А», при этом импульс положительного значения поступает на обмотку «С». Коммутация обмотки «В» не претерпевает изменений.
3. На катушку «С» попадается положительный импульс, а отрицательный поступает на «А».
4. Затем вступает в работу пара «А» и «В». На них и подаются положительные отрицательные значения импульсов соответственно.
5. Затем положительный импульс опять поступает на катушку «В», а отрицательный на «С».
6. На последнем этапе происходит включение катушки «А», на которую поступает положительный импульс, и отрицательный идет к С.

И после этого происходит повтор всего цикла.

Преимущества использования

Изготовить своими руками бесколлекторный электродвигатель сложно, а реализовать микроконтроллерное управление практически невозможно. Поэтому лучше всего использовать готовые промышленные образцы.

Но обязательно учитывайте достоинства, которые получает привод при использовании бесколлекторных электродвигателей:

1. Существенно больший ресурс, нежели у коллекторных машин.
2. Высокий уровень КПД.
3. Мощность выше, нежели у коллекторных моторов.
4. Скорость вращения набирается намного быстрее.
5. Во время работы не образуются искры, поэтому их можно использовать в условиях с высокой пожарной опасностью.
6. Очень простая эксплуатация привода.
7. При работе не нужно использовать дополнительные компоненты для охлаждения.

Понравилась статья? Расскажите друзьям:

Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 5 чел.
Средний рейтинг: 2.6 из 5.

Введение в бесщеточные двигатели постоянного тока

Бесщеточные двигатели постоянного тока широко используются в промышленности по всему миру. На самом базовом уровне есть щеточные и бесщеточные двигатели, а также двигатели постоянного и переменного тока. Бесщеточные двигатели постоянного тока, как вы понимаете, не содержат щеток и используют постоянный ток.

Эти двигатели обладают многими специфическими преимуществами по сравнению с другими типами электродвигателей, но, помимо основ, что такое бесщеточный двигатель постоянного тока? Как это работает и для чего используется?

Часто бывает полезно сначала объяснить, как работает коллекторный двигатель постоянного тока, поскольку они использовались некоторое время до того, как стали доступны бесщеточные двигатели постоянного тока. Коллекторный двигатель постоянного тока имеет постоянные магниты снаружи своей конструкции с вращающимся якорем внутри. Постоянные магниты, неподвижные снаружи, называются статором. Якорь, который вращается и содержит электромагнит, называется ротором.

В щеточном двигателе постоянного тока ротор вращается на 180 градусов при подаче электрического тока на якорь. Чтобы двигаться дальше, полюса электромагнита должны поменяться местами. Щетки, когда ротор вращается, вступают в контакт со статором, переворачивая магнитное поле и позволяя ротору вращаться на полные 360 градусов.

Бесщеточный двигатель постоянного тока, по сути, вывернут наизнанку, что устраняет необходимость в щетках для переворачивания электромагнитного поля. В бесщеточных двигателях постоянного тока постоянные магниты находятся на роторе, а электромагниты — на статоре. Затем компьютер заряжает электромагниты в статоре, чтобы ротор повернулся на полные 360 градусов.

Связанные статьи блога

Для чего используются бесщеточные двигатели постоянного тока?

Бесщеточные двигатели постоянного тока обычно имеют КПД 85–90 %, тогда как щеточные двигатели обычно имеют КПД только 75–80 %. Щетки со временем изнашиваются, иногда вызывая опасное искрообразование, что ограничивает срок службы щеточного двигателя. Бесщеточные двигатели постоянного тока тихие, легкие и имеют гораздо более длительный срок службы. Поскольку компьютеры контролируют электрический ток, бесщеточные двигатели постоянного тока могут обеспечить гораздо более точное управление движением.

Из-за всех этих преимуществ бесщеточные двигатели постоянного тока часто используются в современных устройствах, где требуется низкий уровень шума и малое тепловыделение, особенно в устройствах, работающих в непрерывном режиме. Это могут быть стиральные машины, кондиционеры и другая бытовая электроника. Они могут быть даже основным источником питания для сервисных роботов, что потребует очень тщательного контроля силы из соображений безопасности.

Бесщеточные двигатели постоянного тока обладают рядом явных преимуществ по сравнению с другими типами электродвигателей, поэтому они используются во многих предметах домашнего обихода и могут стать основным фактором роста сервисных роботов в промышленном секторе и за его пределами.

Если вы считаете, что эта технология может принести пользу вашему приложению, просмотрите список поставщиков и интеграторов бесколлекторных двигателей постоянного тока.

Вам понравился этот контент? Посмотрите это лично на Automate.

Бесщеточный двигатель Теория и применение

Удаление щеток имеет большое значение во многих отношениях

Проще всего начать обсуждение бесщеточных двигателей с того факта, что у них нет щеток.

В то время как у традиционного двигателя постоянного тока были щетки, которые передавали мощность от статора к ротору и обратно, таким образом создавая вращающее усилие, бесщеточный двигатель не имеет щеток.

Это означает, что в самом двигателе нет прямой проводимости, но также означает, что нет трения.

Так как же вращается бесколлекторный двигатель?

Бесщеточный двигатель имеет электромагниты на статоре и постоянный магнит на роторе.

В зависимости от типа используемого бесщеточного двигателя он может иметь ряд различных характеристик, включая различное количество полюсов, однако ключевой принцип заключается в включении и выключении различных электромагнитов, установленных на статоре, для перемещения ротора с постоянными магнитами. .

Если представить процесс с очень простой установкой с двумя наборами полюсов (расположенными попарно), то легко увидеть, как это работает, когда центральный магнит перемещается на 90 градусов по двум парам полюсов.

1. Катушка 1 положительный — катушка 3 отрицательная

2. Катушка 2 положительный Поскольку электромагниты включаются и выключаются в этой последовательности, они, следовательно, будут перемещать ротор с постоянными магнитами.

Почему двигатель не сильно дергается?

Основываясь на приведенной выше последовательности, кажется логичным, что производительность двигателей будет довольно скачкообразной, точно так же, как шаговый двигатель часто совершает фиксированные шаги.

Причина, по которой этого можно избежать, во многом зависит от типа используемого контроллера мотора и его настройки.

Чтобы понять принцип работы бесщеточного двигателя, мы использовали очень упрощенный пример, но важно помнить, что катушки не просто включаются и выключаются (как при включении/отключении полной мощности), а скорее можно постепенно выключать и включать, чтобы сгладить вращение двигателя.

На низких скоростях с малым числом полюсов в двигателе вполне возможно, что может наблюдаться некоторая степень скачкообразности (поэтому во многих низкоскоростных устройствах используются шаговые двигатели, а не бесщеточные), но на более высоких скоростях и с правильным типа используемого контроллера это будет сглажено комбинацией массы на валу (работающей так же, как работает маховик), контроллера и скорости.

Краткий обзор основных принципов

Постоянный магнит находится на роторе, а электромагниты — на статоре.

При последовательном включении электромагнитов можно перемещать постоянный магнит и тем самым вращать двигатель.

Различные двигатели имеют разное количество полюсов, и чем больше полюсов, тем более плавным будет движение двигателя.

Ключевые преимущества бесщеточного двигателя перед щеточным

Теперь, когда мы понимаем основные принципы работы бесщеточного двигателя и то, как они работают, стоит подумать, почему мы можем предпочесть бесщеточные двигатели щеточным двигателям постоянного тока.

Удаление щеток имеет несколько основных преимуществ:

1. Щетки со временем изнашиваются из-за трения. Типичный срок службы щеточных двигателей составляет около 2000 часов, тогда как бесщеточный двигатель обычно работает 10000 часов (обратите внимание, что эти цифры следует использовать только в качестве практических рекомендаций, поскольку существует огромное количество факторов, влияющих на срок службы двигателя).

2. Щетки вызывают искры и электрические помехи в двигателе.

3. Трение, создаваемое щетками, ограничивает максимальную скорость двигателя и может привести к перегреву.

4. Поскольку электромагниты находятся на статоре, их легче охлаждать с помощью теплоотвода или других методов охлаждения.

5. Электромагниты, установленные на статоре, также облегчают повышение точности управления двигателем, поскольку их можно установить очень точно и точно.

Вы не можете включить бесщеточный двигатель без контроллера бесщеточного двигателя

Как вы, вероятно, уже поняли, невозможно включить бесщеточный двигатель без контроллера бесщеточного двигателя.

Если подать питание на двигатель так же, как и на щеточный двигатель постоянного тока, вы просто заблокируете одну катушку, и вал будет очень трудно вращаться.

В зависимости от типа бесщеточного двигателя, который у вас есть или который вы хотите использовать, для его управления можно использовать широкий спектр контроллеров бесщеточного двигателя.

В простейшем случае эти контроллеры могут просто управлять скоростью двигателя без каких-либо оптимизаций или дополнительных опций управления.

Однако контроллеры, такие как контроллеры бесщеточных двигателей серии ZDBL, оптимизированы в соответствии со спецификациями каждого двигателя, а также предлагают расширенные возможности программирования, такие как предустановленные кривые ускорения и программы запуска.

Множество технических преимуществ

Бесщеточные двигатели, несомненно, технически превосходят щеточные двигатели D.

Удаление щеток из конструкции снижает трение, увеличивает срок службы, увеличивает максимальную скорость, увеличивает удельную мощность и обеспечивает гораздо более точное управление.

Именно по этим причинам многие компании и инженеры в настоящее время переходят с щеточного постоянного тока на бесщеточный.

Один центральный недостаток, на который часто обращают внимание, просто связан с более высокой стоимостью, чем у двигателей постоянного тока.

В зависимости от вашего применения стоимость может быть проблемой, но всегда стоит подумать о сроке службы продукта, который вы создаете.

Если бесщеточный двигатель и контроллер стоят в 3 раза дороже, чем двигатель постоянного тока, но служат в 5 раз дольше (и, следовательно, требуют меньше человеко-часов, затрат и хлопот при замене деталей), то вполне вероятно, что они обеспечат соотношение цены и качества по сравнению с его жизнь.

Если у вас есть какие-либо вопросы об экономической эффективности бесщеточных двигателей или вам нужна помощь в поиске двигателя, подходящего для вашего применения, свяжитесь с нами по телефону, в онлайн-чате или по электронной почте.

Мы дадим беспристрастный совет по выбору лучшей системы для вашего применения, даже если это означает, что вы не используете контроллеры двигателей Zikodrive.

Типичные области применения бесщеточных двигателей и контроллеров

Точно так же, как коллекторные двигатели постоянного тока используются в огромном диапазоне приложений, бесщеточные двигатели тоже. Плотность мощности и эффективность бесщеточных двигателей также делают их все более популярными в ряде других приложений, особенно в связи с тем, что экологические нормы и энергоэффективность становятся все более важными в ряде отраслей.

Я понимаю всю основную теорию, но хочу узнать больше об использовании бесщеточных двигателей на практике

Если вы чувствуете, что понимаете основную теорию бесщеточных двигателей, но хотите узнать больше о некоторых возникающих вопросах с их использованием на практике, вы можете посетить нашу страницу ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫХ ВОПРОСОВ ПО МОТОРНОМУ УПРАВЛЕНИЮ.

Мы постоянно расширяем этот раздел, чтобы предлагать информативные и полезные статьи по целому ряду вопросов, связанных с управлением двигателем, и есть специальный раздел, посвященный бесщеточным двигателям.