Содержание

Электронно-коммутируемый бесщеточный двигатель постоянного тока Maxon motor EC-max 30 272765

 

Двигатель серии ЕС-max Maxon motor — это бесщеточный электродвигатель
постоянного тока с магнитными сегментами в роторе и с интегрированной
электроникой коммутации.

Эти двигатели
характеризуются главным образом их выгодной механической характеристикой,
высокой мощностью, чрезвычайно широким диапазоном числа оборотов и конечно, их
непревзойденным сроком службы.

«Сердце» двигателя – это безжелезная
обмотка. Корпус двигателя — простая труба, сделанная из нержавеющей стали – не
магнитный, твердый, нержавеющий. Металлический корпус и фланец двигателя имеют
хорошую теплоотдачу и механическую стабильность. Шпиндель без канавки гарантирует
устойчивость к крутильным колебаниям и плавный ход. Кабели могут быть
направлены и радиально и в осевом направлении от двигателя. Широкий диапазон
вариантов штепселя. Модульная конструкция двигателя с редукторами, датчиками и
тормозами.

Версия двигателя:

— бесщеточный.

 





































Характеристика двигателя

(значения при номинальном напряжении)

Номинальная мощность, Вт

60

Номинальное
напряжение, В

48,0

Число оборотов без
нагрузки, об/мин

9340

Сила тока без
нагрузки, мА

100

Номинальное число
оборотов, об/мин

8150

Номинальный крутящий
момент

(макс. продолжительный
крутящий момент), мНм

62,8

Номинальная сила тока

(макс. продолжительная
сила тока), А

1,38

Момент при
заторможенном двигателе, мНм

519

Начальная сила тока, А

10,7

Макс. КПД, %

82

Предельное
сопротивление между фазами, Ω

4,49

Предельная
индуктивность между фазами, мН

0,573

Моментный коэффициент,
мНм/А

48,6

Коэффициент числа
оборотов, (об/мин)/В

197

Градиент числа
оборотов/крутящего момента, (об/мин)/мНм

18,2

Механическая
постоянная времени, мс

4,17

Момент инерции ротора,
гсм2

21,9

Термические данные

Термическое
сопротивление корпус-атмосфера, К/В

7,4

Термическое
сопротивление обмотка-корпус, К/В

0,5

Тепловая постоянная
времени обмотки, с

2,76

Тепловая постоянная
времени двигателя, с

1000

Окружающая
температура, °С

-40…+100

Макс. допускаемая температура
обмотки, °С

+155

Механические данные (шарикоподшипники с
предварительным натягом)

Макс. допускаемое
число оборотов, об/мин

15000

Осевой зазор при
осевой нагрузке, мм

<6,0Н=0

>6,0Н=max0,14

Радиальный зазор, мм

с натягом

Макс. осевая нагрузка
(динамическая), Н

5,5

Макс. сила для
прессовой посадки (статическая), Н

98

Макс. радиальная
нагрузка (2мм от фланца), Н

25

Другие данные

Число полюсных пар

1

Число фаз

3

Масса двигателя, г

305

 

Бесщеточные двигатели постоянного тока в Комсомольске-на-Амуре: 500-товаров: бесплатная доставка, скидка-74% [перейти]

Партнерская программаПомощь

Комсомольск-на-Амуре

Каталог

Каталог Товаров

Одежда и обувь

Одежда и обувь

Стройматериалы

Стройматериалы

Текстиль и кожа

Текстиль и кожа

Здоровье и красота

Здоровье и красота

Детские товары

Детские товары

Продукты и напитки

Продукты и напитки

Электротехника

Электротехника

Дом и сад

Дом и сад

Сельское хозяйство

Сельское хозяйство

Промышленность

Промышленность

Мебель и интерьер

Мебель и интерьер

Все категории

ВходИзбранное

Бесщеточные двигатели постоянного тока

Электрический бесщеточный двигатель постоянного тока 12 В с высоким крутящим моментом, редукторный электродвигатель с коробкой передач S30K, двигатель

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 200

Электродвигатель постоянного тока (бесщеточный) 10. 8В для аккумуляторной дрели-шуруповерта BOSCH GSR 12 V -EC (Type 3601JD4081)

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Электрический бесщеточный двигатель постоянного тока 5 в 6000 об/мин 24 мм 2418 BLDC микро-двигатель с длительным сроком службы и низким уровнем шума

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 186

Эл. двигатель постоянного тока (бесщеточный) 10,8В BOSCH Тип: мотор, Производитель: BOSCH,

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

14 705

Импортные KNF с бесщеточным двигателем постоянного тока с двумя головками мембранный насос вакуумный насос PU1488-N838.0-3.03 24V 4.0A

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 200

Электродвигатель постоянного тока (бесщеточный) 10.8В для аккумуляторной дрели-шуруповерта BOSCH GSR 10,8V-EC HX (Type 3601JD4150)

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 200

Электродвигатель постоянного тока (бесщеточный) 10. 8В для аккумуляторной дрели-шуруповерта BOSCH GSR 12V-20 HX (Type 3601JD4101)

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 200

Электродвигатель постоянного тока (бесщеточный) 10.8В для аккумуляторной дрели-шуруповерта BOSCH GSR 10,8V-EC HX (Type 3601JD4100)

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 200

Электродвигатель постоянного тока (бесщеточный) 10.8В для аккумуляторной дрели-шуруповерта BOSCH GSR 10,8 V-EC (Type 3601JD40B0)

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 200

Электродвигатель постоянного тока (бесщеточный) 10.8В для аккумуляторной дрели-шуруповерта BOSCH GSR 12 V-EC (Type 3601JD40L1)

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

27 389

38040

Бесщеточный двигатель постоянного тока 500 Вт 220 В/5000 А SIEG SC2-014 об/мин, реактивный двигатель токарного станка

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 186

Эл. двигатель постоянного тока (бесщеточный) 10,8В для дрели-шуруповерта аккумуляторного BOSCH PS22 (Тип 3601JD4110)

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

34 943

Электрическая бесщеточная струйная доска для серфинга, кв, Водонепроницаемый морской подводный двигатель постоянного тока с пропеллером

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

5 444

6532

FLIPSKY H6368 140KV 1720 Вт бесщеточный двигатель постоянного тока для электрического скейтборда E-велосипедных частей —

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 200

Электродвигатель постоянного тока (бесщеточный) 10.8В для аккумуляторной дрели-шуруповерта BOSCH GSR 10,8V-EC (Type 3602D94900)

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

45 283

Мощные 3 кВт электродвигатели Набор для преобразования электрического автомобиля бесщеточный двигатель постоянного тока жидкий двигатель

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 200

Электродвигатель постоянного тока (бесщеточный) 10. 8В для аккумуляторной дрели-шуруповерта BOSCH GSR 10,8V-EC TE (Type 3601JD4000)

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

19 867

22577

Высокоскоростной бесщеточный дифференциальный двигатель постоянного тока, DC48V60V72V, 3500 Вт, аксессуары для электромобиля

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

7 035

7994

Маленький магнитный бесщеточный двигатель постоянного тока, 48 В/60 в/72 в, 1500 Вт, 3200 об/мин, дифференциальный двигатель, электрический скутер

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

STM8-QC бесщёточный двигатель постоянного тока

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

13 155

18794

Доски для серфинга, моторная лодка, бесщеточный двигатель постоянного тока 65111 IP68, водонепроницаемый, 3000 Вт, КВ, бесщеточный прямой привод,

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

3660 Швейцарский бесщеточный двигатель постоянного тока для электромобиля двигатель кв с взрывобезопасным регулированием скорости для высокомощного

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

3660 Швейцарский бесщеточный двигатель постоянного тока для электромобиля двигатель кв с взрывобезопасным регулированием скорости для высокомощного

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

17 749

Бесщёточный двигатель постоянного тока Тип запчастей: электродвигатели, регуляторы скорости

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

3 390

3606

Бесщеточный внешний роторный двигатель постоянного тока C6374 кв, неиндуктивный/индуктивный двигатель

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

Бесщеточный микро-двигатель, электрический двигатель постоянного тока 12 В 24 В, металлические Шестеренчатые двигатели, редукция BLDC, скорость 12 до

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

11 186

Эл. двигатель постоянного тока (бесщеточный) 10,8В для дрели-шуруповерта аккумуляторного BOSCH GSR 10,8V-EC TE (Тип 3601JD4000)

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

3 390

3606

Бесщеточный внешний роторный двигатель постоянного тока C6374 кв, неиндуктивный/индуктивный двигатель

ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары

2 страница из 18

Почему бесщеточные электродвигатели набирают популярность?

Все больше самых различных моделей электроинструментов применяют на себе бесщеточные электродвигатели. Дело доходит даже до отбойных молотков


Прогресс не стоит на месте, то и дело внедряются новые разработки, благодаря которым техника становится лучше и совершеннее. Так, на смену классических электрических двигателей постепенно приходят бесщеточные (вентильные). Стоит подробнее рассказать о том, по какому принципу они работают, чем отличаются от обычных и в чем их превосходят.

Принцип работы бесщеточного двигателя


В бесщеточном двигателе щеточно-коллекторный узел заменен полупроводниковым коммутатором. Он работает за счет электрических приводов, которые создают магнитное вращающееся поле. Это конструкция нового типа, в которой обмотки на статоре или элементах ротора нет. Разработка такого двигателя – результат использования материалов с большой коэрцитивной силой и уровнем магнитного насыщения, позволяющим получить сильное магнитное поле.



Отсутствие обмотки ротора и механических коммутационных элементов – те технические решения, которые позволяют создавать надежные двигатели по доступной цене. Эти решения существенно упрощают сам процесс их изготовления.


Бесщеточный двигатель может работать как на переменном, так и на непрерывном токе. В случае с непрерывным током он похож на коллекторный двигатель, но у последнего более сложная конструкция, так как основа непременно содержит электронный коммутатор.

Характерные особенности и преимущества бесщеточных двигателей


Бесщеточный двигатель имеет функционал щеточного, но превосходит его по ряду параметров. Единственным его недостатком можно назвать то, что по стоимости он пока превосходит аналоги с классическим мотором, но этот момент в полной мере компенсируется большим перечнем достоинств устройства. Основные преимущества механизма:

  • эффективность;

  • при намагничивании нет изменений, как и при утечке тока;

  • энергонасыщенность;

  • скорость вращения и вращающий момент полностью соответствуют;

  • большой диапазон смены частоты вращения;

  • скорость не зависит от центробежной силы;

  • нет узлов, которые нужно часто обслуживать;

  • в конструкции применяются легкие и небольшие магниты;

  • не нужны коммутатор и обмотка возбуждения.

Сферы применения бесщеточных двигателей


Вентильные двигатели постоянного тока, как правило, применяются для оборудования с мощностью не выше 5 кВт. Для оборудования мощнее использовать такие двигатели нецелесообразно. Постоянные магниты в бесщеточных моторах очень чувствительны к воздействию мощных полей и высоких температур, что нехарактерно для щеточных и индукционных аналогов.


Бесщеточные двигатели надежны и хорошо управляемы, поэтому они используются повсеместно, как для мелких механизмов, так и для крупных. Они применяются в автомобильных приводах, электрических мотоциклах, компьютерах, электроинструменте, бытовой технике. Двигатели очень востребованы в промышленности, авиационной технике. Благодаря отсутствию коллекторного узла такие двигатели можно использовать даже в опасных условиях, местах с повышенным уровнем влажности.

Metabo выходит на новый уровень, внедряя бесщеточные двигатели в свою технику


Компания Metabo летом 2019 года презентовала широкой аудитории инновационную для отечественного рынка серию отбойных молотков и сетевых перфораторов SDS-Max. Устройства этой линейки оснащены бесщеточными двигателями, что выгодно отличает их от большинства аналогов. В сетевом инструменте такие двигатели пока применяются не слишком часто, особенно если инструмент очень мощный.



Сетевые инструменты с бесщеточными двигателями обладают всеми теми же преимуществами, что и аккумуляторные инструменты. Ключевые достоинства:

  1. Бесколлекторная схема повышает КПД мотора. Если сравнить бесщеточный перфоратор Metabo с обыкновенным, то при равном потреблении сетевой мощности оборудование Metabo будет меньше греться и выполнит больше функций.

  2. Высокая надежность. Инструмент с вентильным двигателем имеет более длительный срок эксплуатации, чем обычный, и не нуждается в частом обслуживании. В нем не нужно будет менять щетки, поэтому расходы на ремонт и обслуживания будут существенно снижены. По технике с высоким уровнем вибрации, как отбойные молотки и перфораторы, преимущество отсутствия щеток в двигателе особенно заметно. Из-за колебаний, однозначно возникающих при долблении и бурении, срок службы щеток в разы сокращается. Бесщеточным перфораторам и отбойным молоткам Metabo это не грозит.

  3. Частоту вращения мотора легко регулировать и поддерживать на необходимом уровне, даже при увеличении нагрузки, перепадах напряжения, ухудшении формы напряжения. Бесщеточные перфораторы и отбойные молотки Metabo будут высокопроизводительны даже при эксплуатации в сложных условиях.


Бесщеточные двигатели обладают массой преимуществ, потому сфера их применения необычайно широка, они используются даже в космической промышленности и ракетостроении. Работающие на таких моторах механизмы с каждым днем становятся популярнее в самых разных сферах.

Что такое бесщеточный двигатель постоянного тока и в чем отличия от синхронного двигателя переменного тока

Update:06-11-2020

Summary:…

Короткий ответ: бесщеточные двигатели постоянного тока и синхронные двигатели переменного тока очень похожи с точки зрения конструкции и работы. Некоторые производители могут даже сгруппировать их вместе в секции синхронного двигателя с постоянными магнитами. Однако ключевым отличием является обмотка катушки статора и соответствующая обратная ЭДС для каждого двигателя. Это дает им разные рабочие характеристики и обусловливает их собственную технологию привода.

Структурное сходство

Несмотря на особенности их названий, как бесщеточные двигатели постоянного тока, так и синхронные двигатели переменного тока являются бесщеточными, и оба работают с синхронными скоростями. Бесщеточные означает, что они полагаются на электронные устройства (обычно датчики Холла) вместо механических угольных щеток для управления током, подаваемым на обмотки. А синхронизация означает, что их магнитные обмотки ротора и статора вращаются с синхронной частотой или с синхронной скоростью.

Как бесщеточные двигатели постоянного тока, так и синхронные двигатели переменного тока имеют постоянные магниты, встроенные в ротор (обычно 4 или более). Магнит ротора может быть ферритовым, что дешевле, но плотность магнитного потока относительно низкая. Или редкоземельный сплав (например, неодим), который имеет высокую плотность магнитного потока, но в некоторых справочниках его цена очень высока. Статор состоит из металлических пластин, а обмотки (обычно три) размещены в продольных пазах.

Постоянные магниты ротора создают магнитный поток ротора, а ток, приложенный к обмоткам статора, создает электронные магнитные полюса. Когда положение статора таково, что полюс N ротора близок к полюсу N статора, два полюса отталкиваются друг от друга, и создается крутящий момент.

Разница в работе и производительности

В бесщеточном двигателе постоянного тока обмотка статора намотана в форме трапеции, а генерируемая противодвижущая сила имеет трапециевидную форму волны. Из-за трапециевидной формы сигнала достигается необходимый постоянный ток для лучшей производительности. Напротив, синхронные двигатели переменного тока имеют синусоидальную намотку и создают синусоидальную противоэлектродвижущую силу. Следовательно, для получения лучших характеристик им требуется синусоидальный ток.

Этот тип тока будет влиять на общий шум, создаваемый двигателем. Трапециевидный ток, используемый в бесщеточные мотор-редукторы постоянного тока имеет тенденцию производить огромный слуховой и электронный шум по сравнению с синхронными двигателями переменного тока с синусоидальными приводами.

Коммутация, которая заключается в преобразовании фазного тока двигателя в соответствующую электронную катушку, которая определяется положением статора. В бесщеточном двигателе постоянного тока положение ротора обычно контролируется тремя датчиками Холла. И коммутация осуществляется через шесть шагов или каждые 60 электронных углов. Поскольку коммутация является прерывистой, колебания крутящего момента будут генерироваться во время каждой коммутации (каждые 60 градусов).

Благодаря единственному датчику Холла или угловому датчику в сочетании с логикой управления синхронные двигатели переменного тока могут получать выгоду от постоянного контроля положения ротора. Поскольку коммутация является непрерывной, синхронный двигатель переменного тока может работать без колебаний крутящего момента. Однако коммутация синуса требует более сложных алгоритмов управления, чем трапецеидальная коммутация.

Хотя конструкция очень последовательна, разница между постоянным током и обратной ЭДС в бесщеточных двигателях постоянного тока и переменного тока с постоянными магнитами является важной разницей. С точки зрения управления и производительности очень важным фактором является применение соответствующего постоянного тока и управления.


PREV：Как подключить шаговый двигатель?NEXT：Бесщеточный DC увеличивает производительность и снижает затраты


Related Products


25W-80мм DC мотор-редуктор со спиральной конической щеткой с прямым углом


25W-80мм DC червячный двигатель с прямым углом мотор-редуктора


40W-80mm DC спиральный конический мотор-редуктор с угловой щеткой


40W-80mm DC червячный мотор с прямым углом щеточного редуктора


40W-90mm DC спиральный конический мотор-редуктор с угловой щеткой


40W-90мм DC червячный двигатель с прямым углом мотор-редуктор


60W-90мм DC спиральный конический мотор-редуктор с угловой щеткой


60W-90мм DC червячный двигатель с прямым углом мотор-редуктора


90W-90мм DC спиральный конический мотор-редуктор с угловой щеткой


90W-90мм постоянного тока червячная передача с прямым углом мотор-редуктор с щеткой

Инструменты с батарейным питанием и бесщеточными двигателями постоянного тока.

В статье рассматриваются основные требования к электроинструментам. Предлагается комплексное решение, базирующееся на компонентах производства компании Infineon Technologies.


ВВЕДЕНИЕ


Инструменты с батарейным питанием становятся все более востребованными не только у профессионалов, но и у любителей мастерить своими руками. Эти инструменты портативны, просты в применении, обеспечивает высокую электробезопасность, а установленные бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) делают их во многом универсальными. Тем не менее производителям приходится решать задачи по уменьшению массогабаритных показателей инструментов, а также продлевать срок службы батарей.


Одна из главных особенностей устройств с батарейным питанием -управление электродвигателем, характеристики которого обеспечивают требуемую функциональность. В статье рассматриваются проблемы, решение которых позволяет создать электроинструменты, отвечающие актуальным задачам, и обсуждается роль высокоинтегрированных компонентов в этих приборах.



РЫНОК ЭЛЕКТРОИНСТРУМЕНТОВ


Продажи электроинструментов высоки и постоянно увеличиваются. По оценке консалтинговой компании Future Market Insights, в 2015 г. рынок электроинструментов составлял 27 млрд долл., а в 2025 г. ожидается повышение объема рынка до 45 млрд долл. Причем, ежегодный рост рынка за период 2021-2030 гг. составит 5,1%. Этому способствуют многие факторы, к которым относятся благоприятные обстоятельства в строительной промышленности.


В связи с увеличением стоимости переезда при смене жилья многие владельцы предпочитают улучшать жилищные условия своими силами, в частности за счет ремонта, а не смены квартиры. Пандемия в еще большей мере ускорила этот процесс — люди вынуждены проводить больше времени дома, и у них появилась возможность модернизировать свои жилища. Возрастает удельный вес электроинструментов и в промышленности: их все чаще используют на сборочных линиях для повышения эффективности и уменьшения времени сборки.


К основным преимуществам использования электроинструмента в промышленных и домашних условиях относятся его удобство, безопасность и портативность. Немалую роль играет и отсутствие сетевого шнура, о который можно зацепиться. К тому же, он ограничивает перемещение пользователя.


Прежде в таких инструментах устанавливались стандартные двигатели постоянного тока с коллекторно-щеточным узлом и аккумуляторные батареи NiCd или NiMH, что создавало определенные ограничения из-за относительно невысокой надежности электродвигателей. Использование бесщеточных электродвигателей постоянного тока с интегрированным модулем управления значительно улучшило ситуацию и повысило надежность инструмента, а переход на питание от литиево-ионных батарей существенно увеличило время работы инструментов без подзарядки. Конструкция электроинструмента схематично показана на рисунке 1.



Рис. 1. Конструкция электроинструмента с BLDC


ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ЭЛЕКТРОИНСТРУМЕНТА


У специалистов, занятых разработкой электроинструментов с батарейным питанием, две проблемы: сократить его массогабаритные показатели и увеличить время работы без подзарядки аккумуляторов. Фактически оба требования противоречат друг другу: чтобы увеличить время работы без подзарядки, необходима большая емкость и, следовательно, размер батареи. Однако при этом возрастают габариты и вес инструмента.


Устранить это противоречие способен электродвигатель BLDC: его КПД и надежность выше, чем у простого двигателя постоянного тока, из-за отсутствия коллекторно-щеточного узла. Двигателям BLDC не требуются ни щетки, ни коллектор, а значит, отсутствуют потери на трение и механический износ. К тому же, габариты BLDC-двигателей меньше при той же мощности. К сожалению, они дороже и ими сложнее управлять.


Поскольку профессиональным пользователям инструменты требуются в течение всего рабочего дня, при проектировании немало внимания следует уделять эргономике. Инструмент должен удобно лежать в руке. Необходимо тщательно продумать его компоновку, размещение батареи и двигателя. Кроме того, инструмент должен быть ударо-и виброустойчив, ведь при работе он постоянно подвергается подобным механическим воздействиям. Его требуется надежно защитить от проникновения влаги и пыли, а такая защита ухудшает охлаждение. соответственно, рассеиваемая мощность электропривода инструмента должна быть как можно меньше. И наконец, ненадежный в эксплуатации инструмент нанесет ущерб репутации компании и приведет к финансовым потерям.



ОСНОВНЫЕ УЗЛЫ ЭЛЕКТРОИНСТРУМЕНТА


К основным узлам электроинструмента относятся аккумуляторные батареи, схема управления электроприводом, электродвигатель, схема защиты электродвигателя и микроконтроллер (мк), который нередко входит в состав схемы управления. в большинстве случаев аккумулятор съемный и заряжается от внешнего зарядного устройства.


Частота питающего напряжения электродвигателей BLDC обычно регулируется силовым трехфазным инвертором, который управляется ШИм-последовательностью, формируемой микроконтроллером. каждая из трех статорных обмоток BLDC подключается к одной из фаз инвертора; фазы напряжения инвертора сдвинуты на 120° друг относительно друга, измерения выполняются с помощью трех датчиков Холла. существуют два подхода к формированию ШИм-последовательности. в первом случае мк формирует однофазный ШИм-сигнал, а фазовый сдвиг и направление вращения двигателем осуществляется с помощью дополнительных линий порта ввода/вывода. во втором случае мк формирует трехфазную последовательность для прямого управления инвертором.


В составе схемы защиты предусмотрены операционные усилители или аналоговые компараторы, измеряющие токи фаз и температуру BLDC-двигателя. выходные сигналы схемы защиты могут непосредственно воздействовать на режим работы электродвигателя, но чаще они поступают в мк, который обеспечивает безопасную работу двигателя. конечно, можно создать систему управления электроприводом из отдельных компонентов, но она окажется довольно громоздкой и сложной, поэтому разработчики предпочитают использовать интегрированное решение.


КОМПОНЕНТЫ КОМПАНИИ INFINEON TECHNOLOGIES ДЛЯ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОИНСТРУМЕНТА


Одно из последних изделий компании — высокоинтегрированная микросхема 6EDL7141, которая предназначена для управления трехфазным электроприводом в приложениях с аккумуляторным питанием. Она содержит все основные компоненты для создания электропривода инструмента. ЕЕ основу составляет программируемый полумостовой драйвер затвора трехфазного инвертора с настраиваемым «мертвым» временем, напряжением и током затвора.


На рисунке 2 приведены структурные схемы включения 6EDL7141 для разных режимов управления электродвигателем BLDC. кроме того, реализованы три режима торможения (верхнее плечо, нижнее плечо и переменный). драйверы могут настраиваться на работу с разными MOSFET; при этом не требуется вводить резисторы в цепь затворов или дополнительные диоды, что уменьшает число внешних компонентов.






Рис. 2. Управление электродвигателем BLDC: а) в режиме 6 ШИМ; б) в режиме 1 ШИМ с датчиками Холла; в) в режиме 3 ШИМ и в режиме 1 ШИМ без датчиков Холла


В 6EDL7141 встроены три компаратора, к которым можно подключить датчики Холла, и три операционных усилителя с регулируемым усилением и смещением, которые можно использовать в схеме защиты двигателя для повышения надежности системы. понижающий DC/DC-преобразователь расширяет диапазон входного напряжения до 5,5-70 В при максимальном выходном токе 600 мА, а LDO-стабилизаторы формируют напряжение питания системы с током потребления до 300 мА. В составе силового каскада имеются драйверы затвора верхнего и нижнего плечей и зарядовые насосы для питания драйверов.


Микросхема 6EDL7141 отвечает требованиям стандартов электромагнитной совместимости. Тем не менее предусмотрена возможность изменения скорости нарастания выходного сигнала для снижения уровня электромагнитных помех. Структурная схема 6EDL7141 приведена на рисунке 3.




Рис. 3. Структурная схема 6EDL7141



MOSFET СЕМЕЙСТВА OPTIMOS 6 ДЛЯ ЭЛЕКТРОИНСТРУМЕНТОВ


Итак, микросхему 6EDL7141 можно настроить для работы с любыми MOSFET, но оптимальным вариантом являются MOSFET BSC007N04LS6 от компании Infineon Technologies. Эти 40-В MOSFET принадлежат к семейству OptiMOS 6, а их сопротивление открытого канала RDS(ON) = 0,7 мОм считается лучшим в своем классе. Следует обратить внимание и на отличные переключательные характеристики за счет низкой величины суммарного заряда затвора QG. Приведенные характеристики наряду с максимально допустимой температурой перехода 175°C и способностью рассеивать мощность 180 Вт делают эти силовые ключи хорошим выбором для использования в самых сложных электроинструментах.


Показатель качества QG х RDS(ON) MOSFET семейства OptiMOS 6 улучшен на 29% по сравнению с MOSFET предыдущего поколения, а величина QGD х RDS(ON) — на 46%. Такие параметры обеспечивают необходимую эффективность электроинструмента. MOSFET BSC007N04LS6 выпускаются в 8-выводном корпусе для поверхностного монтажа SuperSO8 (см. рис. 4) размером 5х6 мм и легко встраиваются в конструктив электроинструмента.



Рис. 4. MOSFET BSC007N04LS6 семейства OptiMOS 6


ПОДДЕРЖКА РАЗРАБОТКИ


Микросхема 6EDL7141 легко конфигурируется и настраивается с помощью графического интерфейса пользователя (GUI) и входит в программное обеспечение от Infineon, которое находится в свободном доступе. Интуитивно понятный интерфейс позволяет выбрать параметры системы из всплывающих меню и сохранить параметры конфигурации в отдельном файле, а также создать прошивку управления электроприводом, которую затем можно загрузить в МК через встроенный интерфейс SPI.


С помощью GUI можно контролировать состояние 6EDL7141 и содержимое его регистров в процессе работы, что делает его в высшей степени полезным при разработке и отладке. Вскоре в помощь разработчику компания начнет производить оценочную плату (EVAL_6EDL7141_TRAP_1SH), показанную на рисунке 5. Она оптимизирована для питания от 18-В батарей и реализует трапециевидную форму напряжения питания BLDC-двигателей. Для приобретения платы рекомендуется связаться со службой технической поддержки компании.




Рис. 5. Оценочная плата (EVAL_6EDL7141_TRAP_1SH)


В состав платы входят шесть MOSFET BSC007N04LS6, которые позволяют увеличить мощность управляемого двигателя BLDC. При необходимости на плату для них устанавливаются радиаторы. система управления базируется на мк XMC1400 компании Infineon. в ее состав входит отладчик, подключаемый к компьютеру через порт USB. Исходный код мк создан в интегрированной среде Eclipsebased DE, DAVE. с помощью платы EVAL_6EDL7141_TRAP_1SH удобно оценить возможности системы управления с использованием 6EDL7141 и мк XMC1400, а также отладить алгоритмы управления с функциями, встроенными специально для использования в электроинструменте.


ВЫВОДЫ


Многие пользователи предпочитают инструменты с батарейным питанием благодаря их портативности, мобильности и безопасности. после того как в электроинструментах стали использоваться литиево-ионные батареи и электродвигатели BLDC, они практически сравнялись по характеристикам с сетевыми инструментами.


При проектировании электроинструментов разработчикам приходится решить несколько проблем: создать удобное в использовании изделие с длительным временем работы без подзарядки батарей и придерживаться ограничений по размеру и весу инструмента. кроме того, электродвигатели BLDC хотя и легче, но управлять ими сложнее.


Преодолеть все препоны можно только с помощью высокоинтегрированного решения. в составе недавно выпущенной микросхемы управления трехфазным двигателем 6EDL7141 компании Infineon предусмотрено большинство элементов схемы управления электроинструментом. силовые MOSFET не входят в состав 6EDL7141, что позволяет подобрать оптимальные MOSFET из семейства OptiMOS для решения разных задач.


Совместно с 6EDL7141 используется мк семейства XMC; при этом для проектирования всего изделия применяется среда разработки DAVE IDE, также в свободном доступе имеется графический интерфейс пользователя, облегчающий настройку, конфигурирование и отладку всего решения.


Поскольку рынок электроинструментов демонстрирует стабильный рост, компания Infineon продолжает инвестировать в разработку комплексных решений для него. продукция, которая появится в ближайшее время, будет иметь более высокий уровень интеграции и работать с более высоким батарейным напряжением.  


Опубликовано в журнале «Электронные Компоненты»,  №10, 2021

Бесщеточный мотор постоянного тока

Содержание

  1. Общие сведения, устройство, сфера применения
  2. Принцип работы
  3. Отличия коллекторного и бесколлекторного двигателя
  4. Как запустить бесколлекторный двигатель?
  5. Управление бесколлекторным двигателем
  6. Трёхфазный бесколлекторный электродвигатель постоянного тока
  7. Преимущества и недостатки
  8. Немного терминологии
  9. Что такое бесколлекторный двигатель?
  10. Преимущества и недостатки
  11. Что происходит в регуляторе бесколлекторного двигателя?
  12. Датчики положения, двигатели без датчиков
  13. В каких случаях применяют бесколлекорные двигатели с датчиками, а в каких – без датчиков? В чем их отличие?
  14. Три фазы

Бытовая и медицинская техника, авиамоделирование, трубозапорные приводы газо- и нефтепроводов – это далеко не полный перечень областей применения бесколлекторных двигателей (БД) постоянного тока. Давайте рассмотрим устройство и принцип действия этих электромеханических приводов, чтобы лучше понять их достоинства и недостатки.

Общие сведения, устройство, сфера применения

Одна из причин проявления интереса к БД — это возросшая потребность в высокооборотных микродвигателях, обладающих точным позиционированием. Внутренне устройство таких приводов продемонстрировано на рисунке 2.

Рис. 2. Устройство бесколлекторного двигателя

Как видите, конструкция представляет собой ротор (якорь) и статор, на первом имеется постоянный магнит (или несколько магнитов, расположенных в определенном порядке), а второй оборудован катушками (В) для создания магнитного поля.

Примечательно, что эти электромагнитные механизмы могут быть как с внутренним якорем (именно такой тип конструкции можно увидеть на рисунке 2), так и внешним (см. рис. 3).

Рис. 3. Конструкция с внешним якорем (outrunner)

Соответственно, каждая из конструкций имеет определенную сферу применения. Устройства с внутренним якорем обладают высокой скоростью вращения, поэтому используются в системах охлаждения, в качестве силовых установок дронов и т.д. Приводы с внешним ротором используются там, где требуется точное позиционирование и устойчивость к перегрузкам по моменту (робототехника, медицинское оборудование, станки ЧПУ и т.д.).

Бесколлекторный двигатель в компьютерном дисководе

Принцип работы

В отличие от других приводов, например, асинхронной машины переменного тока, для работы БД необходим специальный контроллер, который включает обмотки таким образом, чтобы векторы магнитных полей якоря и статора были ортогональны друг к другу. То есть, по сути, устройство-драйвер регулирует вращающий момент, действующий на якорь БД. Наглядно этот процесс продемонстрирован на рисунке 4.

Фазы работы бесколлекторного привода

Как видим, для каждого перемещения якоря необходимо выполнять определенную коммутацию в обмотке статора двигателя бесколлекторного типа. Такой принцип работы не позволяет плавно управлять вращением, но дает возможность быстро набрать обороты.

Отличия коллекторного и бесколлекторного двигателя

Привод коллекторного типа отличается от БД как конструктивными особенностями (см. рис 5.), так и принципом работы.

Рис. 5. А – коллекторный двигатель, В – бесколлекторный

Рассмотрим конструктивные отличия. Из рисунка 5 видно, что ротор (1 на рис. 5) двигателя коллекторного типа, в отличие от бесколлекторного, имеет катушки, у которых простая схема намотки, а постоянные магниты (как правило, два) установлены на статоре (2 на рис. 5). Помимо этого на валу установлен коллектор, к которому подключаются щетки, подающие напряжение на обмотки якоря.

Кратко расскажем о принципе работы коллекторных машин. Когда на одну из катушек подается напряжение, происходит ее возбуждение, и образуется магнитное поле. Оно вступает во взаимодействие с постоянными магнитами, это заставляет проворачиваться якорь и размещенный на нем коллектор. В результате питание подается на другую обмотку и цикл повторяется.

Частота вращения якоря такой конструкции напрямую зависит от интенсивности магнитного поля, которое, в свою очередь, прямо пропорционально напряжению. То есть, чтобы увеличить или уменьшить обороты, достаточно повысить или снизить уровень питания. А для реверса необходимо переключить полярность. Такой способ управления не требует специального контролера, поскольку регулятор хода можно сделать на базе переменного резистора, а обычный переключатель будет работать как инвертор.

Конструктивные особенности двигателей бесколлекторного типа мы рассматривали в предыдущем разделе. Как вы помните, их подключение требует наличия специального контролера, без которого они просто не будут работать. По этой же причине эти двигатели не могут использоваться как генератор.

Стоит также отметить, что в некоторых приводах данного типа для более эффективного управления отслеживаются положения ротора при помощи датчиков Холла. Это существенно улучшает характеристики бесколлекторных двигателей, но приводит к удорожанию и так недешевой конструкции.

Как запустить бесколлекторный двигатель?

Чтобы заставить работать приводы данного типа, потребуется специальный контроллер (см. рис. 6). Без него запуск невозможен.

Рис. 6. Контроллеры бесколлекторных двигателей для моделизма

Собирать самому такое устройство нет смысла, дешевле и надежней будет приобрести готовый. Подобрать его можно по следующим характеристикам, свойственным драйверам шим каналов:

  • Максимально допустимая сила тока, эта характеристика приводится для штатного режима работы устройства. Довольно часто производители указывают такой параметр в названии модели (например, Phoenix-18). В некоторых случаях приводится значение для пикового режима, который контролер может поддерживать несколько секунд.
  • Максимальная величина штатного напряжения для продолжительной работы.
  • Сопротивление внутренних цепей контроллера.
  • Допустимое число оборотов, указывается в rpm. Сверх этого значения контроллер не позволит увеличить вращение (ограничение реализовано на программном уровне). Следует обратить внимание, что частота вращения всегда приводится для двухполюсных приводов. Если пар полюсов больше, следует разделить значение на их количество. Например, указано число 60000 rpm, следовательно, для 6-и магнитного двигателя частота вращения составит 60000/3=20000 prm.
  • Частота генерируемых импульсов, у большинства контролеров этот параметр лежит в пределах от 7 до 8 кГц, более дорогие модели позволяют перепрограммировать параметр, увеличив его до 16 или 32 кГц.

Обратим внимание, что первые три характеристики определяют мощность БД.

Управление бесколлекторным двигателем

Как уже указывалось выше, управление коммутацией обмоток привода осуществляется электроникой. Чтобы определить, когда производить переключения, драйвер отслеживает положение якоря при помощи датчиков Холла. Если привод не снабжен такими детекторами, то в расчет берется обратная ЭДС, которая возникает в неподключенных катушках статора. Контроллер, который, по сути, является аппаратно-программным комплексом, отслеживает эти изменения и задает порядок коммутации.

Трёхфазный бесколлекторный электродвигатель постоянного тока

Большинство БД выполняются в трехфазном исполнении. Для управления таким приводом в контролере имеется преобразователь постоянного напряжения в трехфазное импульсное (см. рис.7).

Рисунок 7. Диаграммы напряжений БД

Чтобы объяснить, как работает такой вентильный двигатель, следует вместе с рисунком 7 рассматривать рисунок 4, где поочередно изображены все этапы работы привода. Распишем их:

  1. На катушки «А» подается положительный импульс, в то время как на «В» — отрицательный, в результате якорь сдвинется. Датчиками зафиксируется его движение и подастся сигнал для следующей коммутации.
  2. Катушки «А» отключается, и положительный импульс идет на «С» («В» остается без изменения), далее подается сигнал на следующий набор импульсов.
  3. На «С» — положительный, «А» — отрицательный.
  4. Работает пара «В» и «А», на которые поступают положительный и отрицательный импульсы.
  5. Положительный импульс повторно подается на «В», и отрицательный на «С».
  6. Включаются катушки «А» (подается +) и повторяется отрицательный импульс на «С». Далее цикл повторяется.

В кажущейся простоте управления есть масса сложностей. Нужно не только отслеживать положение якоря, чтобы произвести следующую серию импульсов, а и управлять частотой вращения, регулируя ток в катушках. Помимо этого следует выбрать наиболее оптимальные параметры для разгона и торможения. Стоит также не забывать, что контроллер должен быть оснащен блоком, позволяющим управлять его работой. Внешний вид такого многофункционального устройства можно увидеть на рисунке 8.

Рис. 8. Многофункциональный контроллер управления бесколлекторным двигателем

Электрический бесколлекторный двигатель имеет много достоинств, а именно:

  • Срок службы значительно дольше, чем у обычных коллекторных аналогов.
  • Высокий КПД.
  • Быстрый набор максимальной скорости вращения.
  • Он более мощный, чем КД.
  • Отсутствие искр при работе позволяет использовать привод в пожароопасных условиях.
  • Не требуется дополнительное охлаждение.
  • Простая эксплуатация.

Теперь рассмотрим минусы. Существенный недостаток, который ограничивает использование БД – их относительно высокая стоимость (с учетом цены драйвера). К числу неудобств следует отнести невозможность использования БД без драйвера, даже для краткосрочного включения, например, чтобы проверить работоспособность. Проблемный ремонт, особенно если требуется перемотка.

BLDC (Brushless Direct Current) – Бесщёточные электродвигатели постоянного тока , либо по другому, бесколлекторные электродвигатели постоянного тока.

Мотор относится к классу вентильных двигателей: бесконтактный двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов (неодим-железо-бор). Определение положения ротора в любой момент времени обеспечивают 3 датчика Холла (для сенсорных контроллеров управления).

Применяются моторы в приводах электротранспорта: электромотоциклах, электроавтомобилях и т.п.

Питаются от источников постоянного тока 48В, 60В, 72В, 96В, 120В. Для работы требуется контроллер, соответствующей мощности.

Этой статьёй я начинаю цикл публикаций о бесколлекторных двигателях постоянного тока. Доступным языком опишу общие сведения, устройство, алгоритмы управления бесколлекторным двигателем. Будут рассмотрены разные типы двигателей, приведены примеры подбора параметров регуляторов. Опишу устройство и алгоритм работы регулятора, методику выбора силовых ключей и основных параметров регулятора. Логическим завершением публикаций будет схема регулятора.

Бесколлекторные двигатели получили широкое распространение благодаря развитию электроники и, в том числе, благодаря появлению недорогих силовых транзисторных ключей. Также немаловажную роль сыграло появление мощных неодимовых магнитов.

Однако не стоит считать бесколлекторный двигатель новинкой. Идея бесколлекторного двигателя появилась на заре электричества. Но, в силу неготовности технологий, ждала своего времени до 1962 года, когда появился первый коммерческий бесколлекторный двигатель постоянного тока. Т.е. уже более полувека существуют различные серийные реализации этого типа электропривода!

Немного терминологии

Конструктивно бесколлекторный двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Обращаю Ваше внимание на то, что в коллекторном двигателе наоборот, обмотки находятся на роторе. Поэтому, далее в тексте ротор – магниты, статор – обмотки.

Для управления двигателем применяется электронный регулятор. В зарубежной литературе Speed Controller или ESC (Electronic speed control).

Что такое бесколлекторный двигатель?

Попробуем разобраться, что собой представляет бесколлекторный двигатель постоянного тока (Brushles Direct Current Motor). В самой этой фразе уже кроется ответ – это двигатель постоянного тока без коллектора. Функции коллектора выполняет электроника.

Преимущества и недостатки

Единственным недостатком считают сложный дорогостоящий электронный блок управления (регулятор или ESC). Однако, если вы хотите управлять оборотами двигателя, без электроники никак не обойтись. Если вам не надо управлять оборотами бесколлекторного двигателя, без электронного блока управления все равно не обойтись. Бесколлекторный двигатель без электроники – просто железка. Нет возможности подать на него напряжение и добиться нормального вращения как у других двигателей.

Что происходит в регуляторе бесколлекторного двигателя?

То же самое делает и электроника, управляющая бесколлекторным двигателем – в нужные моменты подключает постоянное напряжение на нужные обмотки статора.

Датчики положения, двигатели без датчиков

Существуют бесколлекторные двигатели, которые не имеют датчиков. В таких двигателях положение ротора определяется путем измерения напряжения на незадействованной в данный момент времени обмотке. Эти методы также будут рассмотрены позднее. Следует обратить внимание на существенный момент: этот способ актуален только при вращении двигателя. Когда двигатель не вращается или вращается очень медленно, такой метод не работает.

В каких случаях применяют бесколлекорные двигатели с датчиками, а в каких – без датчиков? В чем их отличие?

В тех случаях, когда конструктивно невозможно разместить датчики в корпусе двигателя, используют двигатели без датчиков. Конструктивно такие двигатели практически не отличаются от двигателей с датчиками. А вот электронный блок должен уметь управлять двигателем без датчиков. При этом блок управления должен соответствовать характеристикам конкретной модели двигателя.

Если двигатель должен стартовать с существенной нагрузкой на валу двигателя (электротранспорт, подъёмные механизмы и т.п.) – применяют двигатели с датчиками. Если двигатель стартует без нагрузки на валу (вентиляция, воздушный винт, применяется центробежная муфта сцепления и т. п.), можно применять двигатели без датчиков. Запомните: двигатель без датчиков положения должен стартовать без нагрузки на валу. Если это условие не соблюдается, следует использовать двигатель с датчиками. Кроме того, в момент старта двигателя без датчиков возможны вращательные колебания оси двигателя в разные стороны. Если это критично для Вашей системы, применяйте двигатель с датчиками.

Три фазы

Трехфазные бесколлекторные двигатели приобрели наибольшее распространение. Но они могут быть и одно, двух, трех и более фазными. Чем больше фаз, тем более плавное вращение магнитного поля, но и сложнее система управления двигателем. 3-х фазная система наиболее оптимальна по соотношению эффективность/сложность, поэтому и получила столь широкое распространение. Далее будет рассматриваться только трехфазная схема, как наиболее распространенная. Фактически фазы – это обмотки двигателя. Поэтому если сказать «трехобмоточный», думаю, это тоже будет правильно. Три обмотки соединяются по схеме «звезда» или «треугольник». Трехфазный бесколлекторный двигатель имеет три провода – выводы обмоток, см. рисунок.

Двигатели с датчиками имеют дополнительных 5 проводов (2-питание датчиков положения, и 3 сигналы от датчиков).

В трехфазной системе в каждый момент времени напряжение подается на две из трех обмоток. Таким образом, есть 6 вариантов подачи постоянного напряжения на обмотки двигателя, как показано на рисунке ниже.

Это позволяет создать вращающееся магнитное поле, которое будет проворачиваться «шагами» на 60 градусов при каждом переключении. Но не будем забегать наперед. В следующей статье будут рассмотрены устройство бесколлекторного двигателя, варианты расположения магнитов, обмоток, датчиков и т.д., а позже будут рассмотрены алгоритмы управления бесколлекторными двигателями.

Бесколлекторные моторы «на пальцах» Что такое бесколлекторные моторы и как управлять бесколлекторными моторами:

Бесщеточные двигатели

против щеточных двигателей

Двигатель постоянного тока — одна из самых фундаментальных машин за последние 200 лет. Этот электродвигатель использует постоянный ток для создания вращательного движения и позволил разработчикам создавать электроинструменты, мобильное оборудование, компьютерные компоненты и другие бесценные устройства с батарейным питанием. Они представляют собой класс, отличный от двигателей переменного тока, которые столь же многочисленны, но имеют другие преимущества (узнайте больше в нашей статье о синхронных двигателях и асинхронных двигателях). Класс двигателей постоянного тока широко разделен на коллекторные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока, и эта статья поможет тем, кто хочет понять, что отличает один двигатель постоянного тока от другого. Будут объяснены основные принципы, лежащие в основе обоих типов двигателей постоянного тока, а затем будет проведено их сравнение, чтобы показать, где каждая машина работает лучше всего в промышленности.

Коллекторные двигатели

Коллекторные двигатели постоянного тока (часто называемые просто «щеточными двигателями») являются одними из старейших электродвигателей и используют постоянный ток с механической коммутацией для выработки механической энергии. Легче всего понять, как работает коллекторный двигатель, показав его различные компоненты, а на рисунке 1 показана принципиальная принципиальная схема коллекторных двигателей:

.

Рис. 1: Принципиальная принципиальная схема коллекторных двигателей постоянного тока. Обратите внимание, что поле статора не обязательно подключено к цепи; его источник питания и ориентация — основное различие между коллекторными и бесщеточными двигателями постоянного тока.

Эти двигатели, как следует из их названия, используют щетки для подключения источника питания постоянного тока к узлу ротора, который является компонентом двигателя, содержащим якорь, коллекторные кольца и выходной вал. Статор или внешний корпус двигателя содержит поле постоянного магнита, создаваемое либо постоянным магнитом, либо некоторой неподвижной катушкой электромагнита (показанной на рисунке 1 как «поле статора»). Постоянное магнитное поле имеет полюса (магнитные пары север-юг), и их линии магнитного поля постоянно проходят через весь узел ротора. Этот узел получает питание, когда щетки пережимают кольца коммутатора, направляющие ток через якорь и его обмотки. При прохождении тока через эти катушки якорь становится собственным электромагнитом и взаимодействует с постоянными полюсами поля статора. Поскольку узел ротора может свободно вращаться, поле, создаваемое якорем, будет отталкивать поле статора, вызывая вращение вала. Это вращение пропорционально токам возбуждения якоря и статора, и изменение этих токов приведет к изменению выходных характеристик.

Рисунок 1 намеренно нечетко показывает, как подключено поле статора; это связано с тем, что в некоторых типах двигателей постоянного тока обмотки возбуждения статора соединяются по-разному, чтобы создавать разные эффекты двигателя. Чтобы узнать об этих вариантах, ознакомьтесь с нашими статьями о двигателях постоянного тока с последовательной обмоткой и шунтирующих двигателях постоянного тока.

Двигатели постоянного тока

относительно недороги, просты в управлении и ремонте и выпускаются в сотнях форм, идеально подходящих для многих условий, особенно экстремальных. Некоторые коллекторные двигатели также могут питаться от переменного тока, например, универсальные двигатели, что придает этим машинам дополнительную универсальность в применении. Несмотря на это, коллекторные двигатели широко используются уже много лет, и, хотя они не такие сложные, как некоторые более новые двигатели, они по-прежнему обеспечивают мощность для многих приложений сегодня.

Бесщеточные двигатели постоянного тока

В отличие от щеточных двигателей, бесщеточные двигатели постоянного тока (двигатели BLDC), что неудивительно, не создают движение с помощью щеток. Вместо этого они берут постоянное магнитное поле, обычно находящееся в статоре коллекторного двигателя, и помещают его вокруг ротора в виде настоящих магнитов. Статоры двигателей BLDC состоят из электромагнитных катушек (попарно расположенных вокруг ротора), которые электрически включаются и выключаются с помощью электрической системы управления. При включении пара полюсов будет притягивать постоянные полюса ротора, заставляя его поворачиваться в исходное положение. Если полюса статора включаются и выключаются последовательно, то оператор может заставить ротор вращаться с некоторой желаемой частотой; другими словами, электрическое включение и выключение полюсов статора заставит ротор вращаться, создавая механическую энергию. Эта электрическая коммутация имитирует вращающееся магнитное поле (RMF), присутствующее в типичных трехфазных двигателях переменного тока, но позволяет пользователю задавать скорость двигателя, крутящий момент и положение двигателя BLDC. Операторам предоставляется диапазон полезных скоростей и крутящих моментов, синхронизированных с входной частотой, посредством регулировки величины и направления постоянного тока, протекающего через катушки статора.

Хотя двигатели BLDC проще по конструкции, они требуют электрической коммутации, а не механической коммутации, как в щеточных двигателях. Они должны постоянно использовать датчики для определения углового положения выходного вала и использовать контроллер для переключения тока в нужное время. Электрическая коммутация увеличивает сложность этих двигателей, но также снижает потребность в обслуживании щеток, повреждения от трения и нежелательную вибрацию/шум, которые часто встречаются в щеточных двигателях. Кроме того, они гораздо более эффективны, обладают высокой динамической реакцией и работают на разных скоростях, что делает их особенно подходящими для непрерывных приложений с регулируемой скоростью. Чтобы узнать больше об этих двигателях, прочитайте нашу статью о бесщеточных двигателях постоянного тока.

Сравнение бесщеточных и коллекторных двигателей постоянного тока

В этой статье будут сравниваться некоторые категории, общие для обоих типов двигателей постоянного тока, чтобы показать явные преимущества каждой конструкции. Таблица 1 показывает эти сравнения; обратите внимание, что они являются обобщенными, поскольку оба этих типа двигателей бывают разных размеров, и поэтому их трудно сравнивать в цифрах.

Таблица 1: Сравнение коллекторных и бесщеточных двигателей.

Характеристики

Коллекторные двигатели

Бесщеточные двигатели

Сложность

Простой

Комплекс

Кривая скорости/крутящего момента

Умеренно плоский/линейный

Плоский/линейный

Плотность мощности

В среднем

Высокий

Эффективность

В среднем

Высокий

Диапазон скоростей

Низкий/Нет

Высокий

Срок службы

В среднем

Длинный

Стоимость

Низкий

Высокий

 

Сложность двигателей BLDC увеличивает как их рабочие характеристики, так и их стоимость. Хотя из таблицы 1 видно, что двигатели BLDC превосходят щеточные двигатели почти во всех категориях, это происходит потому, что они используют сложные электрические контроллеры, которые резко увеличивают их цену. Кроме того, несмотря на то, что они имеют более высокий средний срок службы, чем щеточные двигатели, из-за отсутствия обслуживания щеток, их сложнее и дороже ремонтировать, когда они все же выходят из строя из-за их сложности. Покупатели должны определить, повлияет ли сложность двигателя постоянного тока на их проект негативно.

Кривая скорость/крутящий момент двигателя показывает реакцию крутящего момента в зависимости от скорости. Для двигателей постоянного тока эта кривая обычно представляет собой прямую линию, что означает, что крутящий момент линейно зависит от скорости. Двигатели BLDC и их кривые крутящего момента/скорости чрезвычайно линейны, поскольку их электрическая коммутация позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент.

Удельная мощность двигателя описывает его номинальную мощность в л. с. или кВт по сравнению с его геометрическим объемом. Это значение полезно для приложений, которые требуют высокой скорости/крутящего момента в небольшом корпусе (например, электроинструменты, стиральные машины и т. д.). Двигатели BLDC имеют более высокую удельную мощность, поскольку они обеспечивают высокий крутящий момент в состоянии покоя, который можно поддерживать более эффективно, чем в коллекторных двигателях постоянного тока.

Щетки и механические коллекторные кольца снижают общий КПД щеточных двигателей, так как больше энергии теряется на нагрев и трение. В двигателях BLDC эти детали не используются, и в результате они более эффективно преобразуют постоянный ток в механическую энергию. Их электрические схемы управления также могут оптимизировать энергопотребление, что позволяет экономить энергию на двигателе, когда он не используется или в приложениях с низким энергопотреблением.

Диапазон скоростей коллекторных двигателей постоянного тока не сравним с тем, что может обеспечить двигатель BLDC. В то время как щеточные двигатели имеют различные диапазоны скоростей, электрическая коммутация, присутствующая в двигателях BLDC, позволяет им обеспечивать гораздо больший диапазон скоростей.

Щёточные двигатели обычно имеют номинальный срок службы щёток, чтобы операторы знали, когда их необходимо заменить. Поскольку в них используются механические коммутаторы и щетки, существует риск искрения, а также выхода из строя, что сокращает срок службы щеточных двигателей. Двигатели BLDC служат намного дольше, так как нет трения или необходимости периодического обслуживания, а также нет риска искрения. Срок службы щеточных двигателей можно увеличить за счет частых профилактических или плановых проверок технического обслуживания, но они могут быть утомительными, когда существует практически не требующая обслуживания альтернатива. Хотя оба типа двигателей считаются надежными, двигатели BLDC имеют меньший риск отказа.

Может показаться, что щеточные двигатели просто худший вариант, чем двигатели BLDC, и это была бы правильная оценка, если бы не цена. Коллекторные двигатели не только намного дешевле в расчете на единицу, чем двигатели BLDC того же размера, но и затраты на их установку также довольно низкие. Коллекторные двигатели также не требуют электрических систем управления, которые часто дороже, чем двигатели BLDC, для которых они требуются. Таким образом, хотя двигатели BLDC в целом обеспечивают больше преимуществ, они делают это по очень буквальной цене. Если стоимость является важной характеристикой (а она всегда должна быть такой), следует в первую очередь рассмотреть коллекторные двигатели, прежде чем рассматривать конструкции BLDC.

Оба этих двигателя бесценны в таких продуктах, как автомобили, компьютеры, игрушки, производство и многое другое, поэтому существует множество вариантов выбора двигателя постоянного тока. Просто обязательно ознакомьтесь с преимуществами и рисками использования любой из этих машин и используйте спецификации проекта, чтобы определить, какая из них подходит лучше всего.

Резюме

В этой статье представлено краткое сравнение бесщеточных двигателей постоянного тока и коллекторных двигателей постоянного тока. Для получения информации о других продуктах обратитесь к нашим дополнительным руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

Источники:
  1. http://srjcstaff.santarosa.edu/~lwillia2/2B/2Bch30.pdf
  2. https://itp.nyu.edu/physcomp/lessons/dc-motors/dc-motors-the-basics/
  3. http://www.ece.ua.edu/courses/material/EE410-Wms2/Electric%20motors.pdf
  4. https://www.monolithicpower.com
  5. https://www.top-ee.com/applications-of-dc-motor/

Другие товары для двигателей

  • Типы катушек индуктивности и сердечников
  • Типы контроллеров двигателей и приводов
  • Типы двигателей постоянного тока

    • Двигатели переменного тока

  • и двигатели постоянного тока — в чем разница?
  • Все об асинхронных двигателях — что это такое и как они работают
  • Типы двигателей переменного тока
  • Все о синхронных двигателях — что это такое и как они работают
  • Понимание двигателей

    • Однофазные промышленные двигатели

  • — как они работают?
  • Что такое двигатель с короткозамкнутым ротором и как он работает?
  • Что такое двигатель с фазным ротором и как он работает?
  • Все о реактивных двигателях — что это такое и как они работают
  • Все о бесщеточных двигателях постоянного тока: что это такое и как они работают
  • Все о двигателях с постоянными магнитами — что это такое и как они работают
  • Все о двигателях постоянного тока с обмоткой серии — что это такое и как они работают
  • Все о шунтирующих двигателях постоянного тока: что это такое и как они работают
  • Все о шаговых двигателях — что это такое и как они работают

    • Шаговые двигатели

  • и серводвигатели — в чем разница?
  • Все о контроллерах двигателей переменного тока — что это такое и как они работают
  • Синхронные двигатели и асинхронные двигатели — в чем разница?

Другие товары от Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDC)

По технологии

Дискретные и силовые модули

МОП-транзисторы

Силовые модули

Карбид кремния (SiC)

Все остальные

Управление питанием

Устройства с питанием от PoE

Драйверы ворот

Преобразование переменного тока в постоянный

Все остальные

Signal Conditioning & Control

Sensors

Motor Control

Custom & ASSP

Interfaces

Wireless Connectivity

Timing, Logic & Memory

By Solution

Automotive

Industrial

Cloud

5G & Enterprise

Интернет вещей (IoT)

Мобильный телефон

    Model   GM42BLF
    40-128-H    		 GM42BLF
    60-113    		 GM42BLF
    60-123    		 GM42BLF
    60-130    		 GM42BLF
    40-240    		 GM42BLF
    60-240    		 GM42BLF
    80-240    		 GM42BLF
    100-240    		 GM42BLF
    40-220    		 GM42BLF
    60-214    		 GM42BLF
    60-270
    Количество полюсов 8 полюсов
    Количество фаз 3 фазы
    Номинальное напряжение Volt 12 12 12 12 24 24 24 24 24 24 24
    Rated speed RPM 3000 1300 2300 3000 4000 4000 4000 4000 2000 1400 7000
    Номинальный крутящий момент Унц-дюйм 8,9 17,7 17,7 17,7 8,9 17,7 26,9 36 8. 977

    		 3 36 8.9 7,7 8.97.7 8.9 7,7 8.97.7 8.97.7.
    Nm 0.063 0.125 0.125 0.125 0.063 0.125 0.19 0.25 0.063 0.125 0.125
    Номинальный ток А 2.4 2.5 4 5 1.8 3.5 5.2 6.6 0.9 1.3 6.2
    Rated power Watt 20 16 29 38 26 52 79 105 13 18 90
    Пиковый крутящий момент Унц-дюйм 26,9 53,1 53,1 53,1 26,9 53,1 80,7 107 26,9 53,1 53,1 53. 1 53,1 53,1 53,1
    Nm 0.19 0.375 0.375 0.375 0.19 0.375 0.57 0.75 0.19 0.375 0.375
    Пиковый ток А 7,2 7 11 14 5,4 10,5 15,6 20 2,7 3,9 03,8
    Rotor inertia g.c㎡ 24 48 48 48 24 48 72 96 24 48 48
    Длина L мм 40 60 60 60 40 60 80 100 40 60 60
    Weight Kg 0.33 0.45 0. 45 0.45 0.33 0.45 0.65 0.8 0.33 0.45 0.45

    Model   GM57BLF59-230 GM57BLF80-230 GM57BLF101-230 GM57BLF122-230
    Количество полюсов 8 полюсов
    Номер фазы 3 фазы
    Номинальное напряжение Вольт 24 24 24 36
    Номинальная скорость Об/мин 3000 3000 3000 3000
    Номинальный крутящий момент Унц-дюйм 28,3 56,6 85 115
    Н·м 0,2 0,4 0,6 0,8
    Номинальный ток А 4 8 12 15
    Номинальная мощность Вт 63 125 188 250
    Пиковый крутящий момент Унц-дюйм 85 170 255 343
    Н·м 0,6 1,2 1,8 2,4
    Пиковый ток А 12 23,5 36 45
    Задняя ЭДС В/КРПМ 6. 23 6.3 6.3 6.3
    Инерция ротора g.c㎡ 120 170 220 270
    Длина корпуса мм 59 80 101 122
    Вес кг 0,65 1 1,4 2

    Model   GM57BLY
    95-130    		 GM57BLY
    115-120    		 GM57BLY
    45-230    		 GM57BLY
    55-230    		 GM57BLY
    55-265    		 GM57BLY
    75-230    		 GM57BLY
    75-270    		 GM57BLY
    95-230    		 GM57BLY
    95-215    		 GM57BLY
    115-230    		 GM57BLY
    115-215    		 GM57BLY
    115-340
    Количество полюсов 4 полюса
    Количество фаз 3 фазы
    Rated voltage Volt 12 12 24 24 24 24 24 24 24 24 24 36
    Rated speed RPM 3000 2000 3000 3000 6500 3000 7000 3000 1500 3000 1500 4000
    Rated torque Oz-in 48 64 8 16 16 32 32 48 48 64 64 64
    Nm 0. 33 0.45 0.055 0.11 0.11 0.22 0.22 0.33 0.33 0.45 0.45 0.45
    Рейтинг ток A 13 13 1,16 2,4 4,3 4,8 10 6,6 10 6,6 10 6,6 10 6,6 10 6,6 8,6 4,3 7,6
    Rated power Watt 100 100 17 35 72 70 154 105 50 140 70 180
    Пик крутящий момент унции в 144 144 24 48 48 96 96 149

    		 96 9638

    14

    		 144 192 192 192
    Nm 1 1. 35 0.165 0.33 0.33 0.66 0.66 1 1 1.35 1.35 1.35
    Пиковой ток A 40 40 3,48 7,2 12,9 14,4 30 19 1

    		 14,4 30 19 1933 197.8 9,9 25,8 12,9 22,8
    Rotor inertia g.c㎡ 173 230 32 75 75 119 119 173 173 230 230 230
    Длина L мм 95 115 45 55 55 5 95 95 115 115 115
    Weight Kg 1 1.25 0.33 0. 44 0.44 0.75 0.75 1 1 1.25 1.25 1.25

    Model   GM60BLF
    78-430    		 GM60BLF
    99-430    		 GM60BLF
    99-460    		 GM60BLF
    120-430    		 GM60BLF
    120-445    		 GM60BLF
    140-430    		 GM60BLF
    78-230    		 GM60BLF
    99-218    		 GM60BLF
    99-230    		 GM60BLF
    120-230    		 GM60BLF
    120-210    		 GM60BLF
    141-230    		 GM60BLF
    120-108    		 GM60BLF
    99-340
    Количество полюсов 8 полюсов
    Количество фаз 3 фазы
    Rated voltage Volt 48 48 48 48 48 48 24 24 24 24 24 24 12 36
    Номинальная скорость Об/мин 3000 3000 6000 3000 4500

    		80033 3000 1800 3000 3000 1000 3000 800 03083 40083
    Rated torque Oz-in 46 93 93 136 136 183 46 93 93 143 143 186 143 93
    Н·м 0,32 0,65 0. 65 0.95 0.95 1.28 0.32 0.65 0.65 1 1 1.3 1 0.65
    Rated current A 3.5 6.5 13 9.5 14 12 7 7.3 12.2 15 6 19 8 11
    Rated power Watt 100 200 400 300 450 400 100 120 204 314 100 408 80 260
    Peak torque Oz-in 140 280 280 407 407 550 137 280 280 430 430 557 430 280
    Nm 0. 96 1.95 1.95 2.85 2.85 3.84 0.96 1.95 1.95 3 3 3.9 3 1.95
    Пиковый ток А 10,5 19,5 39 28,5 42
    20 21,9 36,5 45 18 57 24 383

    Rotor inertia kg.c㎡ 0.24 0.48 0.48 0.72 0.72 0.96 0.24 0.48 0.48 0.72 0.72 0.96 0.72 0,48
    Длина L мм 78 99 99 120 120 141 78 99 99 120 120 141 120 99
    Weight Kg 0. 85 1.25 1.25 1.65 1.65 2.05 0.85 1.25 1.25 1.65 1.65 2 1.65 1,25