Трёхфазный бесколлекторный двигатель BLDC

1. Двигатель стиральной машины с прямым приводом

Пожалуй уже каждый слышал о стиральных машинах с прямым приводом барабана. Но до сих пор, даже не все специалисты по ремонту стиральных машин знают как устроен и как работает двигатель в такой машине.

Сама идея конечно не новая, ведь за основу взят шаговый двигатель, который уже давно получил распространение во многих электротехнических устройствах. А вот первое применение его в конструкции стиральной машины в качестве привода барабана, принадлежит корейскому концерну LG. С середины 2005 года, компания LG начала активно продвигать свою продукцию, заявляя о 10-ти летней гарантии на двигатель для стиральных машин с прямым приводом.

Сегодня, помимо LG, компании Samsung, Haier и Whirpool в ряде моделей стиральных машин стали применять подобные двигатели. Забегая вперёд, можно сказать, что компания LG не просчиталась и двигатель для прямого привода барабана действительно довольно надёжный и имеет преимущество по сравнению с более традиционным и распространённым коллекторным двигателем.

2. Устройство двигателя

Двигатель стиральной машины с прямым приводом, представляет собой трёхфазный бесколлекторный двигатель постоянного тока, отчасти похожий на шаговый двигатель, но это не совсем так. В иностранной литературе его ещё часто называют BLDC (Brushless Direct Current Motor — бесщёточный мотор постоянного тока), для удобства мы тоже будем применять эту аббревиатуру.

Такой двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Различают два вида подобных двигателей:

Inrunner, у которых магниты ротора находятся внутри статора с обмотками, и Outrunner, у которых магниты расположены снаружи и вращаются вокруг неподвижного статора с обмотками. В стиральных машинах с прямым приводом применяется Outrunner тип двигателя.

В этой статье мы ознакомим с устройством двигателя от стиральной машины LG.

3. Ротор

Рис.2 Ротор двигателя стиральной машины LG с прямым приводом

Ротор BLDC — вращающаяся часть двигателя (Рис. 2) По форме напоминает чашу, к внутренней стороне которой специальным клеем крепятся магниты прямоугольной формы. Магниты всегда имеют чётное количество и установлены с чередованием полюсов. В нашем случае установлено 12 магнитов, размер которых зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу. В центре ротора есть специальное посадочное отверстие с насечками, что позволяет, при помощи болта или гайки, закрепить ротор напрямую к валу барабана. С внешней стороны ротора, продавлено 10 щелей образующих на обратной его стороне небольшие лопасти для охлаждения обмоток статора.

4. Статор

Рис.3 Статор двигателя стиральной машины LG с прямым приводом

Статор BLDC — неподвижная часть двигателя и крепится к задней части бака стиральной машины (Рис.3) Статор состоит из нескольких листов магнитопроводящей стали заключённый в пластиковый каркас, который служит изолятором. В целом, каркас статора напоминает круг с прямоугольными зубьями. На каждый зуб статора наматывается катушка.

Обмотка трёхфазного бесколлекторного двигателя изготовлена из медной проволоки толщиной 1 мм. Классическая обмотка выполняется одним проводом для одной фазы, то есть все обмотки на зубьях одной фазы соединены последовательно. В данном случае статор имеет 36 зубьев — это значит по 12 зубьев на одну фазу. Сопротивление обмотки каждой фазы порядка 10 Ом.

Как известно, в трёхфазных двигателях, обмотки соединяют по схеме звезда или треугольник.

В нашем случае, обмотки статора соединены по схеме звезда, т.е. концы фаз имеют общую точку (Рис.4)

Поскольку в каждый момент времени работают только две фазы (при включении звездой), магнитные силы воздействуют на ротор неравномерно по всей окружности (Рис.5).

Силы, воздействующие на ротор, стараются его перекосить, что приводит к увеличению вибраций. Для устранения этого эффекта статор делают с большим количеством зубьев, а обмотку распределяют по зубьям всей окружности статора как можно равномернее (Рис. 6)

В двигателе стиральной машины LG, распределение фазных обмоток, а также относительное положение ротора и статора можно увидеть ниже (см. Рис.7). На схеме производителя, фазные обмотки обозначают буквами : V, W, U

Рис.7 Трёхфазный двигатель постоянного тока (BLDC) стиральной машины LG (общий вид)

Для контроля положения ротора применяется датчик работающий на эффекте Холла. Датчик реагирует на магнитное поле и поэтому его располагают на статоре таким образом, чтобы магниты ротора воздействовали на него.

5. Система управления трёхфазным двигателем (BLDC)

Стоит отметить, что система управления двигателем BLDC и схема её реализации аналогична схеме управления трёхфазным асинхронным двигателем описанной в другой нашей статье. Что бы в точности не повторяться, поясним всё же немного по другому.

Управление двигателем с прямым приводом построено на инверторе напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Инвертор — (от лат. inverto — поворачивать, переворачивать) — элемент вычислительной схемы, осуществляющий определённые преобразования сигнала изменяемой амплитуды и частоты. К примеру, в инверторе, сетевое напряжение 220 вольт с частотой 50 Гц, преобразуется в постоянное напряжение, а параметры питания обмоток статора двигателя могут колебаться от 0 до 120 вольт с частотой до 300 Гц.

Двигатель постоянного тока имеет три вывода (т.е. три фазы), на которые в разный момент времени подаётся «+» и «-» питания. Это реализуется при помощи IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором) представляющие электронные силовые ключи, включённые по мостовой схеме (Рис.8)

Рис.8 Условная схема силовой части инвертора и обмоток двигателя подключённых по схеме «звезда»

Замыкая ключ SW1 подаётся «+» на фазу V, а замыкая SW6 подаётся «-» на фазу U. Таким образом, ток потечет от «+» выпрямителя через фазы V и U. Для обеспечения обратного направления, открывается SW5 и SW2. В этом случае ток потечет от «+» выпрямителя через фазы U и V в обратном направлении. При работе двигателя одновременно должен быть открыт только один верхний и один нижний ключ.

При включении ключей, как показано выше, на двигатель подается полное напряжение питания. При этом двигатель развивает максимальные обороты (мощность). Чтобы обеспечить управление двигателем, нужно регулировать напряжение питания двигателя. Изменение действующего напряжения осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Дадим определение этим терминам:
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это управление средним значением напряжения на нагрузке путём изменения скважности импульсов, управляющих ключом. А скважность — это отношение периода следования (повторения) сигнала к длительности (широте) его импульса.

На (Рис.9) представлен график, иллюстрирующий применение трёхуровневой ШИМ для управления электродвигателем, которая используется в приводах асинхронных электродвигателей с переменной частотой. Напряжение от ШИ-модулятора, подаваемое на обмотку двигателя показано в виде прямоугольных импульсов. Пунктирной линией грубо изображён магнитный поток в статоре двигателя. Магнитный поток имеет приблизительно синусоидальную форму, благодаря соответствующему закону ШИМ.

Поэтому, ключи открыты не все время, а открываются, и закрываются с фиксированной частой, но изменяемой скважностью. Таким образом, изменяется действующее напряжение от нулевого до напряжения питания.

Назревает вопрос: зачем нужно менять скважность, зачем эта частота и для чего это всё нужно? Дело в том, что слишком малая частота может быть не эффективной или не обеспечивать необходимой плавности регулирования оборотов двигателя.

Рис.9 График иллюстрирующий напряжение от ШИ-модулятора, подаваемое на обмотку двигателя.

Например: если ротор двигателя имеет два полюса, то при одном полном обороте магнитного поля на статоре, ротор совершает один полный реальный оборот.

При 4 полюсах, чтобы повернуть вал двигателя на один полный оборот потребуется два оборота магнитного поля на статоре. Чем больше количество полюсов ротора, тем больше потребуется электрических оборотов для вращения вала двигателя на один оборот.

В нашем случае, имеется 12 магнитов на роторе. Для того, чтобы провернуть ротор на один оборот, потребуется 12/2=6 электрических оборотов поля. Поэтому, учитывая особенность конструкции двигателя и инверторную систему управления, для питания фаз двигателя необходима электрическая частота значительно выше 50Гц.

Чтобы добиться управления оборотами двигателя нужно наложить сигнал ШИМ, на сигналы, подаваемые на ключи. Для этого, микроконтроллер электронного блока управления, программно формирует ШИМ для каждого из ключей (IGBT). В программу контроллера, производитель закладывает определённый алгоритм и все данные для управления конкретным двигателем.

Мы пояснили немного суть системы управления двигателем, а вот детальный обзор устройства и принцип работы инверторного блока управления — очень объёмный материал и в рамках данной статьи мы рассматривать не будем.

6. Неисправности и диагностика двигателя

Как и говорилось выше, сам по себе двигатель довольно надёжный, относительно простой и в практике известны единичные случаи выхода из строя обмоток статора. Магниты на статоре имеют конечно не самое высшее качество, но их отклеивание или расколы почти не встречались.

Уязвимая деталь, пожалуй только датчик Холла. При возникновении его неисправности, отсутствует сигнал положения ротора, что приводит к некорректной работе системы питания фаз двигателя. В этом случае можно наблюдать, как ротор двигателя стопорится и издаёт дребезжащий металлический звук. В стиральных машинах LG, эта проблема зачастую сопровождается кодом неисправности «SE» на модуле интерфейса.

В отличие от коллекторного двигателя, запустить и проверить трёхфазный двигатель напрямую вне стиральной машины без каких-либо специальных приспособлений не получится, поскольку статор крепится к баку, а ротор к валу барабана стиральной машины. Поэтому, при наличии обычного цифрового мультиметра, можно проверить только сопротивление обмоток фаз статора. В связи с этим, на практике, при диагностировании неисправности, проблемную деталь двигателя или модуль управления, выявляют путём замены детали на заведомо исправную.

7. Преимущества и недостатки BLDC двигателей

Более ярким получится сравнение трёхфазного двигателя (BLDC) с традиционным коллекторным двигателем, которым оснащено большинство стиральных машин.

К преимуществу двигателей BLDC стоит отнести:

• низкий уровень шума
• относительно простая конструкция
• особое позиционирование двигателя в стиральной машине, позволяющее снизить колебание бака
• отсутствие приводного ремня, из-за которого терялась часть полезной энергии двигателя на преодоление сил трения ремня, между шкивом двигателя и шкивом барабана
• отсутствие уязвимого коллекторно-щёточного узла, имеющего ограниченный ресурс и требующего обслуживания

К недостаткам двигателя BLDC относятся:

• достаточно сложная система управления ( по сравнению с коллекторным двигателем)

Справедливости ради, стоит отметить, что двигатель стиральной машины LG с прямым приводом не идеально бесшумный. В момент пуска двигателя, из-за взаимодействия магнитных полей статора с магнитами ротора, возникают колебания последнего, сопровождающиеся характерным металлическим звоном. По мере увеличения оборотов ротора, звук становится более мягким, но всё-равно своеобразным и характерным для всех стиральных машин LG с прямым приводом барабана.

Статья подготовлена интернет-магазином A-qualux.ru

📢 Безколекторний двигун. Особливості

Безколекторний двигун постійного струму, він же безщітковий двигун, він же вентильний двигун в англомовних джерелах Brushless Direct Current Motor або Permanent Magnet Synchronous Motor ( ньому. Bürstenlosen Gleichstrommotor ). Історія серійного розвитку даного двигуна починається в 1960-х років. Принцип роботи бесколлекторного мотора відбувається з його назви — відсутність колектора — функцію якого виконує електроніка.

ПЕРЕВАГИ БЕЗЩІТКОВОГО ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ НА ВЕРСТАТІ

     Безколекторний двигун стосовно до верстатів по дереву і верстатів по металу, володіє рядом переваг перед двигунами колекторного типу, а саме:

• Відсутність колектора — сам по собі колектор є складним елементом в роботі електродвигуна, який періодично вимагає обслуговування і ремонту. Відповідно, його відсутність спрощує як конструкцію так і сервісне обслуговування.
• Безщітковий двигун — легше по конструкції і компактніше, що в свою чергу дозволяє: полегшити конструкцію верстата або за рахунок рівності вагових параметрів (якщо порівнювати по вазі з колекторним) отримати двигун більшої потужності.
• Зменшуються втрати на комутацію, роль щіток виконують електронні ключі.
• Потужність двигуна на 1 кг ваги більше + діапазон швидкостей обертання розширюється.
• У практичній роботі безколекторний двигун менше гріється, справляються з великими навантаженнями.

Єдиним недоліком даних двигунів є відносно дорогою електронний блок керування з датчиком.

Якщо ж порівнювати типи двигунів AC (Асинхронний змінного струму) та BLDC (Безщітковий постійного струму) — то можна з упевненістю сказати, що вони конкурують в певному значенні:

• АС — виграє по області застосування і серійності світового виробництва.
• BLDC — має переваги за вагою вартості обслуговування і показником потужності на одиницю ваги мотора.

На практиці це означає: що можна купити верстат з показниками потужності двигуна вище, або підібрати такий же верстат c меншою вагою і за меншою ціною.
 

Компанія Бернардо завжди приділяє особливу увагу підбору і перевірки двигуна і пропонує в своєму парку верстатів по дереву та металу доступні моделі як з безщітковими двигунами постійного струму BLDC, так і AC асинхронними змінного струму:

• Всі станки по металу з приставкою — Super/Супер/DC — оснащені безколекторними моторами. (наприклад KF 20 Super або Хобі 400 Супер)
• Інші моделі деревообробних верстатів і верстатів по металу оснащені AC електромоторами.

Для відповідності свого обладнання Європейським стандартам компанія Бернадро виробляє:
внутрішній контроль якості на виробництві;

• контроль якості після постачання на склад;
• забезпечує кожен верстат знаком Європейської системи відповідності СЕ;
• сертифікує обладнання за допомогою сторонньої експертної організації TÜV.

Купуючи верстат по металу або по дереву Bernardo ви стаєте володарем європейського обладнання пройшов контроль і готового до безпечної роботи в майстернях і на серійних виробництвах.

FACTS MACHINE 3S — ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ / ИНДУКТИВНОСТИ БЕСЩЕТОЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ — Fantom Racing

Рейтинг 0 из 5

(будьте первым, кто оставит отзыв)

Обычная цена 209,99 $ вкл. налог

—

ФАКТЫ МАШИНА 3S – ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ / ИНДУКТИВНОСТИ БЕСЩЕТОЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Представляем наш новейший инструмент для испытаний двигателей, Facts Machine 3S Precision Meter сопротивления / индуктивности 900 22 ! Этот невероятный новый инструмент позволяет вам проверить как сопротивление, так и индуктивность вашего бесщеточного двигателя! Эта информация имеет решающее значение для понимания производительности ваших двигателей.

Больше власти людям…

В наличии

Добавить в список желаний

Артикул: FAN28501

Категория: Инструменты

• Описание

• Дополнительная информация

• Отзывы (0)

Описание

ФАКТЫ МАШИНА 3S – ИЗМЕРИТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ / ИНДУКТИВНОСТИ БЕСЩЕТОЧНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Представляем наш новейший инструмент для испытания двигателей  Факты Машина 3S Прецизионный измеритель сопротивления / индуктивности ! Этот невероятный новый инструмент позволяет вам проверить как сопротивление, так и индуктивность вашего бесщеточного двигателя! Эта информация имеет решающее значение для понимания производительности ваших двигателей.

Знаете ли вы, что знание индуктивности вашего двигателя так же важно, как и знание сопротивления? Однако большинство гонщиков не обращают на это особого внимания. Большинство гонщиков заботятся только о том, чтобы получить статор с наименьшим сопротивлением, который они могут найти, однако это только половина уравнения в поиске наилучшего возможного статора. Индуктивность также играет очень важную роль в производительности вашего двигателя. Общее эмпирическое правило заключается в том, что сочетание наименьшего сопротивления и наибольшей индуктивности обеспечивает наилучшую производительность для R/C двигателей, а разницу между этими двумя числами мы называем «разбросом». Как правило, чем больше разброс, тем лучше работает двигатель. Например, при использовании обычных 17,5-витковых чисел 18,0 мОм в качестве числа сопротивления и 30,0 миллиГенри в качестве числа индуктивности, это будет разброс 12. Если бы вы могли найти еще 17,5, например, с разбросом 12,5, этот двигатель будет работать лучше на трассе по сравнению с двигателем с разбросом 12. Не зная «разброса», вы, по сути, оставляете вас в догадках о том, какой двигатель действительно лучше для вашей коробки.

Кроме того, Fantom Facts Machine 3S не производится серийно, а собирается вручную в США в соответствии с высочайшими стандартами радиоуправляемой индустрии. Калибровка Facts Machine 3S дважды проверена для максимально возможной точности с использованием резисторов и катушек индуктивности с допуском 5%, со ссылкой на наш магазин миллиомметра Instek GOM-802 и измерителя индуктивности Duoyi, поэтому вы можете быть уверены, что мы предоставляем вам самый точный тестер статора в R/C. Покупка Instek GOM-802 и качественного измерителя индуктивности стоит более 500 долларов, поэтому Facts Machine 3S является невероятной ценностью для всех серьезных гонщиков.

Теперь, с новым FACTS MACHINE 3S   Измерителем сопротивления / индуктивности , вы можете проверить два наиболее важных фактора вашего статора с помощью одного компактного и простого в использовании инструмента!

Больше никаких угадываний… Получите «ФАКТЫ» и получите преимущество над конкурентами с помощью измерителя сопротивления / индуктивности бесколлекторного двигателя FACTS MACHINE 3S!

ХАРАКТЕРИСТИКИ:

• Прецизионная калибровка с использованием миллиомметра Instek GOM-802 (такой же, как у ROAR) и измерителя индуктивности Duoyi DY-4070G
• Диапазон сопротивления: от 0 до 999 мОм
• Диапазон индуктивности: от 0 до 0,999 мГн
• Отображает значения сопротивления и индуктивности для всех 3 полюсов одновременно, пока устройство не будет сброшено (устраняет необходимость запоминать или записывать каждое значение)
• ЖК-дисплей с подсветкой
• Высококачественные зажимы сопротивления Mueller® с позолоченным покрытием и высококачественные зажимы сопротивления Кельвина
• Возможность тестирования каждого полюса по отдельности или двух полюсов одновременно
• Питание от сети переменного тока — включает сетевой блок питания 6 В
• Напечатанный на 3D-принтере чехол с логотипом Fantom
• Поставляется в прочном пенопластовом ящике для хранения
• Ручная сборка в США!

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ:

• РАЗМЕРЫ: 2,85″ (72 мм) Д x 1,58″ (40 мм) Ш x 0,72″ (18,4 мм) В (0,78″ / 20 мм В, включая экран)
• ВЕС: 2,45 унции (69,46 г)

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ ДЛЯ ПОЛНОГО РУКОВОДСТВА

Только зарегистрированные клиенты, которые приобрели этот продукт, могут оставить отзыв.

• предыдущая запись: FACTS MACHINE v3 – БЕСЩЕТОЧНЫЙ ТЕСТЕР РОТОРА
• следующая запись: НОВИНКА – универсальный инструмент для замены подшипников двигателя

Motolyser 2 Бесколлекторный тестер двигателя TEP9011

Trinity | Motolyser 2 Тестер бесколлекторных двигателей TEP9011

Перейти к основному содержанию