Бесщеточные рухавікі - гэта разнавіднасць электрарухавікоў, якія, у адрозненне ад звычайных шчотачных або вугальных рухавікоў, выдаленне драўнянага вугалю ў бесщеточных рухавікоў павялічвае эфектыўнасць і даўгавечнасць гэтых рухавікоў у параўнанні са звычайнымі вугальнымі рухавікамі.
Дзякуючы шматлікім перавагам бесщеточных рухавікоў, нашы шматлікія прылады выкарыстоўваюць бесщеточные рухавікі, каб суправаджаць вас сваёй унікальнай магутнасцю ў любой сітуацыі. Больш працяглы тэрмін службы, малы вага і меншы шум - гэта асаблівасці, якія адрозніваюць гэтыя рухавікі ад рухавікоў, якія працуюць на вугалі.
Рухавікі - гэта машыны для падачы энергіі
Калі інжынеры сутыкаюцца з праблемай распрацоўкі электрычнага абсталявання для выканання механічных задач, яны могуць падумаць пра тое, як электрычныя сігналы пераўтвараюцца ў энергію. Такім чынам, прывады і рухавікі адносяцца да прылад, якія пераўтвараюць электрычныя сігналы ў рух. Рухавікі абменьваюць электрычную энергію на механічную.
Самы просты тып рухавіка - шчотачны рухавік пастаяннага току. У гэтым тыпе рухавіка электрычны ток праходзіць праз шпулькі, размешчаныя ў фіксаваным магнітным полі. Ток стварае магнітныя палі ў шпульках; гэта прымушае зборку шпулькі круціцца, калі кожная шпулька адштурхоўваецца ад падобнага полюса і цягнецца да рознага полюса фіксаванага поля. Каб падтрымліваць кручэнне, неабходна ўвесь час рэверсаваць ток - так што палярнасці шпулькі будуць пастаянна пераварочвацца, прымушаючы шпулькі працягваць "пераследваць" розныя фіксаваныя полюсы. Харчаванне шпулек падаецца праз нерухомыя токаправодныя шчоткі, якія ўступаюць у кантакт з верціцца камутатарам; менавіта кручэнне камутатара выклікае зваротны ток праз шпулькі. Камутатар і шчоткі з'яўляюцца ключавымі кампанентамі, якія адрозніваюць матавы рухавік пастаяннага току ад іншых тыпаў рухавікоў. Малюнак 1 ілюструе агульны прынцып шчотачнага рухавіка.
Малюнак 1: Праца матавага рухавіка пастаяннага току.
Нерухомыя шчоткі падаюць электрычную энергію на верціцца камутатар. Калі камутатар круціцца, ён увесь час змяняе кірунак току ў шпулькі, змяняючы палярнасць шпулькі, каб шпулькі падтрымлівалі кручэнне направа. Камутатар круціцца, таму што ён прымацаваны да ротара, на якім устаноўлены шпулькі.
Рухавікі адрозніваюцца ў залежнасці ад тыпу сілкавання (пераменнага або пастаяннага току) і спосабу стварэння кручэння (малюнак 2). Ніжэй мы коратка разгледзім асаблівасці і выкарыстанне кожнага тыпу.
Розныя тыпы рухавікоў
Матавыя рухавікі пастаяннага току, якія адрозніваюцца простай канструкцыяй і лёгкім кіраваннем, шырока выкарыстоўваюцца для адчынення і закрыцця латкоў для дыскаў. У аўтамабілях яны часта выкарыстоўваюцца для ўцягвання, выцягвання і размяшчэння бакавых вокнаў з электрычным прывадам. Нізкі кошт гэтых рухавікоў робіць іх прыдатнымі для многіх мэтаў. Адзін недахоп, аднак, заключаецца ў тым, што шчоткі і камутатары, як правіла, адносна хутка зношваюцца ў выніку іх пастаяннага кантакту, што патрабуе частай замены і перыядычнага абслугоўвання.
Крокавы рухавік прыводзіцца ў рух імпульсамі; ён паварочваецца на пэўны кут (крок) з кожным імпульсам. Паколькі кручэнне дакладна кантралюецца колькасцю атрыманых імпульсаў, гэтыя рухавікі шырока выкарыстоўваюцца для рэгулявання становішча. Яны часта выкарыстоўваюцца, напрыклад, для кіравання падачай паперы ў факсах і прынтарах, паколькі гэтыя прылады падаюць паперу з фіксаванымі крокамі, якія лёгка суадносяцца з падлікам імпульсаў. Паўзу таксама можна лёгка кантраляваць, бо кручэнне рухавіка імгненна спыняецца, калі імпульсны сігнал перапыняецца.
У сінхронных рухавікоў кручэнне сінхронна з частатой току харчавання. Гэтыя рухавікі часта выкарыстоўваюцца для прывядзення ў рух паваротных латкоў у мікрахвалевых печах; рэдуктары ў маторным блоку могуць быць выкарыстаны для атрымання адпаведнай хуткасці кручэння для разагрэву ежы. У асінхронных рухавікоў таксама хуткасць кручэння змяняецца ў залежнасці ад частаты; але рух не сінхронны. У мінулым гэтыя рухавікі часта выкарыстоўваліся ў электрычных вентылятарах і пральных машынах.
Існуюць розныя тыпы рухавікоў, якія шырока выкарыстоўваюцца. На гэтым занятку мы разгледзім перавагі і прымяненне бесщеточных рухавікоў пастаяннага току.
Чаму рухавікі BLDC круцяцца?
Як вынікае з іх назвы, бесщеточные рухавікі пастаяннага току не выкарыстоўваюць шчоткі. У шчотачных рухавіках шчоткі падаюць ток праз камутатар у шпулькі на ротары. Такім чынам, як бесщеточный рухавік прапускае ток да шпулек ротара? Гэта не так, таму што шпулькі не размешчаны на ротары. Замест гэтага ротар - гэта пастаянны магніт; шпулькі не круцяцца, а замацаваны на месцы статара. Паколькі шпулькі не рухаюцца, няма неабходнасці ў шчотках і камутатары. (Глядзіце малюнак 3.)
У шчотачным рухавіку кручэнне дасягаецца шляхам кіравання магнітнымі палямі, якія ствараюцца шпулькамі на ротары, у той час як магнітнае поле, якое ствараецца нерухомымі магнітамі, застаецца фіксаваным. Каб змяніць хуткасць кручэння, трэба змяніць напружанне шпулек. З рухавіком BLDC круціцца пастаянны магніт; кручэнне дасягаецца змяненнем напрамку магнітных палёў, якія ствараюцца навакольнымі нерухомымі шпулькамі. Каб кантраляваць кручэнне, вы рэгулюеце велічыню і кірунак току ў гэтых шпульках.
Паколькі ротар з'яўляецца пастаянным магнітам, яму не патрэбны ток, ухіляючы неабходнасць у шчотках і камутатары. Ток у нерухомых шпульках кіруецца звонку.
Перавагі BLDC Motors
Рухавік BLDC з трыма шпулькамі на статары будзе мець шэсць электрычных правадоў (па два на кожную шпульку), якія ідуць ад гэтых шпулек. У большасці рэалізацый тры з гэтых правадоў будуць злучаны ўнутры, а тры астатнія драты ідуць ад корпуса рухавіка (у адрозненне ад двух правадоў, якія ідуць ад апісанага раней матавага рухавіка). Праводка ў корпусе рухавіка BLDC больш складаная, чым простае злучэнне станоўчых і адмоўных клем сілавога элемента; мы больш уважліва разгледзім, як працуюць гэтыя рухавікі, у другой сесіі гэтай серыі. У заключэнне мы разгледзім перавагі рухавікоў BLDC.
Адной з вялікіх пераваг з'яўляецца эфектыўнасць, паколькі гэтыя рухавікі могуць бесперапынна кіраваць пры максімальнай круцільнай сіле (моманце). Матавыя рухавікі, наадварот, дасягаюць максімальнага крутоўнага моманту толькі ў пэўных кропках кручэння. Каб шчотачны рухавік забяспечваў той жа крутоўны момант, што і бесщеточная мадэль, яму трэба будзе выкарыстоўваць вялікія магніты. Вось чаму нават невялікія рухавікі BLDC могуць забяспечваць значную магутнасць.
Другая вялікая перавага, звязаная з першай, - гэта кіравальнасць. Рухавікамі BLDC можна кіраваць з дапамогай механізмаў зваротнай сувязі, каб забяспечваць патрэбны крутоўны момант і хуткасць кручэння. Дакладнае кіраванне, у сваю чаргу, зніжае спажыванне энергіі і выпрацоўку цяпла, а ў тых выпадках, калі рухавікі працуюць ад батарэі, павялічвае тэрмін службы батарэі.
Рухавікі BLDC таксама забяспечваюць высокую трываласць і нізкі ўзровень электрычнага шуму дзякуючы адсутнасці шчотак. У шчотачных рухавікоў шчоткі і камутатар зношваюцца ў выніку бесперапыннага рухомага кантакту, а таксама ствараюць іскры ў месцах кантакту. Электрычныя шумы, у прыватнасці, з'яўляюцца вынікам моцных іскраў, якія, як правіла, узнікаюць у месцах, дзе шчоткі праходзяць над шчылінамі ў камутатары. Вось чаму рухавікі BLDC часта лічацца пераважнымі ў прылажэннях, дзе важна пазбягаць электрычных перашкод.
Ідэальныя прыкладанні для рухавікоў BLDC
Мы ўбачылі, што рухавікі BLDC забяспечваюць высокую эфектыўнасць і кіравальнасць, а таксама працяглы тэрмін службы. Дык чым яны карысныя? З-за іх эфектыўнасці і даўгавечнасці яны шырока выкарыстоўваюцца ў прыладах, якія працуюць бесперапынна. Яны даўно выкарыстоўваюцца ў пральных машынах, кандыцыянерах і іншай бытавой электроніцы; а зусім нядаўна яны з'яўляюцца ў вентылятарах, дзе іх высокая эфектыўнасць спрыяла значнаму зніжэнню энергаспажывання.
Яны таксама выкарыстоўваюцца для прывада вакуумных машын. У адным выпадку змяненне ў праграме кіравання прывяло да вялікага скачка хуткасці кручэння - прыклад найвышэйшай кіравальнасці гэтых рухавікоў.
Рухавікі BLDC таксама выкарыстоўваюцца для кручэння жорсткіх дыскаў, дзе іх даўгавечнасць забяспечвае надзейную працу дыскаў у доўгатэрміновай перспектыве, а іх энергаэфектыўнасць спрыяе зніжэнню энергіі ў вобласці, дзе гэта становіцца ўсё больш важным.
Да больш шырокага выкарыстання ў будучыні
Мы можам чакаць, што ў будучыні рухавікі BLDC будуць выкарыстоўвацца ў больш шырокім дыяпазоне прымянення. Напрыклад, яны, верагодна, будуць шырока выкарыстоўвацца для кіравання сэрвіснымі робатамі - маленькімі робатамі, якія аказваюць паслугі ў іншых сферах, акрамя вытворчасці. Можна падумаць, што крокавыя рухавікі больш падыходзяць для гэтага тыпу прымянення, дзе імпульсы можна выкарыстоўваць для дакладнага кіравання пазіцыянаваннем. Але рухавікі BLDC лепш падыходзяць для кантролю сілы. А з крокавым рухавіком для ўтрымання такой структуры, як рука робата, спатрэбіцца адносна вялікі і бесперапынны ток. З рухавіком BLDC усё, што спатрэбіцца, гэта ток, прапарцыянальны знешняй сіле, што дазваляе больш энергаэфектыўнае кіраванне. Рухавікі BLDC таксама могуць замяніць простыя матавыя рухавікі пастаяннага току ў калясках для гольфа і мабільных калясках. У дадатак да лепшай эфектыўнасці рухавікі BLDC могуць забяспечваць больш дакладнае кіраванне, што, у сваю чаргу, можа яшчэ больш падоўжыць тэрмін службы батарэі.
Рухавікі BLDC таксама ідэальна падыходзяць для беспілотнікаў. Іх здольнасць забяспечваць дакладнае кіраванне робіць іх асабліва прыдатнымі для мультыротарных беспілотнікаў, дзе становішча беспілотніка кантралюецца шляхам дакладнага кіравання хуткасцю кручэння кожнага ротара.
На гэтай сесіі мы ўбачылі, як рухавікі BLDC забяспечваюць выдатную эфектыўнасць, кіравальнасць і даўгавечнасць. Але пільны і належны кантроль неабходны для поўнага выкарыстання патэнцыялу гэтых рухавікоў. У наступным занятку мы разгледзім, як працуюць гэтыя рухавікі.
Час публікацыі: 21 жніўня 2023 г