Безколекторен постояннотоков двигател

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Безколекторен eлектродвигател на флопи диск 3 ½ " с демонтиран ротор. Вдясно се вижда контролера.

Безколекторните (вентилни) постояннотокови eлектродвигатели (в англоезичната литература BLDC) се определят като безколекторни двигатели на постоянен ток (БДПТ), понеже такъв двигател най-често се захранва от постоянно напрежение. Наричат се вентилни, защото регулирането на режима на електродвигателя се извършва с помощта на управляеми вентилни (полупроводникови) преобразуватели на електрическата енергия. Електронен контролер замества четките, като непрекъснато превключва фазата на намотките, за да се запази полето на двигателя. Контролерите биват сензорни и безсензорни в зависимост от начина на отчитане на позицията на ротора спрямо статора. В единия случаи се използват специални сензорни датчици на хол, а в другия намотките на вентилния ел.двигател се използват за да се получи тази информация.

Най-често това е синхронен двигател с постоянни магнити, но може също да бъде и вентилен реактивен електродвигател.Тази страница описва по-общите принципи на безколекторните двигатели, въпреки че има известно припокриване.

История[редактиране | edit source]

Първите сведения за комерсиална употреба на безколекторни двигатели са от 1886 година [1], но реално този тип задвижване започва масово да се прилага след 1962 г.[2][3]

Синхронни вентилни електродвигатели с постоянни магнити (СДПМ)[редактиране | edit source]

В англоезичната литература са известни като PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor). Повечето съвременни СДПМ се конструират на базата на неодимови магнити. Те представляват постоянни магнити, направени от сплав на неодим, желязо и бор (Nd2Fe14B). Също така се използват постоянни магнити от типа Alni, Alnico и Ticonal.Благодарение на високите си експлоатационни качества, СДПМ са най-перспективните двигатели за малки и средни мощности.

Предимства и недостатъци[редактиране | edit source]

СДПМ двигателите са проектирани да съчетават най-добрите качества на AC двигателите и двигателите за постоянен ток.

Предимства:

  • Широк диапазон за регулиране на скоростта
  • Липса на възли, които изискват честа поддръжка (колектор)
  • Може да се използва във взривопасна среда (няма искрене)
  • Голям капацитет на претоварване за кратко време
  • Висока производителност на енергия ( КПД над 90%)
  • Дълъг живот и висока надеждност поради липсата на четки.
  • Синхронните машини с постоянни магнити са с по-малка маса - около 25%;

За този тип двигатели са характерни и някои недостатъци,като основният е високата цена. Въпреки това, когато говорим за цената, трябва да се вземе под внимание и факта, че тези двигатели обикновено се използват в скъпо струващи системи с високи изисквания по отношение на точност и надеждност.

Недостатъци:

  • Висока цена на двигателя, поради употребата на скъпи постоянни магнити в конструкцията на ротора.
  • Трудно пускане-необходимо е да се завърти роторът в посоката на въртене на магнитното поле на статора, но поради липсата на пускова кафезна намотка и невъзможноста да се изключи магнитното поле, създавано от постоянните магнити, възниква асинхронен спирачен момент, създаден в резултат от взаимодействието между полетата на статора и постоянните магнити;
  • При движение на празен ход СДПМ се нагряват силно и е необходимо да се предвиди охлаждане на статора.
  • Относително сложна структура на двигателя и управлението му.

Вентилен реактивен електродвигател[редактиране | edit source]

Разрез на ВРД с 6 статорни и 4 роторни полюса

Вентилните реактивни електродвигатели имат проста конструкция, поддържат се лесно, нямат постоянни магнити, роторни намотки и не изискват използването на редки материали.Простата конструкция на ВРД му осигурява по-висока надеждност в сравнение с другите видове електромотори. Електрическите намотки на ВРД са независими една от друга,и дори в случай на напълно окъсила намотка двигателя продължава да функционира.Цената на ВРД е най-ниската от всички известни модели на електрически машини. Скъпа част в системата е само електронния инвертор, който е задължителен за всички съвременни задвижвания с променлива скорост. Въпреки това, цената на силовата електроника с развитието на обема на производство има трайна тенденция към намаляване.

Приложение[редактиране | edit source]

БДПТ изпълняват много функции, които в миналото са извършвани от колекторните DC електромотори, но цената и сложността им не позволяват замяната във всички области.

БДПТ монтиран на велосипед.

Приложение в транспорта[редактиране | edit source]

Безчеткови електродвигатели с голяма мощност се прилагат в електромобилите и хибридните автомобили. Тези мотори са по същество AC синхронни двигатели с постоянни магнити ротори.Разработват се и безколекторни електромотори, монтирани директно в колелата на автомобилите,които намаляват фрикционната загуба на енергия и спестяват място.[4] Електрическите велосипеди използват безчеткови мотори, вградени в центъра на задното колело, със статор фиксиран към оста и магнити, прикрепени към ротора.[5]

Четири полюсен статор на двуфазен безколекторен вентилатотор, част от компютърно охлаждане-ротора е отстранен.

Приложение в компютрите[редактиране | edit source]

БДПТ електродвигателите доминират в компютърните твърди дискове и CD / DVD плейърите. Малките вентилатори в електронното оборудване се захранват вече само от безчеткови електродвигатели.Причината да се премине към този вид задвижване е драстичното намаляване на мощността, необходима за работа в сравнение с класическите AC мотори, [6] и защото вграденият микропроцесор осигурява програмиране за по-добър контрол на въздушния поток .Това позволява плавно регулиране на въздушната струя и обратна връзка с хардуера.

Приложение в други области[редактиране | edit source]

Безколекторните електродвигатели са идеално пригодени за индустриални приложения, поради тяхната висока енергийна плътност, добра скорост, въртящ момент, висока ефективност, широк спектър на скоростта и лесна поддръжка. Най-честата употреба на безчеткови постояннотокови двигатели са линейни мотори, серводвигатели, задвижвания за промишлени роботи, задвижвания за металорежещи машини с ЦПУ и други.[7]

Източници[редактиране | edit source]

  1. Frank Julian Sprague#Joining the emerging electrical industry
  2. http://www.powertecmotors.com/a0201el.pdf
  3. T.G. Wilson, P.H. Trickey, "D.C. Machine. With Solid State Commutation", AIEE paper I. CP62-1372, October 7, 1962
  4. Мотори в колелата вместо двигатели между тях
  5. www.E-BikeKit.com
  6. Motors-HVAC-Systems ECMs and HVAC Systems
  7. Ohio Electric Motors. Brushless DC Motors Used in Industrial Applications. Ohio Electric Motors. 2012.

Външни препратки[редактиране | edit source]