Безколекторен постояннотоков двигател

Безколекторен електродвигател на флопи диск 3½ инча с демонтиран ротор, вдясно се вижда контролерът, външния ротор се обознава на английски: outrunner

Безколекторните постояннотокови електродвигатели (англ. BLDC motors) се определят като безколекторни двигатели на постоянен ток (БДПТ), понеже такъв двигател най-често се захранва от постоянно напрежение. Наричат се постояннотокови, защото регулирането на оборотите на електродвигателя се извършва с помощта на ключови транзистори които включват и изключват намотките в групи като минимума е две групи /фази. Контролерите биват сензорни и безсензорни в зависимост от начина на отчитане на позицията на ротора спрямо статора. В единия случаи се използват датчик на Хол, а в другия намотките на самия двигател се използват, за да се получи тази информация чрез обратна връзка. Това са по-общите принципи на безколекторните двигатели, въпреки че има известно припокриване.

История

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

Синхронни електродвигатели с постоянни магнити (СДПМ)

В англоезичната литература са известни като PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor).

Повечето съвременни СДПМ се конструират на базата на неодимови 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

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 прецизно балансиран ротор
• 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 фактът, че тези двигатели обикновено се използват в скъпоструващи 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 невъзможността 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. Въпреки това цената на силовата електроника с развитието на обема на производство има трайна тенденция към намаляване.

Вентилен реактивен електродвигател

Разрез на ВРД с 6 статорни и 4 роторни полюса

Вентилните реактивни електродвигатели имат проста конструкция, нямат постоянни магнити и намотки в ротора и не изискват използването на редки материали. Простата конструкция на ВРД му осигурява някои нови предимства 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.

Приложение

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

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

Четириполюсен статор на двуфазен безколекторен вентилатотор, част от компютърно охлаждане, роторът е отстранен

Приложение в компютрите

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

Приложение в други области

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 безколекторни постояннотокови двигатели са линейните двигатели, серводвигатели, задвижвания за промишлени роботи, задвижвания за металорежещи машини с ЦПУ и други.

Външни препратки

• Съвременни методи за управление на синхронни електродвигатели с постоянни магнити
• Синхронни електродвигатели
• AVR440: Управление двухфазным бесколлекторным электродвигателем постоянного тока без датчиков
• ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА – 5.4. Вентильные двигатели Архив на оригинала от 2009-03-21 в Wayback Machine.
• Реактивен електромотор без постоянни магнити