Kas yra nuolatinės srovės variklis be šepetėlių

 

A DC variklis be šepetėlių (BLDC)yra tipiškas mechatroninis gaminys, kurį sudaro variklio korpusas ir vairuotojas. Jis taip pat vadinamas „varikliu be komutatoriaus“, nes jame nėra šepečių ir komutatoriaus (arba kolektoriaus žiedo).

 

Bešepetėlių variklių istorija siekia XIX amžių. Tuo metu amerikiečių išradėjas Nikola Tesla 1887 m. išrado asinchroninį variklį. Nors kai kurie asinchroninį variklį vadina „vienu iš bešepetėlio variklio pirmtakų“, dėl to meto technologinių apribojimų variklio kūrimas buvo gana lėtas procesas. . Tik XIX amžiaus viduryje variklio technologijos proveržis įvyko išradus ir pritaikius tranzistorių. Vietoj tradicinio šepečio ir komutatoriaus panaudojus tranzistorių komutavimo grandinę, oficialiai gimė elektroniniu būdu komutuojami nuolatinės srovės varikliai. Šis naujas bešepetėlis variklis ne tik įveikia techninius asinchroninio variklio defektus, bet ir labai pagerina efektyvumą bei patikimumą.

 

Šiais laikais bešepetėlis nuolatinės srovės variklis plačiai naudojamas elektrinių įrankių, buitinių prietaisų ir pramoninės automatikos srityse dėl didelio efektyvumo, mažos priežiūros ir ilgo tarnavimo laiko.

 

 

1. Greičio reguliavimo režimai

Variklis be šepetėlių gali pakeisti tradicinįšlifuotas nuolatinės srovės variklisgreičio reguliavimui ir netgi pakeiskite keitiklio + inverterio variklio arba asinchroninio variklio + reduktoriaus greičio reguliavimo sistemą. Jai nereikia papildomos greičio keitimo įrangos ir tiesiogiai realizuojamas efektyvus greičio reguliavimas.

 

2. Anglies šepetėlio ir slydimo žiedo konstrukcija

Šepečiuose varikliuose naudojami angliniai šepečiai ir slydimo žiedai, kad būtų galima perduoti elektros energiją, o naudojant šios dalys susidėvės, todėl padaugės priežiūros darbų. Kita vertus, varikliai be šepetėlių pašalina anglies šepetėlius ir slydimo žiedo struktūrą, pašalina šių komponentų susidėvėjimą ir pagerina variklio tarnavimo laiką bei patikimumą.

 

3. Mažo greičio, didelės galios veikimas

Varikliai be šepetėlių gali pasiekti didelę galią esant mažam greičiui ir gali tiesiogiai valdyti dideles apkrovas be greičio reduktoriaus, todėl sumažėja mechaninės įrangos sudėtingumas ir dydis.

 

4. Tūris ir svoris

Varikliai be šepetėlių yra maži ir lengvi, tačiau turi labai didelę galią, o tai suteikia jiems pranašumą nešiojamuose ir kompaktiškuose įrenginiuose.

 

5. Sukimo momento charakteristikos

Bešepetėlis variklis pasižymi puikiomis sukimo momento charakteristikomis, ypač esant mažam ir vidutiniam greičiui. Dėl didelio paleidimo momento ir mažos paleidimo srovės jis tinka naudoti tais atvejais, kai reikia dažnai paleisti ir stabdyti.

 

6. Greičio reguliavimas ir perkrovos pajėgumas

Variklis be šepetėlių turi bepakopį greičio reguliavimo funkciją, platų greičio reguliavimo diapazoną ir turi didelę perkrovos galią, prisitaikydamas prie įvairių sudėtingų darbo sąlygų.

 

7. Paleidimo ir stabdymo charakteristikos

Varikliai be šepetėlių, pasižymintys geromis švelnaus paleidimo ir švelnaus sustabdymo charakteristikomis, gali panaikinti tradicinių mechaninių ar elektromagnetinių stabdžių įtaisų poreikį, o tai dar labiau supaprastina sistemos sudėtingumą.

 

8. Efektyvumas ir energijos taupymas

Varikliai be šepetėlių yra labai efektyvūs, nes nėra anglies šepetėlių ar sužadinimo nuostolių. Tuo pačiu metu, kadangi varikliai be šepetėlių nereikalauja kelių pakopų greičio mažinimo, bendras energijos taupymas gali siekti 20–60 % ar net daugiau.

 

9. Patikimumas ir stabilumas

Varikliai be šepetėlių yra stabilūs, lengvai remontuojami ir prižiūrimi, pritaikomi ir puikiai veikia įvairiose atšiauriose aplinkose, pvz., nelygiose ir vibruojančiose situacijose.

 

10. Triukšmas ir tarnavimo laikas

Varikliai be šepetėlių veikia tyliau ir sklandžiau, su mažiau vibracijos ir triukšmo, o jų tarnavimo laikas yra ilgesnis nei varikliai su šepetėliais, nes nėra anglinių šepetėlių, kurie nusidėvi.

 

11. Kibirkštys ir sprogstamumas

Šepetuoti varikliai gali sukelti kibirkštis dėl anglies šepetėlių kontakto, o varikliai be šepetėlių šios problemos neturi ir yra ypač tinkami ten, kur reikalinga apsauga nuo sprogimo. Be to, norint toliau optimizuoti veikimą, galima pasirinkti variklius be šepetėlių su trapecijos arba sinusoidiniu magnetiniu lauku.

 

 

Supratę pagrindines bešepetėlio nuolatinės srovės variklio sąvokas ir pranašumus, taip pat turėtume suprasti, kaip jis veikia. Skirtingai nuo tradicinių šepečių variklių, jis naudoja elektroninę valdymo sistemą, kad reguliuotų srovę ir komutaciją rotoriaus varymui. Toliau pateikiamas įvadas, kaip veikia nuolatinės srovės variklis be šepetėlių ir pagrindiniai jo komponentai.

 

1. Elektroninės komutavimo sistemos

Pagrindinė nuolatinės srovės variklio be šepetėlių savybė yra tai, kad įprastuose varikliuose nėra šepečių ir mechaninių komutatorių. Vietoj to yra elektroninė komutavimo sistema, kurią valdo PCB mazgas. Sistema perjungia srovės kryptį pagal rotoriaus padėtį, taip įgalindama nuolatinį rotoriaus sukimąsi. Rotoriaus padėtis paprastai stebima Holo jutiklių ar kitų padėties detektorių pagalba, o elektroninis valdiklis nuolat reguliuoja apvijos srovę pagal jutiklio signalus.

 

2. Statoriaus ir rotoriaus sąveika

Bešepetėlio nuolatinės srovės variklio statorius yra fiksuotas ir susideda iš statoriaus šerdies ir aplink jį apvyniotų apvijų. Kai srovė praeina per apvijas, susidaro besisukantis magnetinis laukas. Šis magnetinis laukas, kurį sukuria statorius, sąveikauja su magnetais (nuolatiniais magnetais) rotoriuje, kad suktų rotorių.

 

Statorius:Statoriaus apvijos sukuria elektromagnetinį lauką, kuris sukasi kartu su srove, kurią varo elektroninis komutacijos valdiklis.

 

Rotorius:Rotorius susideda iš magnetų ir rotoriaus šerdies. Pasikeitus statoriaus elektromagnetiniam laukui, nuolatiniai magnetai ant rotoriaus yra veikiami patrauklių ir atstumiančių jėgų ir pradeda suktis.

 

3. Pagrindiniai veikimo žingsniai

Pradedama:Kai srovė teka per statoriaus apvijas, statoriaus apvijų sukurtas magnetinis laukas sąveikauja su nuolatiniais rotoriaus magnetais, sukuriant sukimo momentą, kuris pradeda suktis. Varikliai be šepetėlių turi didelį paleidimo momentą ir santykinai mažą paleidimo srovę.

 

Veikimas be apkrovos:Jei nėra išorinės apkrovos, variklis veikia labai efektyviai, o elektroninis valdiklis reguliuoja srovę apvijose pagal jutiklio grįžtamąjį ryšį, kad rotorius nuolat suktųsi.

 

Važiavimas esant apkrovai:Kai variklis prijungtas prie apkrovos, rotorius generuos daugiau sukimo momento, kad įveiktų apkrovą. Elektroninis komutatorius automatiškai reguliuoja srovę pagal apkrovos pokyčius, užtikrindamas, kad variklis veiktų sklandžiai esant skirtingoms apkrovoms.

 

4. Sukimo momento charakteristikos ir greičio reguliavimas

Nuolatinės srovės varikliai be šepetėlių užtikrina puikias sukimo momento charakteristikas, ypač esant mažam ir vidutiniam greičiui. Dėl bepakopės greičio reguliavimo funkcijos ir plataus greičio diapazono variklis gali išlaikyti stabilų sukimo momentą esant įvairiems sūkiams. Dėl šios savybės BLDC varikliai tinka įvairioms reikmėms, kurioms reikalingas didelio tikslumo valdymas, pavyzdžiui, pramoninė automatika ir elektriniai įrankiai.

 

5. Elektroninių valdiklių privalumai

BLDC variklių tarnavimo laikas ir efektyvumas labai pagerėjo dėl elektroninės komutavimo sistemos, kuri pakeičia įprastų variklių anglinius šepetėlius ir komutatorių. Variklyje nėra šepečių, kurie nusidėvi, todėl sumažėja priežiūros poreikis, taip pat sumažėja triukšmas ir elektromagnetiniai trukdžiai. Be to, elektroninis valdiklis leidžia švelniai užvesti ir švelniai sustabdyti, todėl variklis veikia sklandžiau ir mažiau veikia mechaninę konstrukciją.

 

 

Bešepetėlio nuolatinės srovės variklio gamybos procese pagrindinių komponentų surinkimas yra efektyvaus variklio veikimo užtikrinimo pagrindas. Toliau pateikiama tipinė vieno iš mūsų (VSD) vidinio rotoriaus bešepetėlių nuolatinės srovės variklių struktūra ir gamybos procesas.

 

Įvadas į pagrindinius komponentus

1. priekinio galo dangtis 2. korpusas 3. apvijos 4. statoriaus šerdis

5. Nuolatiniai magnetai 6. Rotoriaus šerdis 7. Galinės apvijos ritės ir priekinės apvijos ritės 8. PCB mazgai

9. priekiniai ir galiniai guoliai 10. galinis dangtis 11. velenai 12. tarpikliai ir laikantys žiedai

 

gamybos procesas

Statoriaus surinkimo surinkimas

Pirmiausia korpuse pritvirtinama statoriaus šerdis, po to apvijamos apvijos ant statoriaus šerdies, o apvijos pritvirtinamos naudojant priekinę ir galinę apvijų ritę, siekiant užtikrinti, kad ritės būtų tvarkingai išlygiuotos ir nebūtų paveiktos išorinės vibracijos ar trinties. Užbaigus apviją, PCB mazgas prijungiamas, kad būtų palaikomas srovės reguliavimas ir variklio valdymas.

 

Rotoriaus mazgas

Nuolatiniai magnetai yra sumontuoti ant rotoriaus šerdies, kad būtų užtikrintas tvirtas prigludimas. Rotoriaus šerdis yra pritvirtinta prie veleno, kad būtų užtikrintas tikslus tarpas tarp nuolatinių magnetų ir statoriaus apvijų, kad būtų užtikrintas efektyvus magnetinio lauko veikimas.

 

Guolių ir kitų atramų surinkimas

Sumontuokite priekinius ir galinius guolius ant priekinio galo ir galinio dangtelio, kad palaikytumėte sklandų variklio veleno sukimąsi. Taip pat įstatykite tarpiklius ir tvirtinimo žiedus, kad užtikrintumėte, jog guoliai ir kitos dalys yra tvirti ir neatsilaisvinę.

 

Pilnas mašinos surinkimas

Iš eilės surinkite korpusą, statorių, rotorių, veleną ir priekinius bei galinius dangtelius. Įsitikinkite, kad kiekviena dalis tvirtai priglunda, ypač tarpas tarp statoriaus ir rotoriaus turi būti tiksliai sureguliuotas, kad būtų užtikrintas efektyvus variklio veikimas.

 

Testavimas ir derinimas

Surinkus variklį, tikrinamas variklio veikimas, įskaitant tuščiosios eigos bandymą, apkrovos bandymą ir sukimo momento charakteristikų bandymą, siekiant užtikrinti, kad variklis atitinka konstrukcijos reikalavimus ir veikia sklandžiai be jokių anomalijų.

 

 

Norint užtikrinti tinkamą gerai pagaminto bešepetėlio nuolatinės srovės variklio veikimą ir stabilų veikimą, būtina periodiškai tikrinti variklio būseną. Toliau pateikiami įprasti nuolatinės srovės variklio be šepetėlių tikrinimo būdai:

 

1. Testavimas be apkrovos

Bandymas be apkrovos skirtas patikrinti nuolatinės srovės variklio be šepetėlių veikimą, kai nėra prijungta išorinė apkrova, siekiant užtikrinti, kad variklis užsives ir veiks tinkamai. Veiksmai yra tokie:

 

Bandymo žingsniai:

Prijunkite variklį prie pavaros maitinimo šaltinio, nepalikdami išorinių apkrovų.

 

Palaipsniui didinkite įėjimo įtampą ir stebėkite, ar variklis gali užvesti sklandžiai.

 

Stebi variklio greitį ir darbinę srovę, kad užtikrintų, jog variklio apsisukimų dažnis ir srovė yra normaliose vardinės įtampos diapazone.

 

Kontroliniai taškai:

Ar variklis veikia sklandžiai visame įtampos diapazone.

 

Ar paleidimo metu girdimas nenormalus triukšmas arba perkaitimas.

 

Ar tuščiosios eigos srovė atitinka techninius reikalavimus, jei tuščiosios eigos srovė yra per didelė, tai gali reikšti, kad yra apvijos ar grandinės gedimas.

 

2. Apkrovos testavimas

Apkrovos bandymas skirtas patikrinti variklio veikimą veikiant apkrovai, siekiant užtikrinti, kad jis atitiktų projektavimo reikalavimus. Konkrečios operacijos yra tokios:

 

Bandymo žingsniai:

Prijunkite variklį prie išorinių apkrovų, pvz., pavarų, įrangos ar bandymo įrenginių.

 

Paleiskite variklį skirtingomis apkrovos sąlygomis ir užrašykite variklio greitį, sukimo momentą ir srovę.

 

Palaipsniui didinkite apkrovą ir stebėkite variklio reakciją ir stabilumą esant skirtingoms apkrovoms.

 

Kontroliniai taškai:

Ar variklis gali nuolat sklandžiai veikti esant vardinei apkrovai.

 

Ar padidinus apkrovą variklio srovė ir sukimo momentas keičiasi taip, kaip tikimasi.

 

Patikrinkite, ar nėra neįprastos vibracijos, perkaitimo ar triukšmo, ir įsitikinkite, kad variklis neblogėja veikiant apkrovai.

 

3. Sukimo momento charakteristikų bandymas

Sukimo momento apibūdinimo testas skirtas įvertinti nuolatinės srovės variklio bešepetėliu sukimo momentą esant įvairiems greičiams, siekiant užtikrinti, kad variklis galėtų tiekti pakankamai galios paleidimo ir veikimo metu.

 

Bandymo žingsniai:

Naudokite sukimo momento matavimo įrangą, kad galėtumėte stebėti variklio sukimo momentą esant įvairiems greičiams ir apkrovoms.

 

Patikrinkite variklio paleidimo sukimo momentą, kad įsitikintumėte, jog yra pakankamai sukimo momento esant mažai paleidimo srovei.

 

Išbandykite variklio sukimo momento charakteristikas esant mažam ir vidutiniam greičiui, kad patikrintumėte, ar laikomasi projektavimo reikalavimų.

 

Kontroliniai taškai:

Ar paleidžiant yra pakankamai paleidimo momento, kad būtų galima sklandžiai paleisti įrangą.

 

Ar sukimo momentas išlieka stabilus esant mažam ir vidutiniam greičiui ir ar jis ilgą laiką tinka variklio veikimo sąlygoms.

 

Nesvarbu, ar bandymo metu atsiranda nestabilus sukimo momentas, gali būti susiję su apvijos arba valdymo grandinės gedimu.

 

Atlikdami pirmiau nurodytus tris bandymus, iš esmės galite visapusiškai suprasti nuolatinės srovės variklio be šepetėlių veikimą ir užtikrinti, kad jis galėtų stabiliai ir patikimai veikti skirtingomis eksploatavimo sąlygomis. Reguliarūs patikrinimai padeda laiku nustatyti galimas problemas ir prailgina variklio tarnavimo laiką.