Корпус бесщеточного двигателя постоянного тока аналогичен по конструкции синхронному двигателю с постоянными магнитами, за исключением того, что в нем нет обмотки и пускового устройства. Его обмотка статора может быть простой однофазной или более чем трехфазной структуры. Способы соединения обмоток якоря в основном включают соединение звездой и треугольником. Электронные схемы коммутации обычно бывают мостовыми и немостовыми. , они могут быть составлены из многих вариантов. Ниже приводится простой анализ принципа работы наиболее распространенного двух-, двух-, трехфазного бесщеточного двигателя постоянного тока с шестью состояниями звезды и постоянными магнитами.
Структура трехфазного двухполюсного бесщеточного двигателя постоянного тока.
А, В и С - трехфазные обмотки статора, которые соответственно соединены с силовыми коммутационными аппаратами В1, В2, В3 по схеме электронного коммутатора, а следящий ротор датчика положения размещен на вращающемся валу двигателя . VP1, VP2 и VP3 равномерно распределены на одном конце бесщеточного двигателя постоянного тока с разницей в пространственном отношении 120 градусов. Благодаря действию вращающейся затеняющей пластины на вал двигателя положение магнитного полюса ротора определяется в зависимости от того, освещается ли светом определенное оптоэлектронное устройство.
Если фаза А обмотки статора находится под напряжением в определенный момент, ток взаимодействует с основным магнитным полем, создаваемым постоянным магнитом на роторе, для создания электромагнитного момента, так что ротор вращается, и положение магнита ротора становится электрический сигнал через датчик положения. , а затем управлять схемой электронного переключателя, чтобы каждая фазная обмотка статора включалась по очереди, а фазный ток статора менял фазы в определенном порядке при изменении положения ротора. Таким образом, последовательность проводимости схемы электронного переключателя может быть синхронизирована с углом поворота ротора для достижения эффекта механической коммутации.
Математическая модель бесщеточного двигателя постоянного тока
Трехфазный двухполюсный бесщеточный двигатель постоянного тока, внутренняя конструкция ротора, звездообразное соединение обмоток статора и три элемента Холла равномерно распределены с разницей в 120 градусов в пространстве. При этом предполагается, что мотор имеет следующие характеристики:
(1) Магнитная цепь двигателя не насыщена, а эффект вихревых токов, потери на гистерезис и реакцию якоря игнорируются;
(2) Меньше, чем влияние зубчатого крутящего момента;
(3) Все силовые устройства в цепи управления являются идеальными коммутационными устройствами.
Уравнение крутящего момента
Когда двигатель постоянного тока находится в нормальном рабочем состоянии, электромагнитный момент относится к моменту, создаваемому взаимодействием между проводником и постоянным магнитом после подачи питания на обмотку якоря. Когда двигатель работает нормально, две фазы обмотки остаются включенными одновременно, поэтому электромагнитная мощность Pm равна:
Pm=2ЭпИп
Без учета влияния коммутации тока электромагнитный момент Te двигателя равен:
Te= Pm/Wi/Np =2npEpIp/W1=2npψp Ip
В формуле Ep — пиковое значение электродвижущей силы бесщеточного двигателя постоянного тока;
Ip — текущее пиковое значение двигателя.
Ψp — пиковое значение электромагнитной потокосцепления двигателя.
Из формулы видно, что электромагнитный момент двигателя пропорционален пиковому току
уравнение движения
В общем случае уравнение движения системы имеет вид
Te – TL – Zw=J*dw/dt
В формуле Te и TL представляют собой электромагнитный момент и момент нагрузки двигателя.
W — угловая скорость двигателя;
Z - коэффициент вязкого трения.
J – момент инерции ротора двигателя.
Анализ характеристик бесщеточного двигателя постоянного тока
Пусковые характеристики
В пусковом режиме, поскольку противо-ЭДС равна нулю, ток якоря равен:
Я=Уд -2△U/2R
В формуле Uд - линейное напряжение двухфазных обмоток, включаемых двигателем;
△ U – падение мощности в цепи управления;
R - внутреннее сопротивление обмотки статора двигателя.
Из-за небольшого внутреннего сопротивления ток якоря быстро увеличивается при пуске, поэтому пусковой электромагнитный момент велик, что позволяет быстро запустить двигатель, а также запустить его непосредственно под нагрузкой. Когда скорость увеличивается, отталкивание якоря вызывает увеличение индуцированной электродвижущей силы, крутящий момент двигателя уменьшается, а скорость ускорения также уменьшается, и, наконец, он переходит в нормальное рабочее состояние, а скорость и ток якоря в это время стабильны.
При пуске двигателя без нагрузки кривая скорости и тока якоря во времени показана на рисунке.
Механические свойства
Механические характеристики относятся к взаимосвязи между скоростью двигателя и крутящим моментом электромагнита при постоянном напряжении постоянного тока Ud. Уравнение механических характеристик бесщеточного двигателя постоянного тока:
n=15/ BlπR′Wфквадрат(U-RI-L dI/dt)
После завершения вы можете получить:
n=30/π* Kt Ud – 2RTe/Ke Kt
В формуле Kt - коэффициент крутящего момента двигателя.
Ke - коэффициент индуцированной электродвижущей силы двигателя.
Ud – линейное напряжение
Видно, что существует линейная зависимость между скоростью вращения и электромагнитным моментом. Однако в реальном рабочем процессе, когда электромагнитный момент становится больше, реакция якоря будет производить определенный эффект размагничивания. В то же время, учитывая нелинейность силового устройства, управляющего цепью управления, конец кривой механической характеристики двигателя будет изгибаться вниз. .
Кривая механической характеристики бесщеточного двигателя постоянного тока показана на рисунке.
Регулировочные характеристики
Характеристика регулирования относится к изменяющемуся соотношению между скоростью двигателя и приложенным напряжением, когда электромагнитный момент двигателя постоянен. Когда бесщеточный двигатель постоянного тока находится в стабильном состоянии, игнорируя потерю силового устройства, управляющего схемой управления, существует следующее соотношение
Ud=raI плюс π/30*Ken
КТИ-ТЛ=π/30Zn
Тогда зависимость между скоростью и напряжением будет
N=30/30 KTKe плюс πraZ*(KT Ud –ra –TL)
Таким образом, можно получить кривую изменения скорости бесщеточного двигателя постоянного тока в зависимости от Ud при различном электромагнитном моменте Te, Te1<><><>
Бесщеточный двигатель постоянного тока имеет хорошие характеристики управления, но когда Ud мало, электромагнитный момент также мал, электромагнитный момент также мал, момент нагрузки не может быть ограничен, и двигатель не может быть запущен, поэтому скорость двигателя нуля, а когда Ud увеличивается. Когда оно превышает напряжение линии затвора, двигатель начинает запускаться и постепенно переходит в устойчивое состояние. Когда Ud больше, скорость также больше. При этом из-за наличия трения регулировочная характеристика не проходит через начало координат.
