به منظور حل مشکلات کنترل سیستم های دقیق مدرن، موتور براشلس به طور فزاینده ای مورد استفاده قرار می گیرد. این با مزیت بزرگ چنین دستگاه هایی و همچنین شکل گیری فعال قابلیت های محاسباتی میکروالکترونیک مشخص می شود. همانطور که می دانید، آنها می توانند تراکم گشتاور طولانی و کارایی انرژی در مقایسه با انواع دیگر موتورها ارائه دهند.
شماتیک موتور براشلس
موتور از قطعات زیر تشکیل شده است:
1. پشت جلد.
2. استاتور.
3. بلبرینگ.
4. دیسک مغناطیسی (روتور).
5. بلبرینگ.
6. استاتور سیم پیچی.7. جلوی قاب.
موتور بدون جاروبک رابطه ای بین سیم پیچ چندفاز استاتور و روتور دارد. آنها دارای آهنرباهای دائمی و سنسور موقعیت داخلی هستند. سوئیچینگ دستگاه با استفاده از مبدل سوپاپ اجرا می شود که در نتیجه چنین نامی دریافت کرد.
مدار یک موتور براشلس از یک پوشش عقب و یک برد مدار چاپی از سنسورها، یک آستین یاتاقان، یک شفت ویاتاقان، آهنرباهای روتور، حلقه عایق، سیم پیچ، فنر Belleville، اسپیسر، سنسور هال، عایق، محفظه و سیم.
در مورد اتصال سیم پیچ ها با "ستاره"، دستگاه دارای گشتاورهای ثابت زیادی است، بنابراین از این مجموعه برای کنترل محورها استفاده می شود. در صورت بستن سیم پیچ ها با "مثلث"، می توان از آنها برای کار در سرعت های بالا استفاده کرد. اغلب، تعداد جفت قطب ها با تعداد آهنرباهای روتور محاسبه می شود که به تعیین نسبت چرخش های الکتریکی و مکانیکی کمک می کند.
استاتور را می توان با هسته بدون آهن یا آهن ساخت. با استفاده از چنین طرح هایی با گزینه اول می توان از جذب نشدن آهنرباهای روتور اطمینان حاصل کرد، اما در همان لحظه به دلیل کاهش مقدار گشتاور ثابت، راندمان موتور 20 درصد کاهش می یابد.
از نمودار می توان دریافت که در استاتور جریان در سیم پیچ ها و در روتور با کمک آهنرباهای دائمی پرانرژی ایجاد می شود.
نمادها: - VT1-VT7 - ترانزیستورهای ارتباطی؛ - A, B, C - فازهای سیم پیچ؛
- M - گشتاور موتور؛
- DR - حسگر موقعیت روتور؛- U - تنظیم کننده ولتاژ منبع تغذیه موتور؛
- S (جنوب)، N (شمال) - جهت آهنربا؛
- UZ - مبدل فرکانس؛
- BR - سرعت سنسور;
- VD – دیود زنر;
- L یک سلف است.
نمودار موتور نشان می دهد که یکی از مزایای اصلی روتوری که آهنرباهای دائمی در آن نصب شده است، کاهش قطر آن است.و در نتیجه کاهش ممان اینرسی. چنین دستگاه هایی را می توان در خود دستگاه تعبیه کرد یا روی سطح آن قرار داد. کاهش این شاخص اغلب منجر به مقادیر کمی از تعادل لحظه اینرسی خود موتور و بار وارد شده به شفت آن می شود که عملکرد درایو را پیچیده می کند. به همین دلیل، سازندگان می توانند ممان اینرسی استاندارد و 2 تا 4 برابر بیشتر ارائه دهند.
اصول کار
امروزه موتور بدون جاروبک بسیار محبوب شده است که اصل عملکرد آن بر اساس این واقعیت است که کنترل کننده دستگاه شروع به تغییر سیم پیچ استاتور می کند. به همین دلیل، بردار میدان مغناطیسی همیشه با زاویه ای نزدیک به 900 (900-) نسبت به روتور جابه جا می شود. کنترل کننده برای کنترل جریانی که از سیم پیچ های موتور عبور می کند، از جمله بزرگی میدان مغناطیسی استاتور طراحی شده است. بنابراین امکان تنظیم لحظه ای که روی دستگاه اثر می گذارد وجود دارد. یک توان از زاویه بین بردارها می تواند جهت چرخشی را که روی آن عمل می کند تعیین کند.
باید در نظر گرفت که ما در مورد درجات الکتریکی صحبت می کنیم (آنها بسیار کوچکتر از درجات هندسی هستند). به عنوان مثال، بیایید یک موتور براشلس با روتور را محاسبه کنیم که دارای 3 جفت قطب است. سپس زاویه بهینه آن 900/3=300 خواهد بود. این جفت ها 6 فاز از سیم پیچ های سوئیچینگ را فراهم می کنند، سپس معلوم می شود که بردار استاتور می تواند در پرش های 600 حرکت کند. از اینجا می توان دریافت که زاویه واقعی بین بردارها لزوماً از 600 تا 600 تغییر می کند.1200 شروع از چرخش روتور.
موتور سوپاپ که اصل عملکرد آن مبتنی بر چرخش فازهای سوئیچینگ است که به دلیل آن جریان تحریک با حرکت نسبتاً ثابت آرمیچر حفظ می شود، پس از تعامل آنها شروع به تشکیل یک چرخش می کند. لحظه او عجله می کند تا روتور را به گونه ای بچرخاند که تمام جریان های تحریک و آرمیچر با هم منطبق شوند. اما در حین چرخش، سنسور شروع به تغییر سیم پیچ ها می کند و جریان به مرحله بعدی می رود. در این مرحله، بردار حاصل حرکت می‌کند، اما نسبت به شار روتور کاملاً ثابت می‌ماند که در نهایت یک گشتاور شفت ایجاد می‌کند.
مزایا
با استفاده از موتور براشلس در کار، می توان به مزایای آن اشاره کرد:
- امکان استفاده از محدوده وسیع برای تغییر سرعت؛
- دینامیک و عملکرد بالا؛
- حداکثر دقت موقعیت یابی؛
- هزینه نگهداری کم؛
- دستگاه را می توان به اجسام ضد انفجار نسبت داد؛
- توانایی تحمل بارهای اضافی بزرگ را در لحظه چرخش دارد؛
- راندمان بالا، که بیش از 90٪ است؛
- تماس های الکترونیکی کشویی وجود دارد که به طور قابل توجهی عمر کاری و عمر مفید را افزایش می دهد؛
- بدون گرم شدن بیش از حد موتور الکتریکی در طول کارکرد طولانی مدت.
عیوب
علی رغم مزایای بسیار زیاد، موتور براشلس در عملکرد معایبی نیز دارد:
- کنترل موتور نسبتاً پیچیده؛- نسبتاًقیمت بالای دستگاه به دلیل استفاده از روتور در طراحی آن که دارای آهنرباهای دائمی گران قیمت است.
موتور رلوکتانس
موتور رلوکتانس سوپاپ وسیله ای است که در آن مقاومت مغناطیسی سوئیچینگ ارائه می شود. در آن، تبدیل انرژی به دلیل تغییر در اندوکتانس سیم‌پیچ‌ها رخ می‌دهد که در هنگام حرکت روتور مغناطیسی دندانه‌دار روی دندان‌های استاتور برجسته قرار دارند. این دستگاه برق را از یک مبدل الکتریکی دریافت می کند که به طور متناوب سیم پیچ های موتور را با توجه به حرکت روتور تغییر می دهد.
موتور رلوکتانس سوئیچینگ یک سیستم پیچیده پیچیده است که در آن اجزایی با ماهیت فیزیکی مختلف با هم کار می کنند. طراحی موفق چنین وسایلی مستلزم دانش عمیق طراحی ماشین و مکانیک و همچنین الکترونیک، الکترومکانیک و فناوری ریزپردازنده است.
دستگاه مدرن به عنوان یک موتور الکتریکی عمل می کند و به همراه یک مبدل الکترونیکی عمل می کند که با فناوری یکپارچه با استفاده از یک ریزپردازنده تولید می شود. این به شما امکان می دهد کنترل موتور با کیفیت بالا را با بهترین عملکرد در پردازش انرژی انجام دهید.
ویژگی های موتور
چنین دستگاه هایی دارای دینامیک بالا، ظرفیت اضافه بار بالا و موقعیت یابی دقیق هستند. از آنجایی که هیچ قسمت متحرکی وجود ندارد،استفاده از آنها در یک محیط تهاجمی انفجاری امکان پذیر است. چنین موتورهایی را موتورهای بدون جاروبک نیز می نامند، مزیت اصلی آنها در مقایسه با موتورهای کلکتور سرعت است که به ولتاژ تغذیه گشتاور بارگذاری بستگی دارد. همچنین، یکی دیگر از ویژگی های مهم، عدم وجود عناصر ساینده و ساینده است که باعث تغییر کنتاکت ها می شود که منبع استفاده از دستگاه را افزایش می دهد.
موتورهای BLDC
همه موتورهای DC را می توان بدون جاروبک نامید. آنها با جریان مستقیم کار می کنند. مجموعه برس برای ترکیب الکتریکی مدارهای روتور و استاتور ارائه شده است. چنین بخشی آسیب پذیرترین و نگهداری و تعمیر آن نسبتاً دشوار است.
موتور BLDC مانند همه دستگاه های سنکرون از این نوع کار می کند. این یک سیستم بسته شامل مبدل نیمه هادی قدرت، سنسور موقعیت روتور و هماهنگ کننده است.
موتورهای AC
این دستگاه ها برق مورد نیاز خود را از برق AC تامین می کنند. سرعت چرخش روتور و حرکت اولین هارمونیک نیروی مغناطیسی استاتور کاملاً منطبق است. این زیرگروه موتورها را می توان در توان های بالا استفاده کرد. این گروه شامل دستگاه های استپ و شیر راکتیو می باشد. یکی از ویژگی های متمایز دستگاه های پله ای، جابجایی زاویه ای گسسته روتور در طول کار آن است. منبع تغذیه سیم پیچ ها با استفاده از اجزای نیمه هادی شکل می گیرد. موتور سوپاپ توسط کنترل می شودجابجایی متوالی روتور، که باعث تغییر قدرت آن از یک سیم پیچ به سیم پیچ دیگر می شود. این دستگاه را می توان به تک فاز، سه فاز و چند فاز تقسیم کرد که اولین آنها ممکن است دارای سیم پیچ راه اندازی یا مدار تغییر فاز باشد و همچنین به صورت دستی راه اندازی شود.
اصل عملکرد موتور سنکرون
موتور سنکرون سوپاپ بر اساس برهمکنش میدان های مغناطیسی روتور و استاتور عمل می کند. از نظر شماتیک، میدان مغناطیسی در طول چرخش را می توان با مثبت های همان آهنرباها که با سرعت میدان مغناطیسی استاتور حرکت می کنند، نشان داد. میدان روتور همچنین می تواند به عنوان یک آهنربای دائمی که همزمان با میدان استاتور می چرخد به تصویر کشیده شود. در صورت عدم وجود گشتاور خارجی که به شفت دستگاه اعمال می شود، محورها کاملاً منطبق می شوند. نیروهای عامل جاذبه از کل محور قطب ها عبور می کنند و می توانند یکدیگر را جبران کنند. زاویه بین آنها صفر است.
اگر گشتاور ترمز بر روی شفت ماشین اعمال شود، روتور با تاخیر به سمت کناری حرکت می کند. به همین دلیل نیروهای جاذبه به اجزایی تقسیم می شوند که در امتداد محور شاخص های مثبت و عمود بر محور قطب ها هدایت می شوند. اگر یک لحظه خارجی اعمال شود که شتاب ایجاد می کند، یعنی در جهت چرخش شفت شروع به عمل می کند، تصویر تعامل میدان ها کاملاً به عکس تغییر می کند. جهت تغییر مکان زاویه ای شروع به تبدیل به سمت مخالف می کند و در ارتباط با این، جهت نیروهای مماسی تغییر می کند ولحظه الکترومغناطیسی در این سناریو، موتور تبدیل به ترمز می شود و دستگاه به عنوان یک ژنراتور عمل می کند که انرژی مکانیکی عرضه شده به شفت را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. سپس به شبکه ای که استاتور را تغذیه می کند هدایت می شود.
وقتی هیچ گشتاور خارجی قطب برجسته وجود نداشته باشد، موقعیتی را می گیرد که در آن محور قطب های میدان مغناطیسی استاتور با محور طولی منطبق می شود. این قرارگیری با حداقل مقاومت جریان در استاتور مطابقت دارد.
اگر گشتاور ترمز بر روی شفت ماشین اعمال شود، روتور منحرف می شود، در حالی که میدان مغناطیسی استاتور تغییر شکل می دهد، زیرا جریان تمایل به بسته شدن با حداقل مقاومت دارد. برای تعیین آن، خطوط نیرو مورد نیاز است که جهت آنها در هر یک از نقاط مطابق با حرکت نیرو باشد، بنابراین تغییر میدان منجر به ظهور یک برهمکنش مماسی می شود.
با در نظر گرفتن همه این فرآیندها در موتورهای سنکرون، می‌توانیم اصل اثباتی برگشت‌پذیری ماشین‌های مختلف، یعنی توانایی هر دستگاه الکتریکی برای تغییر جهت انرژی تبدیل شده به عکس را شناسایی کنیم.
موتورهای بدون جاروبک آهنربای دائم
موتور آهنربای دائم برای کاربردهای جدی دفاعی و صنعتی استفاده می شود، زیرا چنین دستگاهی دارای ذخیره انرژی و کارایی زیادی است.
این دستگاه ها بیشتر در صنایعی استفاده می شوند که مصرف برق نسبتاً کم وابعاد کوچک آنها می توانند ابعاد مختلفی داشته باشند، بدون محدودیت های تکنولوژیکی. در عین حال، دستگاه های بزرگ کاملاً جدید نیستند، آنها اغلب توسط شرکت هایی تولید می شوند که سعی در غلبه بر مشکلات اقتصادی دارند که دامنه این دستگاه ها را محدود می کند. آنها مزایای خاص خود را دارند که از جمله آنها می توان به راندمان بالا به دلیل تلفات روتور و چگالی توان بالا اشاره کرد. برای کنترل موتورهای براشلس، به یک درایو فرکانس متغیر نیاز دارید.
تجزیه و تحلیل هزینه و فایده نشان می دهد که دستگاه های آهنربای دائمی بسیار ارجح تر از سایر فناوری های جایگزین هستند. اغلب آنها برای صنایع با برنامه نسبتاً سنگین برای عملیات موتورهای دریایی، در صنایع نظامی و دفاعی و سایر واحدها استفاده می شوند که تعداد آنها دائما در حال افزایش است.
موتور جت
موتور رلوکتانس سوئیچ با استفاده از سیم‌پیچ‌های دو فازی که در اطراف قطب‌های استاتور کاملاً مخالف نصب شده‌اند، کار می‌کند. منبع تغذیه با توجه به قطب ها به سمت روتور حرکت می کند. بنابراین، مخالفت او کاملاً به حداقل می رسد.
موتور DC دست ساز سرعت درایو کارآمد بالایی را با مغناطیس بهینه برای عملکرد معکوس ارائه می دهد. اطلاعات مربوط به محل روتور برای کنترل فازهای منبع ولتاژ استفاده می شود، زیرا این بهینه برای دستیابی به گشتاور پیوسته و صاف است.گشتاور و راندمان بالا.
سیگنال های تولید شده توسط موتور جت بر روی فاز غیراشباع زاویه ای اندوکتانس قرار می گیرند. حداقل مقاومت قطب کاملاً با حداکثر اندوکتانس دستگاه مطابقت دارد.
یک لحظه مثبت فقط در زوایایی بدست می آید که شاخص ها مثبت باشند. در سرعت‌های پایین، جریان فاز باید الزاماً محدود شود تا از الکترونیک در برابر ثانیه‌های ولتی بالا محافظت شود.مکانیسم تبدیل را می‌توان با یک خط انرژی راکتیو نشان داد. کره قدرت قدرتی را مشخص می کند که به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. در صورت خاموش شدن ناگهانی، نیروی اضافی یا باقیمانده به استاتور باز می گردد. حداقل شاخص های تأثیر میدان مغناطیسی بر عملکرد دستگاه، تفاوت اصلی آن با دستگاه های مشابه است.
