Безколекторний двигун – пристрій, принцип роботи та керування

Безколекторні двигуни застосовуються в різних областях, так як це надійні, довговічні і стійкі до поломок агрегати. У побуті найчастіше використовується двигун постійного струму на 12 вольт, але бувають моделі з більшою потужністю.

Переваги безколекторного двигуна

У порівнянні зі своїми колекторними «побратимами» безколекторні механізми мають деякі переваги:

• Компактність та невелика вага. Двигуни можна встановити на невеликі пристрої.
• Дуже високий ККД. Їхнє використання вигідне.
• Відсутність контактів перемикання та крутного моменту. Оскільки функції постійних магнітів виконують транзистори МОП, джерела втрат відсутні.
• Відсутність елементів, що стираються і ламаються.
• Широкий діапазон зміни швидкості обертання.
• Здатність переносити велике навантаження на момент.

Безколекторний двигун оснащується електронним блоком керування, який коштує досить дорого – це, мабуть, єдиний його недолік.

Як працює безколекторний двигун постійного струму

Принцип роботи безколекторного двигуна постійного струму той самий, що й агрегати інших моделей. Але, як видно з назви, основна особливість механізму – відсутність колектора (цей вузол складний, важкий, потребує обслуговування та може іскрити). Роль ротора виконує шпиндель, навколо якого встановлені дротяні обмотки з різними магнітними полями. Кількість прямокутних магнітів, встановлених у ротора, може бути різною, але обов'язково парною (як і число полюсів). Якщо кілька магнітів становлять один полюс, число полюсів менше числа магнітів.

Обертання досягається завдяки зміні напряму магнітного поля у певній послідовності. Взаємодіючи з магнітними полями ротора, постійні магніти наводять статор у рух. Від їхньої потужності залежить момент сили.

Управління безколекторним двигуном постійного струму

У двигунах подібного типу керування комутацією здійснюється за допомогою електроніки. Регулятори ходу бувають двох видів:

• Без датчиків, які використовуються за відсутності суттєвої зміни пускового моменту або необхідності в управлінні позиціонуванням (у вентиляторі). Широке поширення цього виду регуляторів пояснюється простотою виготовлення.
• З датчиками, що встановлюються в агрегатах із суттєвим варіюванням пускового моменту (у низькооборотних механізмах).

Положення ротора при подачі струмових сил на обмотки визначається електронною системою та датчиком положення. Найбільш поширені такі типи датчиків:

• Датчик Холла. Цей вузол змінює свої висновки під час перемикання обмоток. Для вимірювання струму та частоти обертання застосовується пристрій із розімкненим контуром. До датчика приєднуються три введення. При зміні показань запускається переробка переривання. Якщо потрібно забезпечити швидке реагування переривання, датчик слід підключити до молодших висновків порту.
• Датчик положення із мікроконтролером. Управління безколекторним двигуном постійного струму здійснюється за допомогою AVR ядра (чіпа для виконання тих чи інших завдань). Програма, вшита в плату AVR, максимально швидко запускає двигун за відсутності додаткових зовнішніх приладів та керує швидкістю.
• Система arduino.Ця апаратна обчислювальна платформа є платою, що складається з мікроконтролера Atmel AVR і елементарної обв'язки програмування. Її завдання – конвертування сигналів із рівня на інший. Потрібну програму можна встановити через USB.

Для усунення похибок у положенні ротора, дроти при підключенні контролера роблять максимально короткими (12-16 см). Серед програмних налаштувань контролерів можна перерахувати:

• зміну напряму;
• плавне вимикання та гальмування;
• обмеження струму;
• випередження ККД та потужності;
• жорстке/плавне вимкнення;
• швидкий/жорсткий/м'який старт;
• режим газу.

Деякі моделі контролерів містять драйвера двигуна, що дозволяє його запуску безпосередньо, без встановлення додаткових драйверів.