Як тільки я почав займатися авіамоделізмом, мені відразу стало цікаво чому у двигуна три дроти, чому він такий маленький і в той же час такий потужний і навіщо йому потрібен регулятор швидкості. Минув час, і я в усьому розібрався. І далі поставив перед собою завдання зробити своїми руками безколекторний двигун.
Принцип роботи електричного двигуна:
В основу роботи будь-якої електричної машини покладено явище електромагнітної індукції. Тому якщо в магнітне поле помістити рамку з струмом, то на неї подіє сила Ампера. яка створить обертальний момент. Рамка почне повертатися і зупиниться в положенні відсутності моменту, створюваного силою Ампера.
Пристрій електричного двигуна:
Будь-електричний двигун складається з нерухомої частини - Статора і рухомої частини - Ротора. Для того щоб почалося обертання, потрібно по черзі змінювати напрямок струму. Цю функцію і виконує Колектор (щітки).
Безколекторний двигун - це двигун ПОСТІЙНОГО СТРУМУ без колектора, в якому функції колектора виконує електроніка. (Якщо у двигуна три дроти, це не означає що він працює від трифазного змінного струму! А працює він від "порцій" коротких імпульсів постійного струму, і не хочу вас шокувати, але ті ж двигуни які використовуються в кулери, теж безколекторні, хоч вони і мають всього два дроти живлення постійного струму)
Пристрій бесколлекторного двигуна:
Inrunner (вимовляється як "інраннер"). Двигун має розташовані по внутрішній поверхні корпусу обмотки, і обертається усередині магнітний ротор.
Outrunner (вимовляється як "аутраннер"). Двигун має нерухомі обмотки (всередині) навколо яких обертається корпус з поміщеним на його внутрішню стінку постійними магнітами.
Принцип роботи:
Для того щоб безколекторний двигун почав обертатися, напруга на обмотки двигуна треба подавати синхронно. Синхронізація може бути організована з використанням зовнішніх датчиків (оптичні або датчики холу), так і на основі протівоедс (бездатчикового), яка виникає в двигуні при його обертанні.
Бездатчикового управління:
Існують безколекторні двигуни без будь-яких датчиків положення. У таких двигунах визначення положення ротора виконується шляхом вимірювання ЕРС на вільної фазі. Ми пам'ятаємо, що в кожен момент часу до однієї з фаз (А) підключений «+» до іншої (В) «-» харчування, одна з фаз залишається вільною. Обертаючись, двигун наводить ЕРС (тобто в слідстві закону електромагнітної індукції в котушці утворюється індукційний струм) у вільному обмотці. У міру обертання напруга на вільної фазі (С) змінюється. Вимірюючи напруга на вільної фазі, можна визначити момент перемикання до наступного положенню ротора.
Що б виміряти цю напругу ізпользуется метод "віртуальної точки". Суть полягає в тому, що, знаючи опір всіх обмоток і початкова напруга, можна віртуально "перекласти провід" в місце з'єднання всіх обмоток:
Регулятор швидкості бесколлекторного двигуна:
Безколекторний двигун без електроніки - просто залізяка, тому що при відсутності регулятора, ми не можемо просто підключити напругу на нього, щоб він просто почав нормальне обертання. Регулятор швидкості - це досить складна система радиокомпонентов, тому що вона повинна:
1) Визначати початкове положення ротора для запуску електродвигуна
2) Керувати електродвигуном на низьких швидкостях
3) Розганяти електродвигун до номінальної (заданої) швидкості обертання
4) Підтримувати максимальний момент обертання
Принципова схема регулятора швидкості (вентильная):
Безколекторні двигуни були придумані на зорі появи електрики, однак систему управління до них ніхто не міг зробити. І тільки з розвитком електроніки: з появою потужних напівпровідникових транзисторів і мікроконтролерів, безколекторні двигуни стали застосовуватися в побуті (перше промислове використання в 60-х роках).
Переваги та недоліки безколекторних двигунів:
переваги:
-Частота обертання змінюється в широкому діапазоні
-Можливість використання у вибухонебезпечному і агресивному середовищі
-Велика перевантажувальна здатність по моменту
-Високі енергетичні показники (ККД більше 90%)
-Великий термін служби, висока надійність і підвищений ресурс роботи за рахунок відсутності ковзних електричних контактів
недоліки:
-Щодо складна система управління двигуном
-Висока вартість двигуна, обумовлена використанням дорогих матеріалів в конструкції ротора (магніти, підшипники, вали)
Розібравшись з теорією, перейдемо до практики: спроектуємо і зробимо двигун для пілотажної моделі МХ-2.
Список матеріалів і обладнання:
1) Дріт (взята зі старих трансформаторів)
2) Магніти (куплені в інтернеті)
3) Статор (баранчик)
4) Вал
5) Підшипники
6) Дюралюміній
7) Термоусадка
8) Доспуп до необмеженого технічного непотребу
9) Доступ до інструментів
10) Прямі руки :)
Хід роботи:
1) З самого початку вирішуємо:
Для чого робимо двигун?
На що він повинен бути розрахований?
У чому ми обмежені?
1А - 0.05мм; 15А - 0.33мм; 40А - 0.7мм
3А - 0.11мм; 20А - 0.4мм; 50А - 0.8мм
10А - 0.25мм; 30А - 0.55мм; 60А - 0.95мм
3) Починаємо намотувати на полюса дріт. Чим більше витків (13) намотано на зуб, тим більше магнітне поле. Чим сильніше поле, тим більший крутний момент і меншу кількість обертів. Для отримання високих обертів, необхідно мотати меншу кількість витків. Але разом з цим падає і крутний момент. Для компенсації моменту, зазвичай на мотор подають більш високу напругу.
4) Далі вибираємо спосіб з'єднання обмотки: зіркою або трикутником. З'єднання зіркою дає більший крутний момент, але меншу кількість обертів, ніж з'єднання трикутником в 1.73 раз. (Згодом було вибрано з'єднання трикутник)
5) Вибираємо магніти. Кількість полюсів на роторі має бути парним (14). Форма застосовуваних магнітів зазвичай прямокутна. Розмір магнітів залежить від геометрії двигуна і характеристик мотора. Чим сильніше застосовуються магніти, тим вище момент сили, що розвивається двигуном на валу. Також чим більше кількість полюсів, тим більше момент, але менше оборотів. Магніти на роторі закріплюються за допомогою спеціального термоклею.
Випробування даного двигуна я проводив на створеної мною вітномоторной установці, яка дозволяє виміряти тягу, потужність і обороти двигуна.
Щоб побачити відмінності з'єднань "зірка" і "трикутник" я з'єднував по різному обмотки:
В результаті вийшов двигун відповідний характеристикам літака, маса якого 1400 грам.
Характеристики отриманого двигуна:
Струм: 34.1А
Струм холостого ходу: 2.1А
Опір обмоток: 0.02 Ом
Кількість полюсів: 14
Обороти: 8400 об / хв
Розрахунок ККД двигуна:
Дуже хороший показник. Хоча можна було ще вище добитися.
висновки:
1) У безколекторних двигунів висока ефективність і ККД
2) Безколекторні двигуни компактні
3) Безколекторні двигуни можна використовувати у вибухонебезпечних середовищах
4) З'єднання зіркою дає більший крутний момент, але меншу кількість обертів в 1.73 рази, ніж з'єднання трикутником.
Таким чином, виготовити власний безколекторний мотор для пілотажної моделі літака-завдання здійсненне
Якщо у вас є питання або вам щось не зрозуміло, задавайте мені питання в Комметаріі цієї статті. Удачі всім)
В обране 116
Завантаження відгуків. Будь ласка зачекайте.
Добрий день.
Хочу для себе уточнити, стосовно моторам і регуляторам для моделей вимірювань положення ротора не відбувається адже? Регулятори працюють без зворотного зв'язку?
Якщо вимірювати положення ротора на вільному дроті, при різних підключеннях "зірка" і "трикутник" один і той же регулятор не зможе працювати? Показання будуть різні.
спочатку вважав в екселя, потім на калькуляторі, потім на рахунках = 0,88762277
3А - 0.11мм; 20А - 0.4мм; 50А - 0.8мм
10А - 0.25мм; 30А - 0.55мм; 60А - 0.95мм
Показали кишки мотора відеголовкі і все. А де сам процес? Намотування на статорі модельного мотора? Пишуть про одне, зробили на іншому. Не зрозуміло. Всю теорію зібрали в одне місце і все.
Намотування двигуна такою товстою дротом це було найважчим. Працював в рукавичках, але все одно великі мазоль були і не відразу нормально виходило. Тому не до фотографій було, якби я їх зробив обов'язково б виклав)