כדי לפתור את בעיות השליטה במערכות דיוק מודרניות, נעשה יותר ויותר שימוש במנוע ללא מברשות. זה מאופיין ביתרון הגדול של מכשירים כאלה, כמו גם היווצרות אקטיבית של היכולות החישוביות של מיקרואלקטרוניקה. כפי שאתה יודע, הם יכולים לספק צפיפות מומנט ארוכה ויעילות אנרגטית בהשוואה לסוגים אחרים של מנועים.
סכימה של המנוע ללא מברשות
המנוע מורכב מהחלקים הבאים:
1. גב התיק.
2. סטטור.
3. מיסב.
4. דיסק מגנטי (רוטור).
5. מיסב.
6. סטטור מפותל.7. חזית התיק.
למנוע ללא מברשות יש קשר בין הפיתול הרב-פאזי של הסטטור והרוטור. יש להם מגנטים קבועים וחיישן מיקום מובנה. מיתוג המכשיר מיושם באמצעות ממיר שסתומים, כתוצאה מכך הוא קיבל שם כזה.
המעגל של מנוע ללא מברשות מורכב מכיסוי אחורי ולוח מעגלים מודפס של חיישנים, שרוול מיסב, ציר והמיסבים, מגנטים רוטורים, טבעת בידוד, סלילה, קפיץ בלוויל, מרווח, חיישן הול, בידוד, דיור וחוטים.
במקרה של חיבור הפיתולים עם "כוכב", למכשיר יש מומנטים קבועים גדולים, ולכן מכלול זה משמש לשליטה בצירים. במקרה של הידוק הפיתולים באמצעות "משולש", ניתן להשתמש בהם לעבודה במהירויות גבוהות. לרוב, מספר זוגות הקטבים מחושב לפי מספר מגנטים הרוטורים, שעוזרים לקבוע את היחס בין סיבובים חשמליים למכניים.
ניתן לייצר את הסטטור בליבת ברזל או בליבת ברזל. באמצעות עיצובים כאלה עם האפשרות הראשונה, ניתן להבטיח שהמגנטים הרוטורים לא יימשכו, אך באותו רגע, יעילות המנוע מופחתת ב-20% עקב ירידה בערך המומנט הקבוע.
מהתרשים ניתן לראות שבסטטור נוצר זרם בפיתולים, וברוטור הוא נוצר בעזרת מגנטים קבועים בעלי אנרגיה גבוהה.
סמלים: - VT1-VT7 - מתקשרים טרנזיסטורים; - A, B, C - שלבי פיתול;
- M - מומנט מנוע;
- DR - חיישן מיקום הרוטור; - U – ווסת מתח אספקת מנוע;
- S (דרום), N (צפונה) – כיוון מגנט;
- UZ – ממיר תדרים;
- BR – מהירות חיישן;
- VD – דיודת זנר;
- L הוא משרן.
תרשים המנוע מראה שאחד היתרונות העיקריים של רוטור שבו מותקנים מגנטים קבועים הוא הקטנת הקוטר שלווכתוצאה מכך, הפחתה במומנט האינרציה. מכשירים כאלה יכולים להיות מובנים במכשיר עצמו או ממוקמים על פני השטח שלו. ירידה במדד זה מובילה לעתים קרובות מאוד לערכים קטנים של איזון מומנט האינרציה של המנוע עצמו והעומס המובא לציר שלו, מה שמקשה על פעולת הכונן. מסיבה זו, יצרנים יכולים להציע מומנט אינרציה סטנדרטי ופי 2-4 גבוה יותר.
עקרונות עבודה
היום, המנוע ללא מברשות הופך לפופולרי מאוד, שעיקרון הפעולה שלו מבוסס על העובדה שבקר המכשיר מתחיל להחליף את פיתולי הסטטור. בשל כך, וקטור השדה המגנטי תמיד נשאר מוזז בזווית המתקרבת ל-900 (-900) ביחס לרוטור. הבקר נועד לשלוט בזרם שנע דרך פיתולי המנוע, כולל גודל השדה המגנטי של הסטטור. לכן, אפשר להתאים את הרגע שפועל על המכשיר. מעריך של הזווית בין וקטורים יכול לקבוע את כיוון הסיבוב שפועל עליו.
צריך לקחת בחשבון שאנחנו מדברים על תארים חשמליים (הם הרבה יותר קטנים מהגיאומטריים). לדוגמה, ניקח חישוב של מנוע ללא מברשות עם רוטור, בעל 3 זוגות מוטות. אז הזווית האופטימלית שלו תהיה 900/3=300. צמדים אלו מספקים 6 פאזות של פיתולי המיתוג, ואז מתברר כי וקטור הסטטור יכול לנוע בקפיצות של 600. מכאן ניתן לראות שהזווית האמיתית בין הוקטורים בהכרח תשתנה מ-600 ל-6001200 החל מסיבוב הרוטור.
מנוע השסתום, שעיקרון פעולתו מבוסס על סיבוב שלבי המיתוג, עקב כך זרימת העירור נשמרת על ידי תנועה קבועה יחסית של האבזור, לאחר שהאינטראקציה ביניהם מתחילה ליצור סיבוב רֶגַע. הוא ממהר לסובב את הרוטור בצורה כזו שכל זרימות ההתרגשות והאבזור יתאימו יחדיו. אבל במהלך תורו, החיישן מתחיל להחליף את הפיתולים, והזרימה עוברת לשלב הבא. בשלב זה, הווקטור המתקבל יזוז, אך יישאר נייח לחלוטין ביחס לשטף הרוטור, מה שבסופו של דבר יצור מומנט פיר.
הטבות
שימוש במנוע ללא מברשות בעבודה, נוכל לציין את היתרונות שלו:
- אפשרות להשתמש בטווח רחב כדי לשנות את המהירות;
- דינמיקה וביצועים גבוהים;
- דיוק מיקום מרבי;
- עלויות תחזוקה נמוכות;
- ניתן לייחס את המכשיר לאובייקטים חסיני פיצוץ;
- יש את היכולת לסבול עומסי יתר גדולים ברגע הסיבוב;
- יעילות גבוהה, שהיא יותר מ-90%;
- ישנם מגעים אלקטרוניים הזזה, אשר מגדילים משמעותית את חיי העבודה וחיי השירות;
- אין התחממות יתר של המנוע החשמלי במהלך פעולה ארוכת טווח.
פגמים
למרות מספר היתרונות העצום, למנוע ללא מברשות יש גם חסרונות בפעולה:
- בקרת מנוע מסובכת למדי;- יחסיתהמחיר הגבוה של המכשיר עקב השימוש ברוטור בעיצובו, בעל מגנטים קבועים יקרים.
מנוע חוסר רצון
מנוע סריג השסתום הוא מכשיר שבו מסופקת התנגדות מגנטית מיתוג. בו, המרת אנרגיה מתרחשת עקב שינוי בהשראות הפיתולים, הממוקמים על שיני הסטטור המובהקות כאשר הרוטור המגנטי בעל השיניים נע. המכשיר מקבל כוח מממיר חשמלי, שמחליף לסירוגין את פיתולי המנוע בקפדנות בהתאם לתנועת הרוטור.
מנוע הסרבנות המותג הוא מערכת מורכבת ומורכבת שבה מרכיבים בעלי אופי פיזי שונים עובדים יחד. תכנון מוצלח של מכשירים כאלה דורש ידע מעמיק בתכנון מכונות ומכני, כמו גם אלקטרוניקה, אלקטרומכניקה וטכנולוגיית מיקרו-מעבד.
מכשיר מודרני פועל כמנוע חשמלי, הפועל בשילוב עם ממיר אלקטרוני, המיוצר בטכנולוגיה משולבת באמצעות מיקרו-מעבד. זה מאפשר לך לבצע בקרת מנוע באיכות גבוהה עם הביצועים הטובים ביותר בעיבוד אנרגיה.
נכסי מנוע
למכשירים כאלה יש דינמיקה גבוהה, יכולת עומס יתר גבוהה ומיקום מדויק. מכיוון שאין חלקים נעים,השימוש בהם אפשרי בסביבה אגרסיבית נפיצה. מנועים כאלה נקראים גם מנועים ללא מברשות, היתרון העיקרי שלהם, בהשוואה למנועי אספנים, הוא המהירות, התלויה במתח האספקה של מומנט הטעינה. כמו כן, תכונה חשובה נוספת היא היעדר אלמנטים ניתנים לשפשוף ומשפשפים המחליפים מגעים, מה שמגדיל את משאב השימוש במכשיר.
מנועי BLDC
כל מנועי ה-DC יכולים להיקרא ללא מברשות. הם פועלים על זרם ישר. מכלול המברשת מסופק לשילוב חשמלי של מעגלי הרוטור והסטטור. חלק כזה הוא הפגיע ביותר ודי קשה לתחזוקה ולתיקון.
מנוע ה-BLDC פועל על אותו עיקרון כמו כל המכשירים הסינכרוניים מסוג זה. זוהי מערכת סגורה הכוללת ממיר מוליכים למחצה כוח, חיישן מיקום רוטור ורכז.
מנועי AC AC
המכשירים האלה מקבלים את הכוח שלהם מרשת החשמל. מהירות הסיבוב של הרוטור ותנועת ההרמונית הראשונה של הכוח המגנטי של הסטטור תואמות לחלוטין. ניתן להשתמש בתת-סוג זה של מנועים בהספקים גבוהים. קבוצה זו כוללת התקני שסתומים מדרגיים ושסתום תגובתי. תכונה ייחודית של מכשירי דריכה היא תזוזה זוויתית בדידה של הרוטור במהלך פעולתו. אספקת החשמל של הפיתולים נוצרת באמצעות רכיבי מוליכים למחצה. מנוע השסתום נשלט על ידיתזוזה רציפה של הרוטור, שיוצרת את מעבר הכוח שלו מפיתול אחד לאחר. ניתן לחלק מכשיר זה ליחיד, תלת ורב פאזי, כאשר הראשון שבהם עשוי להכיל פיתול התחלה או מעגל הסטת פאזה, וכן להיות מופעל באופן ידני.
עקרון הפעולה של מנוע סינכרוני
המנוע הסינכרוני של השסתום פועל על בסיס האינטראקציה של השדות המגנטיים של הרוטור והסטטור. באופן סכמטי, השדה המגנטי במהלך הסיבוב יכול להיות מיוצג על ידי הפלוסים של אותם מגנטים, הנעים במהירות השדה המגנטי הסטטור. ניתן לתאר את שדה הרוטור גם כמגנט קבוע המסתובב באופן סינכרוני עם שדה הסטטור. בהיעדר מומנט חיצוני המופעל על פיר המנגנון, הצירים עולים בקנה אחד לחלוטין. כוחות המשיכה הפועלים עוברים לאורך כל ציר הקטבים ויכולים לפצות זה את זה. הזווית ביניהם מוגדרת לאפס.
אם מומנט הבלימה מופעל על פיר המכונה, הרוטור זז הצידה באיחור. בשל כך, כוחות המשיכה מחולקים למרכיבים המכוונים לאורך ציר האינדיקטורים החיוביים ומאונכים לציר הקטבים. אם מופעל מומנט חיצוני, שיוצר תאוצה, כלומר הוא מתחיל לפעול בכיוון הסיבוב של הציר, תמונת האינטראקציה של השדות תשתנה לחלוטין להיפך. כיוון העקירה הזוויתית מתחיל להפוך להפוך, ובקשר לכך משתנה כיוון הכוחות המשיקיים ורגע אלקטרומגנטי. בתרחיש זה, המנוע הופך לבלם, והמכשיר פועל כגנרטור, הממיר את האנרגיה המכנית המסופקת לציר לאנרגיה חשמלית. לאחר מכן הוא מופנה לרשת שמזינה את הסטטור.
כאשר אין מומנט חיצוני, קוטב בולט יתחיל לתפוס עמדה שבה ציר הקטבים של השדה המגנטי של הסטטור יעלה בקנה אחד עם זה האורך. מיקום זה יתאים להתנגדות הזרימה המינימלית בסטטור.
אם מומנט הבלימה מופעל על פיר המכונה, הרוטור יסטה, בעוד שהשדה המגנטי של הסטטור יתעוות, מכיוון שהזרימה נוטה להיסגר בהתנגדות המינימלית. כדי לקבוע אותו יש צורך בקווי כוח שכיוונם בכל אחת מהנקודות יתאים לתנועת הכוח ולכן שינוי בשדה יוביל להופעת אינטראקציה משיקית.
לאחר שקלטנו את כל התהליכים הללו במנועים סינכרוניים, נוכל לזהות את העיקרון ההפגנתי של הפיכות של מכונות שונות, כלומר, היכולת של כל מכשיר חשמלי לשנות את כיוון האנרגיה המומרת לכיוון ההפוך.
מנועים ללא מברשות מגנט קבוע
מנוע המגנט הקבוע משמש ליישומים ביטחוניים ותעשייתיים רציניים, מכיוון שלמכשיר כזה יש עתודת כוח ויעילות גדולה.
התקנים אלה משמשים לרוב בתעשיות שבהן צריכת חשמל נמוכה יחסית וממדים קטנים. הם יכולים להיות במגוון ממדים, ללא הגבלות טכנולוגיות. יחד עם זאת, מכשירים גדולים אינם חדשים לחלוטין, הם מיוצרים לרוב על ידי חברות המנסות להתגבר על הקשיים הכלכליים המגבילים את טווח המכשירים הללו. יש להם יתרונות משלהם, ביניהם יעילות גבוהה עקב הפסדי רוטור וצפיפות הספק גבוהה. כדי לשלוט במנועים ללא מברשות, אתה צריך כונן תדר משתנה.
ניתוח עלות-תועלת מראה שמכשירי מגנט קבועים עדיפים הרבה יותר מטכנולוגיות חלופיות אחרות. לרוב הם משמשים לתעשיות עם לוח זמנים כבד למדי להפעלת מנועים ימיים, בתעשיות הצבאיות והביטחוניות וביחידות אחרות, שמספרן גדל כל הזמן.
מנוע סילון
מנוע הסרבנות המותג פועל באמצעות פיתולים דו-פאזיים המותקנים סביב עמודי הסטטור מנוגדים בקוטר. ספק הכוח נע לכיוון הרוטור בהתאם לקטבים. לפיכך, התנגדותו מצטמצמת לחלוטין למינימום.
מנוע DC בעבודת יד מספק מהירות הנעה יעילה גבוהה עם מגנטיות אופטימלית לפעולת היפוך. מידע על מיקום הרוטור משמש לשליטה על שלבי אספקת המתח, שכן זה אופטימלי להשגת מומנט רציף וחלק.מומנט ויעילות גבוהה.
האותות המופקים על ידי מנוע הסילון מונחים על השלב הבלתי רווי הזוויתי של השראות. התנגדות הקוטב המינימלית תואמת במלואה את ההשראות המקסימלית של המכשיר.
רגע חיובי ניתן להשיג רק בזוויות כאשר האינדיקטורים חיוביים. במהירויות נמוכות, זרם הפאזה חייב להיות מוגבל בהכרח על מנת להגן על האלקטרוניקה מפני שניות וולט גבוהות.ניתן להמחיש את מנגנון ההמרה באמצעות קו אנרגיה תגובתי. תחום הכוח מאפיין את הכוח המומר לאנרגיה מכנית. במקרה של כיבוי פתאומי, כוח עודף או שיורי חוזר אל הסטטור. האינדיקטורים המינימליים להשפעת השדה המגנטי על ביצועי המכשיר הם ההבדל העיקרי שלו ממכשירים דומים.
