Принцип на управление на безчетков DC двигател

Заглавие: Принцип на управление на безчетковия постояннотоков двигател

Въведение: В сферата на управлението на двигателите способността за прецизно регулиране на въртенето и скоростта на двигателите е от първостепенно значение. Това управление се улеснява от системи за моторно задвижване, известни също като електронни регулатори на скоростта (ESC). ESC се категоризират на типове с четки и без четки, в зависимост от типа двигател, с който са сдвоени.

Матираните постояннотокови двигатели разполагат със стационарен постоянен магнит с намотки, навити около ротора. Въртенето се постига чрез периодична промяна на посоката на магнитното поле чрез контакт с четка и комутатор. За разлика от тях, безчетковите DC двигатели нямат четки и комутатори; техните ротори се състоят от постоянни магнити, докато намотките остават неподвижни. За да се даде възможност за въртене в безчеткови двигатели с постоянен ток, е необходим електронен регулатор на скоростта, който непрекъснато променя посоката на тока във фиксираните намотки, осигурявайки отблъскване между намотките и постоянните магнити за поддържане на въртенето.

Докато моторите с четка могат да работят без ESC чрез директно захранване, те нямат контрол на скоростта. От друга страна, безчетковите DC двигатели изискват ESC за работа. ESC преобразува постоянен ток в трифазен променлив ток за задвижване на безчеткови DC двигатели.

Ранните ESC включваха основно контрол на двигателя с четка. Разликата между четкови и безчеткови ESC се състои в тяхната съвместимост със съответните типове двигатели. Двигателите с четки използват въглеродни четки, което ги отличава от безчетковите двигатели, при които роторът е съставен от магнитни блокове, а статорът остава неподвижен. Номенклатурата на ESC с четки и без четки произлиза от тези моторни разлики. От техническа гледна точка, матираните ESC извеждат постоянен ток, докато безчетковите ESC извеждат трифазен променлив ток. DC захранването, намиращо се в батериите с положителни и отрицателни клеми, контрастира с променливотоковото захранване, което осцилира между положителен и отрицателен полюс по един проводник. Разбирането на тези разграничения полага основата за разбиране на трифазното променливотоково и постояннотоково захранване.

Безчетковите ESC получават постоянен ток, стабилизират напрежението с филтриращ кондензатор и разделят мощността на два клона: един за веригата за премахване на батерията (BEC) на ESC и друг за използване на MOSFET. При активиране, микроконтролерът на ESC инициира MOSFET трептене, произвеждайки характерния звук на работа на безчетков мотор. Някои ESC разполагат с функция за калибриране на дросела, за да осигурят правилно позициониране на дросела преди влизане в режим на готовност. Микроконтролерът в рамките на ESC регулира изходното напрежение, честотата и посоката на задвижване въз основа на PWM сигнали, за да контролира скоростта и посоката на двигателя. По време на работа на двигателя три комплекта MOSFET в рамките на ESC работят в тандем, за да генерират честота от 8000Hz, ефективно имитиращи инвертор или регулатор на скоростта, използвани в промишлени моторни приложения.

Безчетковите ESC изискват DC вход, обикновено доставян от литиеви батерии. Техният изход се състои от трифазен променлив ток, способен директно да задвижва двигатели. За въздушни модели като квадрокоптери са от съществено значение специализираните ESC с три сигнални входни линии за ШИМ управление. Квадрокоптерите разполагат с четири витла, подредени в кръстосана конфигурация, за да противодействат на присъщите тенденции към въртене. Малкият диаметър на всяко витло разпръсква центробежните сили, за разлика от традиционните витла на роторкрафт, които концентрират инерционните центробежни сили. В резултат на това квадрокоптерите изискват високоскоростни ESC за бърза реакция при промени в отношението, тъй като конвенционалните PPM ESC с приблизително 50Hz скорости на актуализиране са неадекватни за бързите настройки, необходими при управлението на полета на квадрокоптера.

Заключение: В обобщение, принципът на безчетковото управление на постояннотоковия двигател включва използването на електронни регулатори на скоростта за преобразуване на постоянен ток в трифазен променлив ток за задвижване на безчеткови двигатели. Разбирането на тънкостите на работата на ESC, от калибрирането на дросела до обработката на PWM сигнала, е от решаващо значение за оптимизиране на работата на двигателя в различни приложения, включително въздушни модели като квадрокоптери. Специализираните ESC с високоскоростни комуникационни интерфейси играят критична роля за осигуряване на стабилна динамика на полета и способности за бърза реакция, което ги прави незаменими компоненти в съвременните системи за управление на двигателя.