Harjattoman tasavirtamoottorin ohjauksen periaate

Otsikko: Harjattoman tasavirtamoottorin ohjauksen periaate

Johdanto: Moottorin ohjauksen alalla kyky säätää tarkasti moottoreiden pyörimisnopeutta ja nopeutta on ensiarvoisen tärkeää. Tätä ohjausta helpottavat moottorikäyttöjärjestelmät, jotka tunnetaan myös nimellä elektroniset nopeussäätimet (ESC). ESC:t luokitellaan harjattuihin ja harjattomiin tyyppeihin sen mukaan, minkä tyyppiseen moottoriin ne on yhdistetty.

Harjatuissa tasavirtamoottoreissa on kiinteä kestomagneetti, jonka kelat on kierretty roottorin ympärille. Pyöriminen saadaan aikaan vaihtamalla magneettikentän suuntaa ajoittain harjan ja kommutaattorin koskettimen kautta. Sitä vastoin harjattomista tasavirtamoottoreista puuttuu harjat ja kommutaattorit; niiden roottorit koostuvat kestomagneeteista, kun taas kelat pysyvät paikallaan. Pyörimisen mahdollistamiseksi harjattomissa DC-moottoreissa tarvitaan elektronista nopeudensäädintä, joka muuttaa jatkuvasti virran suuntaa kiinteiden kelojen sisällä, mikä varmistaa kelojen ja kestomagneettien välisen hylkimisen pyörimisen ylläpitämiseksi.

Vaikka harjatut moottorit voivat toimia ilman ESC:tä syöttämällä virtaa suoraan, niiltä puuttuu nopeudensäätö. Toisaalta harjattomat tasavirtamoottorit edellyttävät ESC:n käyttöä. ESC muuntaa tasavirran kolmivaiheiseksi vaihtovirtalähteeksi käyttääkseen harjattomia tasavirtamoottoreita.

Varhaisissa ESC:issä oli pääasiassa harjattu moottorin ohjaus. Ero harjattujen ja harjattomien ESC:iden välillä on niiden yhteensopivuus vastaavien moottorityyppien kanssa. Harjatut moottorit käyttävät hiiliharjoja, mikä erottaa ne harjattomista moottoreista, joissa roottori koostuu magneettilohkoista ja staattori pysyy paikallaan. Harjattujen ja harjattomien ESC:iden nimikkeistö on johdettu näistä motorisista eroista. Teknisesti harjatut ESC:t tuottavat tasavirtaa, kun taas harjattomat ESC:t tuottavat kolmivaiheista vaihtovirtaa. Tasavirta, joka löytyy akuista, joissa on positiivinen ja negatiivinen napa, eroaa vaihtovirrasta, joka värähtelee positiivisen ja negatiivisen välillä yhtä johdinta pitkin. Näiden erojen ymmärtäminen luo perustan kolmivaiheisen vaihto- ja tasavirran ymmärtämiselle.

Harjattomat ESC:t vastaanottavat tasavirtasyötön, stabiloivat jännitteen suodatuskondensaattorilla ja jakavat tehon kahteen haaraan: yksi ESC:n akun poistopiirille (BEC) ja toinen MOSFET-käyttöä varten. Aktivoinnin jälkeen ESC:n mikro-ohjain käynnistää MOSFET-värähtelyn, joka tuottaa harjattoman moottorin toiminnan ominaisen äänen. Joissakin ESC:issä on kaasun kalibrointitoiminto varmistaakseen kaasuläpän oikean asennon ennen valmiustilaan siirtymistä. ESC:ssä oleva mikro-ohjain säätää jännitteen, taajuuden ja taajuusmuuttajan suunnan PWM-signaalien perusteella ohjatakseen moottorin nopeutta ja suuntaa. Moottorikäytön aikana ESC:ssä kolme MOSFET-sarjaa toimivat rinnakkain 8000 Hz:n taajuuden muodostamiseksi, mikä jäljittelee tehokkaasti teollisuusmoottorisovelluksissa käytettyä invertteriä tai nopeussäädintä.

Harjattomat ESC:t vaativat DC-syötön, jonka tyypillisesti syöttävät litiumakut. Niiden lähtö koostuu kolmivaiheisesta vaihtovirtalähteestä, joka pystyy ohjaamaan moottoreita suoraan. Antennimalleissa, kuten nelikoptereissa, erikoistuneet ESC:t, joissa on kolme signaalitulolinjaa PWM-ohjausta varten, ovat välttämättömiä. Nelikoptereissa on neljä potkuria, jotka on järjestetty ristikkäin estämään luontaisia ​​pyörimispyrkimyksiä. Kunkin potkurin pieni halkaisija hajottaa keskipakovoimat, toisin kuin perinteiset roottoripotkurit, jotka keskittävät inertiakeskipakovoimat. Tämän seurauksena nelikopterit tarvitsevat nopeita ESC:itä reagoidakseen nopeasti asenteen muutoksiin, koska perinteiset PPM ESC:t, joiden päivitystaajuus on noin 50 Hz, eivät ole riittäviä nelikopterin lennonohjauksessa tarvittaviin nopeisiin säätöihin.

Johtopäätös: Yhteenvetona voidaan todeta, että harjattoman tasavirtamoottorin ohjauksen periaate sisältää elektronisten nopeussäätimien käytön DC-virran muuntamiseksi kolmivaiheiseksi vaihtovirtalähteeksi harjattomien moottoreiden ohjaamiseksi. ESC:n toiminnan monimutkaisuuden ymmärtäminen kaasuvivun kalibroinnista PWM-signaalin käsittelyyn on ratkaisevan tärkeää moottorin suorituskyvyn optimoinnissa eri sovelluksissa, mukaan lukien antennimallit, kuten nelikopterit. Erikoistuneet ESC:t, joissa on nopeat tietoliikenneliitännät, ovat ratkaisevassa asemassa vakaan lentodynamiikan ja nopean reagoinnin varmistamisessa, joten ne ovat välttämättömiä komponentteja nykyaikaisissa moottorinohjausjärjestelmissä.