Principe van borstelloze gelijkstroommotorbesturing

Titel: Principe van borstelloze gelijkstroommotorbesturing

Inleiding: Op het gebied van motorbesturing is het vermogen om de rotatie en snelheid van motoren nauwkeurig te regelen van het allergrootste belang. Deze regeling wordt mogelijk gemaakt door motoraandrijfsystemen, ook wel elektronische snelheidsregelaars (ESC's) genoemd. ESC's zijn onderverdeeld in geborstelde en borstelloze typen, afhankelijk van het type motor waarmee ze zijn gecombineerd.

Geborstelde gelijkstroommotoren zijn voorzien van een stationaire permanente magneet met spoelen rond de rotor. Rotatie wordt bereikt door de richting van het magnetische veld met tussenpozen te veranderen via een borstel- en commutatorcontact. Bij borstelloze gelijkstroommotoren ontbreken daarentegen borstels en commutatoren; hun rotoren bestaan ​​uit permanente magneten terwijl de spoelen stationair blijven. Om rotatie in borstelloze gelijkstroommotoren mogelijk te maken, is een elektronische snelheidsregelaar nodig die voortdurend de richting van de stroom binnen de vaste spoelen verandert, waardoor afstoting tussen de spoelen en de permanente magneten wordt gegarandeerd om de rotatie in stand te houden.

Hoewel borstelmotoren zonder ESC kunnen werken door rechtstreeks stroom te leveren, missen ze snelheidsregeling. Aan de andere kant hebben borstelloze gelijkstroommotoren een ESC nodig voor werking. De ESC zet gelijkstroom om in driefasige wisselstroom om borstelloze gelijkstroommotoren aan te drijven.

Vroege ESC's hadden voornamelijk geborstelde motorbesturing. Het onderscheid tussen geborstelde en borstelloze ESC's ligt in hun compatibiliteit met de respectieve motortypen. Borstelmotoren maken gebruik van koolborstels, waardoor ze zich onderscheiden van borstelloze motoren waarbij de rotor uit magnetische blokken bestaat en de stator stationair blijft. De nomenclatuur van geborstelde en borstelloze ESC's is afgeleid van dit motoronderscheid. In technische termen leveren geborstelde ESC's gelijkstroom, terwijl borstelloze ESC's driefasige wisselstroom uitvoeren. Gelijkstroom, te vinden in batterijen met positieve en negatieve aansluitingen, staat in contrast met wisselstroom, die langs een enkele draad heen en weer beweegt tussen positief en negatief. Het begrijpen van deze verschillen legt de basis voor het begrijpen van driefasige wisselstroom en gelijkstroom.

Borstelloze ESC's ontvangen DC-invoer, stabiliseren de spanning met een filtercondensator en splitsen de stroom in twee takken: een voor het Battery Eliminator Circuit (BEC) van de ESC en een andere voor MOSFET-gebruik. Bij activering initieert de microcontroller van de ESC MOSFET-oscillatie, waardoor het karakteristieke geluid van een borstelloze motor wordt geproduceerd. Sommige ESC's zijn voorzien van een gaskalibratiefunctie om te zorgen voor een juiste gaskleppositionering voordat ze naar de standby-modus gaan. De microcontroller in de ESC past de uitgangsspanning, frequentie en aandrijfrichting aan op basis van PWM-signalen om de motorsnelheid en -richting te regelen. Tijdens de werking van de motor werken drie sets MOSFET's binnen de ESC samen om een ​​frequentie van 8000 Hz te genereren, wat effectief een omvormer of snelheidsregelaar nabootst die wordt gebruikt in industriële motortoepassingen.

Borstelloze ESC's vereisen DC-invoer die doorgaans wordt geleverd door lithiumbatterijen. Hun output bestaat uit driefasige wisselstroom die motoren rechtstreeks kan aandrijven. Voor luchtmodellen zoals quadcopters zijn gespecialiseerde ESC's met drie signaalingangslijnen voor PWM-besturing essentieel. Quadcopters zijn voorzien van vier propellers die in een kruisconfiguratie zijn geplaatst om de inherente neiging tot draaien tegen te gaan. De kleine diameter van elke propeller verspreidt de middelpuntvliedende krachten, in tegenstelling tot traditionele propellers van helikopters die de traagheidscentrifugaalkrachten concentreren. Als gevolg hiervan hebben quadcopters snelle ESC's nodig voor een snelle reactie op houdingsveranderingen, aangezien conventionele PPM ESC's met een updatesnelheid van ongeveer 50 Hz niet geschikt zijn voor de snelle aanpassingen die nodig zijn bij de vluchtcontrole van quadcopters.

Conclusie: Samenvattend omvat het principe van borstelloze gelijkstroommotorregeling het gebruik van elektronische snelheidsregelaars om gelijkstroom om te zetten in driefasige wisselstroom voor het aandrijven van borstelloze motoren. Het begrijpen van de fijne kneepjes van de ESC-werking, van gasklepkalibratie tot PWM-signaalverwerking, is cruciaal voor het optimaliseren van de motorprestaties in verschillende toepassingen, waaronder luchtmodellen zoals quadcopters. Gespecialiseerde ESC's met snelle communicatie-interfaces spelen een cruciale rol bij het garanderen van een stabiele vluchtdynamiek en snelle responsmogelijkheden, waardoor ze onmisbare componenten zijn in moderne motorbesturingssystemen.