Принцип безщіткового керування двигуном постійного струму

Назва: Принцип керування безщітковим двигуном постійного струму

Вступ: у царині керування двигунами здатність точно регулювати обертання та швидкість двигунів має першочергове значення. Цей контроль полегшується системами моторного приводу, також відомими як електронні регулятори швидкості (ESC). ESC класифікуються на щіткові та безщіточні, залежно від типу двигуна, з яким вони працюють.

Матові двигуни постійного струму мають нерухомий постійний магніт з котушками, намотаними навколо ротора. Обертання досягається періодичною зміною напрямку магнітного поля через контакт щітки та комутатора. Навпаки, безщіточні двигуни постійного струму не мають щіток і комутаторів; їхні ротори складаються з постійних магнітів, а котушки залишаються нерухомими. Щоб увімкнути обертання в безщіткових двигунах постійного струму, потрібен електронний регулятор швидкості, щоб постійно змінювати напрямок струму в нерухомих котушках, забезпечуючи відштовхування між котушками та постійними магнітами для підтримки обертання.

У той час як щіткові двигуни можуть працювати без ESC шляхом безпосереднього живлення, їм бракує контролю швидкості. З іншого боку, безщіточні двигуни постійного струму вимагають ESC для роботи. ESC перетворює постійний струм у трифазний змінний струм для приводу безщіткових двигунів постійного струму.

Ранні ESC в основному мали щіточне керування двигуном. Різниця між щітковими та безщітковими ESC полягає в їх сумісності з відповідними типами двигунів. У щіткових двигунах використовуються вугільні щітки, що відрізняє їх від безщіткових двигунів, у яких ротор складається з магнітних блоків, а статор залишається нерухомим. Номенклатура щіткових і безщіткових ESC походить від цих моторних відмінностей. З технічної точки зору, матові ESC видають постійний струм, тоді як безщіточні ESC видають трифазне живлення змінного струму. Постійний струм, що міститься в батареях з позитивним і негативним полюсами, контрастує з живленням змінного струму, який коливається між позитивним і негативним полюсами вздовж одного дроту. Розуміння цих відмінностей закладає основу для розуміння трифазної мережі змінного струму та постійного струму.

Безщіточні ESC отримують вхідний постійний струм, стабілізують напругу за допомогою фільтруючого конденсатора та розділяють живлення на дві гілки: одну для ланцюга елімінатора батареї ESC (BEC) і іншу для використання MOSFET. Після активації мікроконтролер ESC ініціює коливання MOSFET, створюючи характерний звук роботи безщіткового двигуна. Деякі ESC мають функцію калібрування дросельної заслінки, щоб забезпечити правильне положення дросельної заслінки перед переходом у режим очікування. Мікроконтролер у ESC регулює вихідну напругу, частоту та напрям приводу на основі сигналів ШІМ для керування швидкістю та напрямком двигуна. Під час роботи двигуна три набори МОП-транзисторів у ESC працюють у тандемі, генеруючи частоту 8000 Гц, ефективно імітуючи інвертор або регулятор швидкості, що використовується в промислових двигунах.

Безщіточні ESC потребують джерела постійного струму, який зазвичай подається від літієвих батарей. Їхній вихід складається з трифазної мережі змінного струму, здатної безпосередньо керувати двигунами. Для повітряних моделей, таких як квадрокоптери, необхідні спеціальні регулятори з трьома сигнальними лініями для ШІМ-контролю. Квадрокоптери оснащені чотирма гвинтами, розташованими в перехресній конфігурації, щоб протидіяти властивим тенденціям обертання. Невеликий діаметр кожного гвинта розсіює відцентрові сили, на відміну від традиційних гвинтів вертольотів, які концентрують інерційні відцентрові сили. У результаті квадрокоптери потребують високошвидкісних ESC для швидкого реагування на зміни положення, оскільки звичайні PPM ESC із частотою оновлення приблизно 50 Гц недостатні для швидких налаштувань, необхідних для керування польотом квадрокоптера.

Висновок: Підсумовуючи, принцип керування безщітковим двигуном постійного струму передбачає використання електронних регуляторів швидкості для перетворення постійного струму в трифазний змінний струм для керування безщітковими двигунами. Розуміння тонкощів роботи ESC, від калібрування дросельної заслінки до обробки сигналу ШІМ, має вирішальне значення для оптимізації роботи двигуна в різних додатках, включаючи повітряні моделі, такі як квадрокоптери. Спеціалізовані ESC з високошвидкісними комунікаційними інтерфейсами відіграють вирішальну роль у забезпеченні стабільної динаміки польоту та можливостей швидкого реагування, що робить їх незамінними компонентами сучасних систем керування двигуном.