Бесколлекторный двигатель технические характеристики
Особенности использования бесколлекторных двигателей
Бесколлекторные двигатели считаются необходимыми элементами электрооборудования. Они предназначены для преобразования электрической энергии в механическую. Благодаря этим устройствам работают некоторые электроприборы, отдельные компоненты механизмов, оборудований. Отсутствие коллектора обеспечивает высокий уровень надежности, позволяет двигателю работать мощнее, гарантирует высокий уровень КПД, достигающий показателя 93%.
Особенности бесколлекторных двигателей
Бесколлекторный двигатель состоит из ротора, с постоянными магнитами, и статора, содержащего несколько обмоток. Принцип работы подобного изделия построен на взаимодействии магнитных потоков, за счет которых появляется крутящийся момент. Способность достигать максимальной мощности за короткое время позволяет использовать устройство при конструировании авиамоделей, систем нагрева.
Ассортимент устройств
Конструкция бесколлекторных двигателей включает различные дополнительные элементы. Ассортимент двигателей без щеточного узла может быть представлен в виде:
- моделей, которые содержат редуктор, имеющих долгий срок эксплуатации, обеспечивающих высокую скорость оборотов;
- устройствами с установленным блоком управления, предоставляющим возможность менять обмотку стартера для качественного взаимодействия с магнитами ротора.
Подобные моторы классифицируются в зависимости от расположения магнитов ротора на внутренние и внешние двигатели.
Преимущества использования
Бесколлекторные двигатели активно применяются предприятиями нефтяной, газовой промышленности, автомобилестроении, на производствах медицинской техники. К главным достоинствам подобных устройств относят:
- привлекательную стоимость;
- простую конструкцию устройства;
- работу с низкой степенью шума;
- большой пусковой момент;
- высокий уровень работоспособности;
- способность не создавать радиопомехи.
Представленные механизмы устойчивы к различным воздействиям внешней среды, что объясняет возможность их использования в воде, агрессивной среде. Благодаря отсутствию щеточного элемента, устройства практически не нагреваются и способны переносить сильную нагрузку по моменту. Бесколлекторные двигатели имеют долгий срок службы, который определяется степенью износа подшипников. Дополнительно, подобные устройства способны бесперебойно функционировать на протяжении более 2000 часов, что позволяет характеризовать бесщеточные моторы как долговечные, эффективные компоненты электроприборов.
Добавлено: 19.04.2021 11:39:58
Еще статьи в рубрике Производители современного оборудования и инструмента, рассказывают о своей продукции в статьях и полезных советах:
Аренда вибропогружателей Movax: выгодные условия, оптимальное решение
Аренда вибропогружателей Movax – оптимальное решение в случае, когда необходима специальная техника .
Промышленные градирни
Современные системы охлаждения применяются во многих промышленных сферах для снижения температуры технологической воды в системах оборотного водоснабжения. Наиболее распространенная и простая .
Модернизация действующего бетонного завода
Оптимальным решением в плане эффективности технологического процесса и, конечно же, минимизации материальных средств, выступает не столько покупка, сколько реконструкция, усовершенствование и .
Какие бывают замки для опалубочных конструкцийВсе самые различные многоэтажные постройки и не только, так или иначе, делаются с использованием опалубок. .
Учет тепловой энергии на производстве
Популярность качественных приборов учета тепла, жидкостей, газов неукоснительно возрастает из года в год. Можно с уверенностью сказать, что эта тенденция сохранится .
Покупка строительного вибратора от официального дистрибьютора
От качества уплотнения залитого бетона будет зависеть прочность, надёжность и срок службы объекта. Поэтому важно использовать специальное оборудование, которое обеспечит максимальную .
Бесколлекторные двигатели» ЛикБез и проектирование
Как только я начал заниматся авиамоделизмом, мне сразу стало интересно почему у двигателя три провода, почему он такой маленький и в то же время такой мощный и зачем ему нужен регулятор скорости. Прошло время, и я во всем разобрался. И дальше поставил перед собой задачу сделать своими руками бесколлекторный двигатель. 
Принцип работы электрического двигателя:
В основу работы любой электрической машины положено явление электромагнитной индукции. Поэтому если в магнитное поле поместить рамку с током, то на неё подействует сила Ампера, которая создаст вращательный момент. Рамка начнет поворачиваться и остановится в положении отсутствия момента, создаваемого силой Ампера.
Устройство электрического двигателя:
Любой электрический двигатель состоит из неподвижной части — Статора и подвижной части — Ротора. Для того чтобы началось вращение, нужно по очереди менять направление тока. Эту функцию и выполняет Коллектор (щетки).
Бесколлекторный двигатель— это двигатель ПОСТОЯННОГО ТОКА без коллектора, в котором функции коллектора выполняет электроника. (Если у двигателя три провода, это не значит что он работает от трехфазного переменного тока! А работает он от «порций» коротких импульсов постоянного тока, и не хочу вас шокировать, но те же двигатели которые используются в кулерах, тоже бесколлекторные, хоть они и имеют всего два провода питания постоянного тока)
Устройство бесколлекторного двигателя:
Inrunner(произносится как «инраннер»). Двигатель имеет расположенные по внутренней поверхности корпуса обмотки, и вращающийся внутри магнитный ротор.
Outrunner(произносится как «аутраннер»). Двигатель имеет неподвижные обмотки (внутри) вокруг которых вращается корпус с помещенным на его внутреннюю стенку постоянными магнитами. 
Принцип работы:
Для того чтобы бесколлекторный двигатель начал вращаться, напряжение на обмотки двигателя надо подавать синхронно. Синхронизация может быть организованна с использованием внешних датчиков (оптические или датчики холла), так и на основе противоЭДС (бездатчиковый), которая возникает в двигателе при его вращении. 
Бездатчиковое управление:
Существуют бесколлекторные двигатели без каких либо датчиков положения. В таких двигателях определение положения ротора выполняется путем измерения ЭДС на свободной фазе. Мы помним, что в каждый момент времени к одной из фаз (А) подключен «+» к другой (В) «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, двигатель наводит ЭДС (т.е. в следствии закона электромагнитной индукции в катушке образуется индукционный ток) в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе (С) изменяется. Измеряя напряжение на свободной фазе, можно определить момент переключения к следующему положению ротора.
Что бы измерить это напряжение изпользуется метод «виртуальной точки». Суть заключается в том, что, зная сопротивление всех обмоток и начальное напряжение, можно виртуально «переложить провод» в место соединения всех обмоток: 
Регулятор скорости бесколлекторного двигателя:
Бесколлекторный двигатель без электроники — просто железка, т.к. при отсутствии регулятора, мы не можем просто подключить напряжение на него, чтоб он просто начал нормальное вращение. Регулятор скорости — это довольно сложная система радиокомпонентов, т.к. она должна:
1) Определять начальное положение ротора для запуска электродвигателя
2) Управлять электродвигателем на низких скоростях
3) Разгонять электродвигатель до номинальной (заданной) скорости вращения
4) Поддерживать максимальный момент вращения
Принципиальная схема регулятора скорости (вентильная):
Бесколлекторные двигатели были придуманы на заре появления электричества, однако систему управления к ним никто не мог сделать. И только с развитием электроники: с появлением мощных полупроводниковых транзисторов и микроконтроллеров, бесколлекторные двигатели стали применятся в быту (первое промышленное использование в 60-х годах). 
Достоинства и недостатки бесколлекторных двигателей:
Достоинства:
-Частота вращения изменяется в широком диапазоне
-Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде
-Большая перегрузочная способность по моменту
-Высокие энергетические показатели (КПД более 90 %)
-Большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов
Недостатки:
-Относительно сложная система управления двигателем
-Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих материалов в конструкции ротора (магниты, подшипники, валы)
Разобравшись с теорией, перейдем к практике: спроектируем и сделаем двигатель для пилотажной модели МХ-2. 
Список материалов и оборудования:
1) Проволока (взятая из старых трансформаторов)
2) Магниты (купленные в интернете)
3) Статор (барашек)
4) Вал
5) Подшипники
6) Дюралюминий
7) Термоусадка
8) Доспуп к неограниченному техническому хламу
9) Доступ к инструментам
10) Прямые руки 🙂
Ход работы:
1) С самого начала решаем:
Для чего делаем двигатель?
На что он должен быть рассчитан?
В чем мы ограничены?
В моем случае: я делаю двигатель для самолета, значит пускай он будет внешнего вращения; рассчитан он должен на то, что он должен выдать 1400 грамм тяги при трех-баночном аккумуляторе; ограничен я в весе и в размере. Однако с чего же начать? Ответ на этот вопрос прост: с самой трудной детали, т.е. с такой детали, которую легче просто найти, а все остальное подгонять под неё. Я так и поступил. После многих неудачных попыток сделать статор из листовой мягкой стали, мне стало понятно, что лучше найти её. Нашел я её в старой видеоголовке от видеорекоудора. 
2) Обмотка трехфазного бесколлекторного двигателя выполняется изолированным медным проводом, от сечения которого зависит значение силы тока, а значит и мощность двигателя. Незабываем что, чем толще проволока, тем больше оборотов, но слабее крутящий момент. Подбор сечения:
1А — 0.05мм; 15А — 0.33мм; 40А — 0.7мм
3А — 0.11мм; 20А — 0.4мм; 50А — 0.8мм
10А — 0.25мм; 30А — 0.55мм; 60А — 0.95мм 
3) Начинаем наматывать на полюса проволоку. Чем больше витков (13) намотано на зуб, тем большее магнитное поле. Чем сильнее поле, тем больший крутящий момент и меньшее количество оборотов. Для получения высоких оборотов, необходимо мотать меньшее количество витков. Но вместе с этим падает и крутящий момент. Для компенсации момента, обычно на мотор подают более высокое напряжение. 
4) Дальше выбираем способ соединения обмотки: звездой или треугольником. Соединение звездой дает больший крутящий момент, но меньшее количество оборотов, чем соединение треугольником в 1.73 раз. (впоследствии было выбрано соединение треугольник) 
5) Выбираем магниты. Количество полюсов на роторе должно быть четным (14). Форма применяемых магнитов обычно прямоугольная. Размер магнитов зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу. Также чем больше количество полюсов, тем больше момент, но меньше оборотов. Магниты на роторе закрепляются с помощью специального термоклея. 
Испытания данного двигателя я проводил на созданной мной витномоторной установке, которая позволяет измерить тягу, мощность и обороты двигателя. 
Чтобы увидеть отличия соединений «звезда» и «треугольник» я соединял по разному обмотки: 
В итоге получился двигатель соответствующий характеристикам самолета, масса которого 1400 грамм. 
| | | следующая лекция ==> | |
| Действия терпящих кораблекрушение | | | Типы клеточной организации. Про- и эукариоты. |
Дата добавления: 2016-05-16 ; просмотров: 1371 ;
КПД бесколлекторного электродвигателя
Принцип работы бесколлекторного электродвигателя постоянного тока (альтернативные названия – вентильный, бесщеточный, BLDCM или PMSM мотор) был известен еще на этапе открытия электричества. Но серийное производство таких электромоторов началось с 1962 года – благодаря развитию технологий, возникновению силовых транзисторных ключей бюджетной категории и сильных неодимовых магнитов.
Все электродвигатели постоянного тока – синхронные с самостоятельной синхронизацией. Схема их работы отличается от особенностей действия синхронных моторов переменного тока, поскольку у них нет самосинхронизации. В таблице приведены основные преимущества и недостатки бесколлекторных электромоторов.
Более высокая стоимость – из-за необходимости использования дорогостоящего регулятора.
Невозможность применения без регулятора, даже для кратковременного включения.
Возможность применения в пожароопасных условиях – благодаря отсутствию искр.
Сложность ремонта, особенно при необходимости перемотки.
Незначительный нагрев при работе.
Быстрое достижение предельных оборотов.
Как устроен бесколлекторный электродвигатель
Основные компоненты такого узла – статор с несколькими обмотками и ротор с постоянными магнитами. Для сравнения, конструкция коллекторного мотора диаметрально противоположна – обмотки размещаются на роторе. В БК моторе нет коллектора – увесистого узла, нуждающегося в обслуживании. Его задачи возложены на электронику. Управление обеспечивает регулятор. Благодаря этому конструкция упрощается, электромотор становится более легким и компактным. Уменьшению размеров способствует и использование сильных неодимовых магнитов.
Благодаря замене электронными ключами контактов коллектора и щеток, снижаются коммутационные потери. В итоге, КПД бесколлекторного электродвигателя и значения его удельной мощности – выше, чем у коллекторных моделей. Значения возможной скорости вращения у бесколлекторных устройств шире, а их нагрев в процессе работы – ниже. Такие электромоторы допустимо использовать во влажной и агрессивной среде. К тому же, они почти не вызывают радиопомех.
Как работает бесколлекторный электродвигатель постоянного тока
Работу БК мотора обеспечивает электронный блок управления. Он отвечает за подачу напряжения и обеспечивает правильное вращение. Магнитное поле воздействует на обмотку. Она вращается в нем, поворачиваясь до нужного положения. Для постоянного вращения электронные элементы в необходимые моменты времени подают постоянное напряжение на те или иные обмотки статора.
Большинство бесколлекторных электродвигателей – трехфазные. Но это не значит, что электронный блок управления питает мотор переменным 3-фазным током. Количество фаз соответствует числу обмоток мотора и бывает разным – 1, 2, 3 (чаще всего) и более. С возрастанием числа фаз повышается плавность вращения магнитного поля, но и усложняется система управления. Трехфазная система наиболее распространена благодаря удачному сочетанию плавной работы и умеренной конструкционной сложности.
В 3-фазном электродвигателе 3 обмотки соединяются по схеме «треугольник» или «звезда». Такой мотор имеет 3 провода. Это выводы обмоток.
У электромоторов с датчиками есть еще по 5 проводов: 2 – для питания датчиков положения, 3 – для передачи сигналов от датчиков. В любой момент времени напряжение поступает на 2 из 3-х обмоток. В результате, есть 6 способов подачи на обмотки постоянного напряжения. Так создается вращающееся магнитное поле, поворачиваемое при каждом очередном переключении на 60°.
Использование датчиков положения
Поскольку подача напряжения на обмотки должна осуществляться с учетом позиции ротора, от электронных компонентов требуется способность определять это положение. Данную работу выполняют датчики положения. Они бывают магнитные, оптические и других типов, но самые популярные из них – датчики Холла. В 3-фазном бесколлекторном электромоторе их 3. В схеме бесколлекторного электродвигателя такие датчики могут отсутствовать. Тогда для выяснения позиции ротора измеряется напряжение на временно свободной обмотке. Этот способ может использоваться исключительно при вращении электромотора.
В техническом аспекте желательно применять электромоторы с датчиками положения, поскольку они проще в управлении. Но в таком случае придется позаботиться о питании датчиков и проложить провода от них к электронике, отвечающей за управление. Если же один из датчиков выйдет из строя, мотор не сможет работать. Придется разбирать его и менять неисправные элементы.
При проблематичном размещении датчиков в корпусе электромотора применяется конструкция без них. В таком случае используется электронный блок, соответствующий параметрам конкретной модели электродвигателя и способный управлять им без использования датчиков. Но такие двигатели допустимо применять, только если они стартуют без значительной нагрузки на валу, причем при старте могут наблюдаться колебания оси. В остальных случаях (электротранспорт, подъемные устройства) обязательно использование электромоторов с датчиками.
Предлагаем вашему вниманию обзор электрофэтбайков с описанием их достоинств и характерных особенностей.
Электродвигатель для радиоуправляемой модели: какие бывают и что лучше купить – коллекторный или бесколлекторный
Вариантов выбора немного, но задуматься есть над чем
Если вы уже решили, какую именно радиоуправляемую модель хотите купить и точно знаете, что ваш будущий внедорожник, самолет, дрон или быстроходный катер будет оснащен электродвигателем, самое время задуматься, какого типа мотор лучше и надежнее.
Современная RC-модель на электрической тяге может иметь коллекторный или бесколлекторный двигатель. Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки. И разница тут не только в цене, как могут сказать в ближайшем магазине.
Итак, рассмотрим все детально, а выводы относительно того, с каким же моторчиком выбрать машинку (или другую модель) на радиоуправлении, пусть каждый делает самостоятельно.
Коллекторный электродвигатель: плюсы и минусы конструкции
«Brushed», «щеточный», «коллекторный» – все это названия первого типа электромоторов, которые пользуются популярностью как среди начинающих пилотов, так и среди профессиональных спортсменов, к примеру, участвующих в гонках или соревнованиях DRIFT.
Важная особенность конструкции – это наличие щеточно-коллекторного узла, являющегося его «сердцем» и непосредственно приводящим RC-технику в движение.
Внешнее отличие коллекторного от бесколлекторного электромотора – наличие всего двух проводов («плюс» и «минус») у коллекторных двигателей и трех проводов («фаз») у бесколлекторных двигателей для дальнейшего подключения мотора к регулятору оборотов (регулятору скорости, аббревиатура «ESC» англ.).
Ротор (подвижная часть) и статор (неподвижная часть) – это два основных элемента мотора коллекторного типа.
Внутри корпуса (статора) вращается подвижный ротор с медной обмоткой. С одной стороны вала ротора установлена передающая шестерня, или шкив, а с другой – коллектор, который, по сути, является набором контактов.
На статоре установлены графитовые щетки – тоже, своего рода, скользящие контакты, которые контактируют с коллектором. Щетки предназначены для передачи электроэнергии на обмотку вращающегося ротора.
С коллекторных двигателей все начиналось, это – «заря» RC-техники, поэтому они более дешевые и просты в обслуживании, но существенно уступают по мощности и времени эксплуатации новому поколению электромоторов.
Коллекторные двигатели
Преимущества
Низкий КПД (около 60%)
Сравнительно низкая скорость движения RC-модели
Простота эксплуатации и технического обслуживания
Быстрый износ составляющих конструкции, очень ограниченный ресурс эксплуатации
Исключительно подходит под определенные виды спортивных соревнований
Достоинства, приведенные в таблице, делают модели, оснащенные коллекторными двигателями, желанными для начинающих пилотов и пилотов-профессионалов для использования на специальных соревнованиях.
Если покупаете радиоуправляемую модель с коллекторным двигателем, учтите, что графитовые щетки и коллектор – это система подвижных контактов, в которой механическая составляющая мотора имеет свои особенности. Возможны искрения и перегрев, а потому – желательно избегать контакта с агрессивной внешней средой (влага, грязь, пыль).
Перед началом эксплуатации модели с коллекторным двигателем, ее желательно проверить, «обкатать» на низких скоростях, чтобы щетки «притерлись» к коллектору.
Бесколлекторный электродвигатель: в чем преимущества
«Brushless», «бесщёточный», «бесколлекторный» – это электромотор для радиоуправляемой модели (автомобиля, катера, самолета, вертолета или квадрокоптера), который был разработан уже в 21 веке. Он воплотил в себя все вожделенные качества любого профессионального RC-моделиста: надежность, мощность, долговечность.
Основная проблема, которой «грешит» любой электромотор – это перегрев. Когда ротор вращается внутри статора в коллекторном двигателе, высокая температура внутри механизма (а, следовательно, и быстрый износ, и частые поломки) – неизбежна.
Гениальное инженерное решение перевернуло мир радиоуправляемых моделей и не только: «А что, если вращать не ротор, а статор? Тогда охлаждение мотора будет происходить автоматически, за счет потоков воздуха создаваемого самим двигателем!»
Бесколлекторный двигатель стал широко использоваться в авиации и автомобиле- и судостроении, а радиоуправляемые модели с такой «начинкой» стали ездить и летать значительно быстрее и намного дольше.
Двигатель бесколлекторного типа приводится в движение за счет переменного тока. В этом случае нужен специальный регулятор скорости (или регулятор оборотов или контроллер), который преобразует постоянный ток аккумулятора в переменный с тремя фазами. Техническая сложность конструкции определяет главный (и, наверное, единственный) недостаток двигателей этого типа – они значительно дороже коллекторных.
Бесколлекторные двигатели
Преимущества
Высокий КПД двигателя (до 92%)
Более высокая мощность в сравнении с аналогичными по размеру коллекторными двигателями
Больший вес, по сравнению с аналогичным коллекторным двигателем
Высокая износостойкость за счет бесконтактной конструкции, соответственно значительно больший ресурс эксплуатации
Крайне нежелательно давать такие модели детям
Высокая степень влагозащиты, защиты от пыли и вязкой грязи
Невероятно высокая скорость движения модели, например, наземные модели могут развивать скорость до 260 км/ч, а воздушные до 350 км/ч.
Бесколлекторные электродвигатели надежные и долговечные, они практически не изнашиваются. Что может выйти из строя – это подшипники, которые легко заменить.
Одна особенность, которую может не заметить в бесколлекторном двигателе новичок, но чему обрадуется профи – это наличие сенсоров. Сенсорные электромоторы практичнее, поскольку установленные датчики (сенсоры) гарантирует очень плавную работу и быстрый старт, а также более рациональный расход энергии.
Есть сенсор или нет, начинающий моделист может не заметить, а вот, по стоимости ощутит сразу – наличие сенсоров делает ценник мотора более «тяжелым».
Как отличить внешне? У моторов с сенсорами кроме трех соединительных проводов есть шлейф из тонких проводков, которые подключаются к регулятору скорости.
Радиоуправляемая модель с бесколлекторным мотором – это выбор профессионалов, особую ценность для которых приобретает скорость и выносливость аппарата на соревнованиях.
Также следует отметить, что в большинстве случаев, для питания регуляторов с бесколлекторными двигателями применяются специальные аккумуляторные батареи литий-полимерного типа, которые могут вырабатывать огромные токи разряда (и это будет отдельная тема для следующей статьи).
Перед покупкой, взвесьте все «за» и «против», обратитесь за консультацией к специалистам и выбирайте модель «под себя» и свои возможности. Главное, что ассортимент рынка RC-моделей обширен и позволяет сделать оптимальный выбор.
