Para resolver los problemas de control de los sistemas de precisión modernos, se utiliza cada vez más el motor sin escobillas. Esto se caracteriza por la gran ventaja de tales dispositivos, así como por la formación activa de las capacidades computacionales de la microelectrónica. Como sabe, pueden proporcionar una alta densidad de par prolongado y eficiencia energética en comparación con otros tipos de motores.
Esquema del motor sin escobillas
El motor consta de las siguientes partes:
1. Parte trasera del estuche.
2. Estator.
3. Cojinete.
4. Disco magnético (rotor).
5. Cojinete.
6. Estator en espiral.7. Frente de la caja.
Un motor sin escobillas tiene una relación entre el devanado polifásico del estator y el rotor. Tienen imanes permanentes y un sensor de posición incorporado. La conmutación del dispositivo se implementa mediante un convertidor de válvula, por lo que recibió ese nombre.
El circuito de un motor sin escobillas consta de una tapa trasera y una placa de circuito impreso de sensores, un manguito de cojinete, un eje y elcojinete, imanes del rotor, anillo aislante, bobinado, resorte Belleville, espaciador, sensor Hall, aislamiento, carcasa y cables.
En el caso de conectar los devanados con una "estrella", el dispositivo tiene grandes momentos constantes, por lo que este conjunto se utiliza para controlar los ejes. En el caso de sujetar los devanados con un "triángulo", se pueden utilizar para trabajar a altas velocidades. La mayoría de las veces, el número de pares de polos se calcula por el número de imanes del rotor, lo que ayuda a determinar la proporción de revoluciones eléctricas y mecánicas.
El estator se puede fabricar con núcleo de hierro o sin hierro. Usando tales diseños con la primera opción, es posible garantizar que los imanes del rotor no se atraigan, pero al mismo tiempo, la eficiencia del motor se reduce en un 20% debido a una disminución en el valor del par constante.
En el diagrama se puede ver que en el estator la corriente se genera en los devanados, y en el rotor se crea con la ayuda de imanes permanentes de alta energía.
Símbolos: - VT1-VT7 - comunicadores de transistor; - A, B, C – fases del devanado;
- M – par motor;
- DR – sensor de posición del rotor; - U – regulador de tensión de alimentación del motor;
- S (sur), N (norte) – dirección del imán;
- UZ – convertidor de frecuencia;
- BR – velocidad sensor;
- VD – diodo zener;
- L es un inductor.
El esquema del motor muestra que una de las principales ventajas de un rotor en el que se instalan imanes permanentes es la reducción de su diámetroy, en consecuencia, una reducción del momento de inercia. Dichos dispositivos pueden integrarse en el propio dispositivo o ubicarse en su superficie. Una disminución en este indicador muy a menudo conduce a pequeños valores del equilibrio del momento de inercia del motor y la carga llevada a su eje, lo que complica el funcionamiento del accionamiento. Por esta razón, los fabricantes pueden ofrecer un momento de inercia estándar y de 2 a 4 veces mayor.
Principios de funcionamiento
Hoy, el motor sin escobillas se está volviendo muy popular, cuyo principio de funcionamiento se basa en el hecho de que el controlador del dispositivo comienza a cambiar los devanados del estator. Debido a esto, el vector del campo magnético siempre permanece desplazado en un ángulo cercano a 900 (-900) con respecto al rotor. El controlador está diseñado para controlar la corriente que se mueve a través de los devanados del motor, incluida la magnitud del campo magnético del estator. Por lo tanto, es posible ajustar el momento que actúa sobre el dispositivo. Un exponente del ángulo entre vectores puede determinar el sentido de giro que actúa sobre él.
Hay que tener en cuenta que estamos hablando de grados eléctricos (son mucho más pequeños que los geométricos). Por ejemplo, tomemos un cálculo de un motor sin escobillas con un rotor, que tiene 3 pares de polos. Entonces su ángulo óptimo será 900/3=300. Estos pares proporcionan 6 fases de los devanados de conmutación, luego resulta que el vector del estator puede moverse en s altos de 600. A partir de esto, se puede ver que el ángulo real entre los vectores necesariamente variará de 600 a1200 a partir de la rotación del rotor.
El motor de la válvula, cuyo principio de funcionamiento se basa en la rotación de las fases de conmutación, por lo que el flujo de excitación se mantiene mediante un movimiento relativamente constante de la armadura, después de que su interacción comienza a formar una rotación momento. Se apresura a girar el rotor de tal manera que todos los flujos de excitación y de armadura coincidan juntos. Pero durante su turno, el sensor comienza a cambiar los devanados y el flujo pasa al siguiente paso. En este punto, el vector resultante se moverá, pero permanecerá completamente estacionario en relación con el flujo del rotor, lo que eventualmente creará un par en el eje.
Beneficios
Usando un motor sin escobillas en el trabajo, podemos notar sus ventajas:
- posibilidad de utilizar un amplio rango para modificar la velocidad;
- alta dinámica y rendimiento;
- máxima precisión de posicionamiento;
- bajos costes de mantenimiento;
- el dispositivo se puede atribuir a objetos a prueba de explosiones;
- tiene la capacidad de soportar grandes sobrecargas en el momento de la rotación;
- alta eficiencia, que es más del 90%;
- hay contactos electrónicos deslizantes, que aumentan significativamente la vida útil y la vida útil;
- Sin sobrecalentamiento del motor eléctrico durante el funcionamiento a largo plazo.
Defectos
A pesar de la gran cantidad de ventajas, el motor sin escobillas también tiene desventajas en la operación:
- control del motor bastante complicado;- relativamenteel alto precio del dispositivo debido al uso de un rotor en su diseño, que tiene imanes permanentes caros.
Motor de reluctancia
El motor de válvula de reluctancia es un dispositivo en el que se proporciona una resistencia magnética de conmutación. En él, la conversión de energía se produce debido a un cambio en la inductancia de los devanados, que se encuentran en los dientes pronunciados del estator cuando se mueve el rotor magnético dentado. El dispositivo recibe energía de un convertidor eléctrico, que cambia alternativamente los devanados del motor en forma estricta de acuerdo con el movimiento del rotor.
El motor de reluctancia conmutada es un sistema complejo complejo en el que los componentes de diversa naturaleza física trabajan juntos. El diseño exitoso de dichos dispositivos requiere un conocimiento profundo del diseño mecánico y de máquinas, así como de la electrónica, la electromecánica y la tecnología de microprocesadores.
El dispositivo moderno actúa como un motor eléctrico, actuando en conjunto con un convertidor electrónico, que es fabricado por tecnología integrada utilizando un microprocesador. Le permite realizar un control del motor de alta calidad con el mejor rendimiento en el procesamiento de energía.
Propiedades del motor
Estos dispositivos tienen una alta dinámica, una alta capacidad de sobrecarga y un posicionamiento preciso. Como no hay partes móviles,su uso es posible en un ambiente agresivo explosivo. Dichos motores también se denominan motores sin escobillas, su principal ventaja, en comparación con los motores colectores, es la velocidad, que depende del voltaje de suministro del par de carga. Además, otra propiedad importante es la ausencia de elementos abrasivos y de fricción que cambien los contactos, lo que aumenta el recurso de uso del dispositivo.
Motores BLDC
Todos los motores de CC pueden llamarse sin escobillas. Funcionan con corriente continua. El conjunto de escobillas se proporciona para combinar eléctricamente los circuitos del rotor y el estator. Esa parte es la más vulnerable y bastante difícil de mantener y reparar.
El motor BLDC funciona según el mismo principio que todos los dispositivos síncronos de este tipo. Es un sistema cerrado que incluye un convertidor de semiconductores de potencia, un sensor de posición del rotor y un coordinador.
Motores CA CA
Estos dispositivos se alimentan de la red eléctrica de CA. La velocidad de rotación del rotor y el movimiento del primer armónico de la fuerza magnética del estator coinciden completamente. Este subtipo de motores se puede utilizar a altas potencias. Este grupo incluye dispositivos de válvula de paso y reactivos. Una característica distintiva de los dispositivos paso a paso es el discreto desplazamiento angular del rotor durante su funcionamiento. La fuente de alimentación de los devanados se forma utilizando componentes semiconductores. El motor de la válvula está controlado pordesplazamiento secuencial del rotor, que crea el cambio de su potencia de un devanado a otro. Este dispositivo se puede dividir en monofásico, trifásico y multifásico, el primero de los cuales puede contener un devanado de arranque o un circuito de cambio de fase, así como arrancarse manualmente.
El principio de funcionamiento de un motor síncrono
El motor síncrono de válvula funciona sobre la base de la interacción de los campos magnéticos del rotor y el estator. Esquemáticamente, el campo magnético durante la rotación se puede representar mediante las ventajas de los mismos imanes, que se mueven a la velocidad del campo magnético del estator. El campo del rotor también se puede representar como un imán permanente que gira sincrónicamente con el campo del estator. En ausencia de un par externo que se aplique al eje del aparato, los ejes coinciden completamente. Las fuerzas de atracción que actúan pasan a lo largo de todo el eje de los polos y pueden compensarse entre sí. El ángulo entre ellos se establece en cero.
Si el par de frenado se aplica al eje de la máquina, el rotor se mueve hacia un lado con retraso. Debido a esto, las fuerzas atractivas se dividen en componentes que se dirigen a lo largo del eje de los indicadores positivos y perpendiculares al eje de los polos. Si se aplica un momento externo, que crea aceleración, es decir, comienza a actuar en la dirección de rotación del eje, la imagen de la interacción de los campos cambiará completamente a la inversa. La dirección del desplazamiento angular comienza a transformarse en la opuesta y, en relación con esto, la dirección de las fuerzas tangenciales cambia ymomento electromagnético. En este escenario, el motor se convierte en un freno y el dispositivo funciona como un generador, que convierte la energía mecánica suministrada al eje en energía eléctrica. Luego se redirige a la red que alimenta el estator.
Cuando no haya un momento externo, el polo saliente comenzará a tomar una posición en la que el eje de los polos del campo magnético del estator coincidirá con el longitudinal. Esta colocación corresponderá a la mínima resistencia de flujo en el estator.
Si el par de frenado se aplica al eje de la máquina, el rotor se desviará, mientras que el campo magnético del estator se deformará, ya que el flujo tiende a cerrarse a la menor resistencia. Para determinarlo se necesitan líneas de fuerza, cuya dirección en cada uno de los puntos corresponderá al movimiento de la fuerza, por lo que un cambio en el campo dará lugar a la aparición de una interacción tangencial.
Habiendo considerado todos estos procesos en motores síncronos, podemos identificar el principio demostrativo de la reversibilidad de varias máquinas, es decir, la capacidad de cualquier aparato eléctrico para cambiar la dirección de la energía convertida a la opuesta.
Motores sin escobillas de imanes permanentes
El motor de imán permanente se usa para aplicaciones industriales y de defensa serias, ya que dicho dispositivo tiene una gran reserva de energía y eficiencia.
Estos dispositivos se utilizan con mayor frecuencia en industrias donde el consumo de energía es relativamente bajo ypequeñas dimensiones. Pueden tener una variedad de dimensiones, sin restricciones tecnológicas. Al mismo tiempo, los dispositivos grandes no son completamente nuevos, a menudo son producidos por empresas que intentan superar las dificultades económicas que limitan el alcance de estos dispositivos. Tienen sus propias ventajas, entre las que se encuentran la alta eficiencia debido a las pérdidas del rotor y la alta densidad de potencia. Para controlar motores sin escobillas, necesita un variador de frecuencia.
Un análisis de costo-beneficio muestra que los dispositivos de imanes permanentes son mucho más preferibles que otras tecnologías alternativas. En la mayoría de los casos, se utilizan para industrias con un programa bastante pesado para la operación de motores marinos, en las industrias militar y de defensa y otras unidades, cuyo número aumenta constantemente.
Motor a reacción
El motor de reluctancia conmutada funciona con devanados bifásicos que se instalan alrededor de polos del estator diametralmente opuestos. La fuente de alimentación se mueve hacia el rotor según los polos. Por lo tanto, su oposición se reduce completamente al mínimo.
El motor de CC hecho a mano proporciona una velocidad de transmisión de alta eficiencia con magnetismo optimizado para la operación de inversión. La información sobre la ubicación del rotor se utiliza para controlar las fases del suministro de voltaje, ya que es óptimo para lograr un par continuo y suave.par y alta eficiencia.
Las señales producidas por el motor a reacción se superponen a la fase no saturada angular de la inductancia. La resistencia mínima del polo corresponde totalmente a la inductancia máxima del dispositivo.
Un momento positivo solo se puede obtener en ángulos cuando los indicadores son positivos. A bajas velocidades, la corriente de fase debe limitarse necesariamente para proteger la electrónica de los altos voltios-segundo. El mecanismo de conversión se puede ilustrar con una línea de energía reactiva. La esfera de potencia caracteriza la potencia que se convierte en energía mecánica. En el caso de una parada repentina, el exceso de fuerza o residual vuelve al estator. Los indicadores mínimos de la influencia del campo magnético en el rendimiento del dispositivo son su principal diferencia con dispositivos similares.
