Promremont34.ru

Авто мастеру
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Бесколлекторный двигатель схема управления датчик холла

Бесколлекторный двигатель схема управления датчик холла

Мы предлагаем реверсивные мотор-редукторы, которые состоят из коллекторного электрического двигателя постоянного тока и редуктора. Сам двигатель состоит из якоря (ротора с якорной обмоткой), статора с постоянными магнитами и щёточного узла. Редуктор служит для уменьшения частоты вращения и соответствующего увеличения вращающего момента.

Блоки управления коллекторными двигателями

Блоки управления предназначены для управления работой коллекторных двигателей постоянного тока с напряжением питания до 24В. Блоки управляют скоростью, направлением и активным торможением мотор-редукторов постоянного тока, обеспечивают плавный пуск и остановку двигателя.

Источники питания

Стабилизированные источники питания постоянного тока — для питания приводов постоянного тока: коллекторных двигателей, шаговых приводов, бесколлекторных двигателей, а также для других устройств и приборов. Параметры предлагаемых источников питания:

Мотор-редукторы переменного тока

Мотор-редукторы производства DKM комплектуются цилиндрическими или червячным редуктором, могут поставляться с регулятором скорости, с тормозом и электромагнитной муфтой. Питание двигателей 220 В 50/60 Гц однофазное. Мощность 10. 180Вт.

Мотор-редукторы EMW — асинхронные трехфазные двигатели с червячным редуктором. Мощность 0,9. 3,0кВт

Частотные преобразователи — блоки управления асинхронными двигателями переменного тока

Частотные преобразователи используется для управления асинхронными двигателями переменного тока.
Преобразователи частоты Powtran серии PI8100а с векторным управлением применяются для управления трёхфазными мотор-редукторами EMW и асинхронными трёхфазными двигателями других марок.

Вентильные двигатели (бесколлекторные двигатели постоянного тока)

Мы предлагаем бесколлекторные (вентильные) двигатели постоянного тока с выходной мощностью до 660Вт. Все предлагаемые бесколлекторные двигатели с датчиками Холла, установленными под углом 120°.

Блоки управления вентильными двигателями

Блоки управления предназначены для работы с бесколлекторными двигателями постоянного тока с напряжением питания до 48В. Блоки управляют скоростью, направлением и активным торможением двигателей, обеспечивают плавный пуск и остановку двигателя. Предусмотрен аналоговый задатчик скорости — внешний сигналом (0. +5)В или встроенный потенциометр.

Принцип действия

Области применения БКЭПТ непрерывно увеличиваются, что связано с рядом их преимуществ:

  1. Отсутствие коллекторного узла, что упрощает или даже вообще исключает техническое обслуживание.
  2. Генерация более низкого уровня акустического и электрического шума по сравнению с универсальными коллекторными двигателями постоянного тока.
  3. Возможность работы в опасных средах (с воспламеняемыми продуктами).
  4. Хорошее соотношение массогабаритных характеристик и мощности.

Двигатели такого типа характеризуются небольшой инерционностью ротора, т.к. обмотки расположены на статоре. Коммутация управляется электроникой. Моменты коммутации определяются либо по информации от датчиков положения, либо путем измерения обратной э.д.с., генерируемой обмотками.

При управлении с использованием датчиков БКЭПТ состоит, как правило, из трех основных частей: статор, ротор и датчики Холла.

ШИМ (PWM), частота, переходные процессы

При включении ключей, как показано выше, на двигатель подается полное напряжение питания. При этом двигатель развивает максимальные обороты (мощность). Чтобы обеспечить управление двигателем нужно регулировать напряжение питания двигателя. Изменение действующего напряжения осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Т.е. ключи открыты не все время, а открываются, и закрываются с фиксированной частой, но изменяемой скважностью:
Таким образом, изменяется действующее напряжение от нулевого до напряжения питания. Чтобы добиться управления оборотами двигателя нужно наложить сигнал ШИМ на сигналы, подаваемые на ключи. Это можно реализовать, например, такой схемой:

Во время включения и выключения ключей происходят переходные процессы, вследствие чего на ключах выделяется дополнительное тепло. Чем выше частота ШИМ сигнала, тем больше количество переходных процессов за единицу времени, и тем выше потери на ключах. Слишком малая частота может быть не эффективной или не обеспечивать необходимой плавности регулирования.

В случае с двигателями без датчиков, которые будут рассматриваться в следующих статьях, выбор частоты ШИМ сигнала играет очень важную роль.

Управление 3-фазными двигателями BLDC

Трехфазные двигатели BLDC имеют 3 катушки якоря, соответствующие 6 состояниям коммутации. В каждую из катушек обычно помещают датчики Холла, которые реагируют на прохождения над ними постоянных магнитов, которые являются элементами ротора. Принцип использования сигналов от датчиков Холла показан на рисунке.

Конструкция двигателя BLDC с датчиками Холла

Тут тоже сигналы от датчиков Холла определяют моменты переключения. Эти сигналы через соответствующую систему подключения включают транзисторы, которые напрямую управляют катушками двигателя. Конечно, переключение в трехфазных двигателях происходит в 3 раза быстрее, чем в однофазных. Это приводит к снижению вибрации (дёргания) и более точному контролю скорости. Примером трехфазного драйвера двигателя BLDC с датчиками Холла является микросхема LB1976.

Принцип управления мотором BLDC с использованием датчиков Холла

Двигателями также можно управлять без датчиков Холла, используя сигнал BEMF (Back EMF) от каждой катушки. Этот сигнал получается путем сравнения напряжения, индуцированного в каждой из трех катушек, с центральным напряжением (точка COM). Результат такой связи усиливается и передается в систему определения положения ротора.

Сигналы от трех катушек преобразуются в формы импульсов, сдвинутых друг относительно друга на 120 °. Некоторые контроллеры используют простые компараторы для определения фазы каждой обмотки, другие требуют использования внешних микроконтроллеров. Трехфазный интегрированный бессенсорный контроллер LB11983 включает в себя датчик положения ротора со схемами запуска, синхронизации, переключения, тепловой защиты и контроля насыщения и не требует внешнего микроконтроллера.

Принцип управления двигателем BLDC с помощью сигнала BEMF

Драйверы двигателей BLDC, использующие сигналы BEMF, имеют проблему с определением положения ротора во время запуска, потому что эти сигналы еще не генерируются. В этом случае двигатель запускается с неизвестного положения, то есть неизвестно положение статора относительно ротора. Это положение необходимо быстро распознать во время работы, потому что включение неправильной фазы может изменить направление вращения двигателя и даже сделать невозможной работу.

Форум по обсуждению материала БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЕ ДВИГАТЕЛИ BLDC

Понятие ШИМ частоты

Когда происходит включение ключей, полная нагрузка подаётся на двигатель. Агрегат достигает максимальных оборотов. Для того чтобы управлять двигателем, нужно обеспечить регулятор питания. Именно это осуществляет широтно-импульсная модуляция (ШИМ).

Устанавливается необходимая частота открытия и закрытия ключей. Напряжение меняется с нулевого на рабочее. Чтобы управлять оборотами, необходимо наложить сигнал ШИМ на сигналы ключей.

Схема регулятора оборотов двигателя постоянного тока на напряжение 12 вольт

Сигнал ШИМ может быть сформирован аппаратом на несколько выводов. Или создать ШИМ для отдельного ключа программой. Схема становится проще. ШИМ сигнал имеет 4— 80 килогерц.

Увеличение частоты приводит к большему количеству процессов перехода, что даёт выделение тепла. Высота частоты ШИМ повышает количество переходных процессов, от этого происходят потери на ключах. Маленькая частота не даёт нужную плавность управления.

Чтобы уменьшить потери на ключах при переходных процессах, ШИМ сигналы подаются на верхние или на нижние ключи по отдельности. Прямые потери рассчитываются по формуле P=R*I2, где P — мощность потерь, R — сопротивление ключа, I — сила тока.

Меньшее сопротивление минимизируют потери, увеличивает КПД.

В этой статье описывается, как управлять трехфазным бесщеточным двигателем постоянного тока с использованием GreenPAK.

Бесщеточные электродвигатели постоянного тока (BLDC), также известные как электронно-коммутируемые двигатели (ECM, EC двигатели) или синхронные двигатели постоянного тока, являются синхронными двигателями, питаемыми от постоянного тока через инвертор или импульсный источник питания, который производит электрический ток переменного тока для управления каждой фазой двигателя через контроллер замкнутого контура. Контроллер обеспечивает импульсы тока к обмоткам двигателя, которые управляют скоростью и крутящим моментом двигателя.

Читать еще:  Двигатель 124 16 клапанный как определить

Преимущества бесколлекторного двигателя на щетковом двигателе — это отношение высокой мощности к весу, высокая скорость и электронное управление. Бесщеточные двигатели находят применение в таких местах, как компьютерная периферия (дисковые накопители, принтеры), ручные электроинструменты и транспортные средства, которые варьируются от моделей самолетов до автомобилей.

Принцип построения и эксплуатации

Конструкция и работа двигателя BLDC очень похожи на асинхронные двигатели переменного тока и моторы постоянного тока. Как и все другие двигатели, двигатели BLDC также состоят из ротора и статора, что видно на рисунке 1.

Рисунок 1. Конструкция двигателя BLDC

Статор двигателя BLDC изготовлен из многослойной стали, сложенной для переноса обмоток. Обмотки в статоре могут быть расположены в двух шаблонах: звездный рисунок (Y) или дельта-шаблон (Δ). Основное различие между двумя шаблонами заключается в том, что Y-образная диаграмма дает высокий крутящий момент при низких оборотах, а диаграмма Δ дает низкий крутящий момент при малой скорости вращения. Это связано с тем, что в конфигурации Δ половина напряжения подается на обмотку, которая не приводится в движение, что увеличивает потери и, в свою очередь, эффективность и крутящий момент. Двигатели BLDC управляются с использованием электрических циклов. Один электрический цикл имеет 6 состояний. На фиг. 2 показана последовательность коммутации двигателя на основе датчика Холла.

Рисунок 2. Временная диаграмма последовательности коммутации двигателя на датчике Холла

Основополагающие принципы работы двигателя BLDC такие же, как и с мотором постоянного тока. В случае мостового двигателя постоянного тока обратная связь реализуется с использованием механического коммутатора и щетки. В двигателе BLDC обратная связь достигается за счет использования нескольких датчиков обратной связи. Наиболее часто используемые датчики — датчики Холла и оптические датчики.

В трехфазном BLDC количество зубьев (полюсов) кратно 3, а количество магнитов кратно 2. В зависимости от количества магнитов и зубьев каждый двигатель имеет различное количество зубцов (т.е. магнитные аттракционы между роторы и статоры), шаг за ход. Чтобы вычислить количество шагов (N), нам нужно знать, сколько зубов и сколько магнитов используется в двигателе. Мотор, используемый в этой заявке, имеет 12 зубьев (полюсов) и 16 магнитов.

Итак, чтобы сделать 1 оборот, нам нужно сгенерировать 48 электрических шагов.

Проектирование трехфазного бесщеточного двигателя постоянного тока

Основная блок-схема и типичная схема приложения показаны на рис. 3 и рис. 4 соответственно.

Рисунок 3. Блок-схема

Рисунок 4. Типичная схема приложения

Эта конструкция имеет 2 входа для управления скоростью и направлением двигателя. PIN № 8 контролирует направление; уровень HIGH на выводе № 8 показывает, что вращение двигателя по часовой стрелке, а уровень LOW указывает, что он против часовой стрелки. PIN № 2 используется для управления скоростью через входную частоту. Отсутствие сигнала частоты на этом контакте отключит драйвер, и двигатель остановится. Применяя частоту к этому выводу, он запустит двигатель в течение первых 500 мс. Использование входной частоты позволяет очень точно контролировать скорость двигателя. Для расчета RPM нам нужно знать, сколько электрических шагов содержит мотор:

Двигатель в этом приложении имеет 48 шагов, поэтому на частоте 5 кГц двигатель будет работать со скоростью 6250 об / мин.

Конструкцию можно разделить на 4 части (рисунок 5): блок обработки датчиков Холла, блок управления затвором, блок управления PWM или блок управления скоростью и блок защиты.

Рисунок 5. Дизайн

Блок обработки датчиков Холла включает в себя ACMP (ACMP0, ACMP3, ACMP4), фильтры деформирования (DLY1, DLY5, DLY6) и DFF (DFF6, DFF7, DFF8). Датчики Холла, используемые в этом проекте, имеют 4 контакта; VDD, GND и 2 дифференциальных выхода, которые подключены к входам IN + и IN для ACMP. Внутренний компонент Vref, установленный в 1, 2 В, используется как VDD для датчиков Холла. Отфильтрованные сигналы от ACMP поступают в D-входы DFF. Входная частота синхронизирует эти DFF и устанавливает скорость вращения. Сигналы от этих DFF переходят к драйверу ворот и 3-бит LUT14, который настроен как XNOR. Результат состоит в том, что выход чередуется на уровень каждый раз, когда любой датчик Холла меняет свою полярность. Оба краевых детектора генерируют фактическую частоту частоты (частота Холла), которая сравнивается с входной частотой для генерации сигнала ШИМ для управления скоростью вращения.

Блок драйвера ворот включает 12 3-битных LUT, которые коммутируют внешние транзисторы в зависимости от обратной связи датчиков Холла. 6 для LUT (3-бит LUT8 — 3-бит LUT13) используются для направления CW, а для переключения в направлении CCW используются еще 6 (3-бит LUT1 — 3-бит LUT6). Этот блок также включает 3 2-битных LUT (2-бит LUT4, 2-бит LUT5 и 2-бит LUT6) для смешивания сигналов для PMOS-транзисторов каждой фазы с PWM, чтобы гарантировать, что скорость вращения не зависит от нагрузки.

Контроллер PWM включает в себя компонент PWM2, счетчик CNT8, конечный автомат FSM1, 3-бит LUT15, 2 DFF (DFF0 и DFF1), детектор переднего фронта PDLY0 и инвертор INV0. DFF0 и DFF1 вместе работают как частотный компаратор; Выход DFF0 nQ выходит за пределы LOW, когда входная частота выше, чем частота Холла, а выход DFF1 nQ выходит за пределы LOW, когда входная частота ниже частоты Холла.

На уровне LOW на входе «+» выход PWM2 OUT + генерирует сигнал ШИМ с рабочим циклом, который колеблется от 256/256 до 1/256. На уровне LOW на входе «-» PWM2 OUT + генерирует PWM с изменяющимся рабочим циклом от 1/256 до 256/256. Частота ШИМ составляет

100 кГц, а рабочий цикл IC установлен на 0% при запуске.

Двигатель останавливается до тех пор, пока не будет применена входная частота до PIN2. После подачи частоты на PIN2 выход DFF0 nQ будет гореть LOW, а PWM увеличит рабочий цикл от 0 до 99, 6%. Двигатель будет продолжать вращаться, пока датчики Холла превысят входную частоту. На этом этапе вывод DFF0 nQ будет ВЫСОКИЙ, и выход DFF1 nQ будет гореть LOW. Эта инверсия приводит к тому, что рабочий цикл PWM уменьшается до приемлемого значения при непосредственном VDD и нагрузке, наблюдаемой на двигателе. Эта система будет постоянно работать, чтобы сбалансировать рабочий цикл ШИМ. Функциональность FSM1, CNT8, 3-бит LUT15 и PWM2 описана более подробно в примечании к применению AN-1052.

Защитный блок включает в себя 2 задержки (DLY2 и DLY9), счетчик CNT0 и 2-бит LUT0, сконфигурированный как вентиль XOR. Эта часть конструкции используется для защиты от выгорания двигателя и внешних полевых транзисторов. Если двигатель застревает или не может запуститься, датчики Холла не смогут дать обратную связь, необходимую для выключения двигателя. Если после 100 мс DLY2 выход не поступит, то обратный сигнал LOW и 2-бит LUT0 отключит двигатель. Если это происходит, CNT0 и DLY9 пытаются запустить двигатель каждые 500 мс в течение 8 мс. Этот период достаточен для запуска двигателя, но он недостаточно длинный, чтобы вызвать повреждение двигателя.

Читать еще:  Шум работы двигателя от свечей

Рисунок 6. Объем работы двигателя BLDC

Вывод

В этой статье показано, как пользователи могут управлять трехфазным бесщеточным двигателем постоянного тока с использованием SLG46620 GreenPAK CMIC и датчиков эффекта Холла. SLG46620 также содержит другие функции, которые могут быть использованы для этого проекта. Например, АЦП внутри GreenPAK может интерпретировать входное напряжение постоянного тока и генерировать импульс ШИМ от значения, а не использовать входную частоту.

Раньше, если разработчик хотел бы управлять двигателем BLDC, они были бы ограничены как электрическими характеристиками, так и функциями выделенных готовых решений IC. Это вынудило дизайнеров выбирать фиксированную функцию и потенциально избыточное или дорогостоящее решение, которое часто ограничивало бы IO своей системы.

Диалог GreenPAK отменяет этот процесс проектирования, возвращая конфигурацию обратно в руки дизайнера. Используя это приложение GreenPAK как универсально-применимую (и настраиваемую) трехфазную схему управления двигателем BLDC, дизайнер может выбрать распиновку и внешние полевые транзисторы, которые отвечают уникальным электрическим характеристикам своего проекта. Кроме того, даже учитывая внешние полевые транзисторы, решение Dialog GreenPAK по-прежнему достаточно мало, чтобы дизайн системы и стоимость спецификации были чрезвычайно конкурентоспособными по сравнению с выделенными ИС.

Рекомендации

Для соответствующих документов и программного обеспечения вы можете посетить страницу Гринпака.

Загрузите бесплатное программное обеспечение GreenPAK Designer (1), чтобы открыть .gp-файлы (2) и просмотреть предлагаемый дизайн схемы. Используйте инструменты разработки GreenPAK (3), чтобы заморозить дизайн в индивидуальную микросхему за считанные минуты. Dialog Semiconductor предоставляет полную библиотеку примечаний к приложениям (4) с примерами дизайна, а также объяснения функций и блоков в IC Dialog.

(1) Программное обеспечение GreenPAK Designer, Загрузка программного обеспечения и руководство пользователя

(2) .gp, файл дизайна GreenPAK (загрузка файла zip)

(3) Инструменты разработки GreenPAK

(4) Замечания по применению GreenPAK

Отраслевые статьи — это форма контента, которая позволяет отраслевым партнерам делиться полезными новостями, сообщениями и технологиями с читателями All About Circuits таким образом, что редакционный контент не очень подходит. Все отраслевые статьи подчиняются строгим редакционным правилам с целью предоставления читателям полезных новостей, технических знаний или историй. Точки зрения и мнения, выраженные в отраслевых статьях, являются точками партнера, а не обязательно для All About Circuits или его авторов.

Заключение

BLDC-двигатели имеют множество преимуществ по сравнению с традиционными коллекторными двигателями. Благодаря наличию мощных магнитов, мощность BLDC-двигателей оказывается сопоставимой с мощностью коллекторных двигателей, однако их габариты существенно меньше. Грамотное проектирование системы управления является залогом высокой эффективности электропривода. Четкое определение требований в каждом конкретном приложении также является фактором обеспечения высокой эффективности. Современные микроконтроллеры и интегральные драйверы позволяют достигать требуемого уровня эффективности и обеспечивать необходимый функционал систем управления. Управление двигателями играет важную роль в различных промышленных приложениях, например, в роботизированных системах, в станках с ЧПУ и в других прецизионных системах с двигателями.

Трёхфазный бесколлекторный двигатель

1. Двигатель стиральной машины с прямым приводом

Пожалуй уже каждый слышал о стиральных машинах с прямым приводом барабана. Но до сих пор, даже не все специалисты по ремонту стиральных машин знают как устроен и как работает двигатель в такой машине.

Сама идея конечно не новая, ведь за основу взят шаговый двигатель, который уже давно получил распространение во многих электротехнических устройствах. А вот первое применение его в конструкции стиральной машины в качестве привода барабана, принадлежит корейскому концерну LG. С середины 2005 года, компания LG начала активно продвигать свою продукцию, заявляя о 10-ти летней гарантии на двигатель для стиральных машин с прямым приводом.

Сегодня, помимо LG, компании Samsung, Haier и Whirpool в ряде моделей стиральных машин стали применять подобные двигатели. Забегая вперёд, можно сказать, что компания LG не просчиталась и двигатель для прямого привода барабана действительно довольно надёжный и имеет преимущество по сравнению с более традиционным и распространённым коллекторным двигателем.

2. Устройство двигателя

Двигатель стиральной машины с прямым приводом, представляет собой трёхфазный бесколлекторный двигатель постоянного тока, отчасти похожий на шаговый двигатель, но это не совсем так. В иностранной литературе его ещё часто называют BLDC (Brushless Direct Current Motor — бесщёточный мотор постоянного тока), для удобства мы тоже будем применять эту аббревиатуру.

Такой двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Различают два вида подобных двигателей:

Inrunner, у которых магниты ротора находятся внутри статора с обмотками, и Outrunner, у которых магниты расположены снаружи и вращаются вокруг неподвижного статора с обмотками. В стиральных машинах с прямым приводом применяется Outrunner тип двигателя.

В этой статье мы ознакомим с устройством двигателя от стиральной машины LG.

3. Ротор


Рис.2 Ротор двигателя стиральной машины LG с прямым приводом

Ротор BLDC — вращающаяся часть двигателя (Рис.2) По форме напоминает чашу, к внутренней стороне которой специальным клеем крепятся магниты прямоугольной формы. Магниты всегда имеют чётное количество и установлены с чередованием полюсов. В нашем случае установлено 12 магнитов, размер которых зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу. В центре ротора есть специальное посадочное отверстие с насечками, что позволяет, при помощи болта или гайки, закрепить ротор напрямую к валу барабана. С внешней стороны ротора, продавлено 10 щелей образующих на обратной его стороне небольшие лопасти для охлаждения обмоток статора.

4. Статор


Рис.3 Статор двигателя стиральной машины LG с прямым приводом

Статор BLDC — неподвижная часть двигателя и крепится к задней части бака стиральной машины (Рис.3) Статор состоит из нескольких листов магнитопроводящей стали заключённый в пластиковый каркас, который служит изолятором. В целом, каркас статора напоминает круг с прямоугольными зубьями. На каждый зуб статора наматывается катушка.

Обмотка трёхфазного бесколлекторного двигателя изготовлена из медной проволоки толщиной 1 мм. Классическая обмотка выполняется одним проводом для одной фазы, то есть все обмотки на зубьях одной фазы соединены последовательно. В данном случае статор имеет 36 зубьев — это значит по 12 зубьев на одну фазу. Сопротивление обмотки каждой фазы порядка 10 Ом.
Как известно, в трёхфазных двигателях, обмотки соединяют по схеме звезда или треугольник.
В нашем случае, обмотки статора соединены по схеме звезда, т.е. концы фаз имеют общую точку (Рис.4)

Поскольку в каждый момент времени работают только две фазы (при включении звездой), магнитные силы воздействуют на ротор неравномерно по всей окружности (Рис.5).

Силы, воздействующие на ротор, стараются его перекосить, что приводит к увеличению вибраций. Для устранения этого эффекта статор делают с большим количеством зубьев, а обмотку распределяют по зубьям всей окружности статора как можно равномернее (Рис.6)

Читать еще:  Чип тюнинг двигателя для шевроле лачетти

В двигателе стиральной машины LG, распределение фазных обмоток, а также относительное положение ротора и статора можно увидеть ниже (см. Рис.7). На схеме производителя, фазные обмотки обозначают буквами : V, W, U

Рис.7 Трёхфазный двигатель постоянного тока (BLDC) стиральной машины LG (общий вид)

Для контроля положения ротора применяется датчик работающий на эффекте Холла. Датчик реагирует на магнитное поле и поэтому его располагают на статоре таким образом, чтобы магниты ротора воздействовали на него.

5. Система управления трёхфазным двигателем (BLDC)

Стоит отметить, что система управления двигателем BLDC и схема её реализации аналогична схеме управления трёхфазным асинхронным двигателем описанной в другой нашей статье. Что бы в точности не повторяться, поясним всё же немного по другому.

Управление двигателем с прямым приводом построено на инверторе напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Инвертор — (от лат. inverto — поворачивать, переворачивать) — элемент вычислительной схемы, осуществляющий определённые преобразования сигнала изменяемой амплитуды и частоты. К примеру, в инверторе, сетевое напряжение 220 вольт с частотой 50 Гц, преобразуется в постоянное напряжение, а параметры питания обмоток статора двигателя могут колебаться от 0 до 120 вольт с частотой до 300 Гц.

Двигатель постоянного тока имеет три вывода (т.е. три фазы), на которые в разный момент времени подаётся «+» и «-» питания. Это реализуется при помощи IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором) представляющие электронные силовые ключи, включённые по мостовой схеме (Рис.8)


Рис.8 Условная схема силовой части инвертора и обмоток двигателя подключённых по схеме «звезда»

Замыкая ключ SW1 подаётся «+» на фазу V , а замыкая SW6 подаётся «-» на фазу U . Таким образом, ток потечет от «+» выпрямителя через фазы V и U . Для обеспечения обратного направления, открывается SW5 и SW2. В этом случае ток потечет от «+» выпрямителя через фазы U и V в обратном направлении. При работе двигателя одновременно должен быть открыт только один верхний и один нижний ключ.

При включении ключей, как показано выше, на двигатель подается полное напряжение питания. При этом двигатель развивает максимальные обороты (мощность). Чтобы обеспечить управление двигателем, нужно регулировать напряжение питания двигателя. Изменение действующего напряжения осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Дадим определение этим терминам:
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это управление средним значением напряжения на нагрузке путём изменения скважности импульсов, управляющих ключом. А скважность — это отношение периода следования (повторения) сигнала к длительности (широте) его импульса.

На (Рис.9) представлен график, иллюстрирующий применение трёхуровневой ШИМ для управления электродвигателем, которая используется в приводах асинхронных электродвигателей с переменной частотой. Напряжение от ШИ-модулятора, подаваемое на обмотку двигателя показано в виде прямоугольных импульсов. Пунктирной линией грубо изображён магнитный поток в статоре двигателя. Магнитный поток имеет приблизительно синусоидальную форму, благодаря соответствующему закону ШИМ.

Поэтому, ключи открыты не все время, а открываются, и закрываются с фиксированной частой, но изменяемой скважностью. Таким образом, изменяется действующее напряжение от нулевого до напряжения питания.

Назревает вопрос: зачем нужно менять скважность, зачем эта частота и для чего это всё нужно? Дело в том, что слишком малая частота может быть не эффективной или не обеспечивать необходимой плавности регулирования оборотов двигателя.

Рис.9 График иллюстрирующий напряжение от ШИ-модулятора, подаваемое на обмотку двигателя.

Например: если ротор двигателя имеет два полюса, то при одном полном обороте магнитного поля на статоре, ротор совершает один полный реальный оборот.

При 4 полюсах, чтобы повернуть вал двигателя на один полный оборот потребуется два оборота магнитного поля на статоре. Чем больше количество полюсов ротора, тем больше потребуется электрических оборотов для вращения вала двигателя на один оборот.

В нашем случае, имеется 12 магнитов на роторе. Для того, чтобы провернуть ротор на один оборот, потребуется 12/2=6 электрических оборотов поля. Поэтому, учитывая особенность конструкции двигателя и инверторную систему управления, для питания фаз двигателя необходима электрическая частота значительно выше 50Гц.

Чтобы добиться управления оборотами двигателя нужно наложить сигнал ШИМ, на сигналы, подаваемые на ключи. Для этого, микроконтроллер электронного блока управления, программно формирует ШИМ для каждого из ключей (IGBT). В программу контроллера, производитель закладывает определённый алгоритм и все данные для управления конкретным двигателем.

Мы пояснили немного суть системы управления двигателем, а вот детальный обзор устройства и принцип работы инверторного блока управления — очень объёмный материал и в рамках данной статьи мы рассматривать не будем.

6. Неисправности и диагностика двигателя

Как и говорилось выше, сам по себе двигатель довольно надёжный, относительно простой и в практике известны единичные случаи выхода из строя обмоток статора. Магниты на статоре имеют конечно не самое высшее качество, но их отклеивание или расколы почти не встречались.

Уязвимая деталь, пожалуй только датчик Холла. При возникновении его неисправности, отсутствует сигнал положения ротора, что приводит к некорректной работе системы питания фаз двигателя. В этом случае можно наблюдать, как ротор двигателя стопорится и издаёт дребезжащий металлический звук. В стиральных машинах LG, эта проблема зачастую сопровождается кодом неисправности «SE» на модуле интерфейса.

В отличие от коллекторного двигателя, запустить и проверить трёхфазный двигатель напрямую вне стиральной машины без каких-либо специальных приспособлений не получится, поскольку статор крепится к баку, а ротор к валу барабана стиральной машины. Поэтому, при наличии обычного цифрового мультиметра, можно проверить только сопротивление обмоток фаз статора. В связи с этим, на практике, при диагностировании неисправности, проблемную деталь двигателя или модуль управления, выявляют путём замены детали на заведомо исправную.

7. Преимущества и недостатки BLDC двигателей

Более ярким получится сравнение трёхфазного двигателя (BLDC) с традиционным коллекторным двигателем, которым оснащено большинство стиральных машин.

К преимуществу двигателей BLDC стоит отнести:

  • низкий уровень шума
  • относительно простая конструкция
  • особое позиционирование двигателя в стиральной машине, позволяющее снизить колебание бака
  • отсутствие приводного ремня, из-за которого терялась часть полезной энергии двигателя на преодоление сил трения ремня, между шкивом двигателя и шкивом барабана
  • отсутствие уязвимого коллекторно-щёточного узла, имеющего ограниченный ресурс и требующего обслуживания

К недостаткам двигателя BLDC относятся:

  • достаточно сложная система управления ( по сравнению с коллекторным двигателем)

Справедливости ради, стоит отметить, что двигатель стиральной машины LG с прямым приводом не идеально бесшумный. В момент пуска двигателя, из-за взаимодействия магнитных полей статора с магнитами ротора, возникают колебания последнего, сопровождающиеся характерным металлическим звоном. По мере увеличения оборотов ротора, звук становится более мягким, но всё-равно своеобразным и характерным для всех стиральных машин LG с прямым приводом барабана.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector