Способы запуска электродвигателя постоянного тока: рабочие схемы

Хорошие тяговые характеристики электрических машин постоянного тока сделали их неотъемлемым элементом большинства устройств промышленной и бытовой механизации. Но вместе с тем возникает и существенная проблема значительных пусковых токов, в сравнении с  асинхронными электродвигателями, работающих на переменном напряжении. Именно поэтому многие специалисты детально изучают способы запуска электродвигателя постоянного тока, прежде чем включить агрегат.

Прямой пуск

Из всех электродвигателей постоянного тока основная градация при выборе способа их запуска должна учитывать мощность устройства.

В целом выделяют три вида пуска:

• малой мощности;
• средней;
• большой мощности.

Для прямого запуска подойдут только маломощные электродвигатели, которые потребляют до 1кВт электроэнергии в сети.  При прямых запусках электродвигателя все напряжение сразу подается на рабочую обмотку. Это обуславливает возникновение максимального пускового тока из-за отсутствия естественной компенсации за счет ЭДС противодействия.

С физической точки зрения ситуация в обмотках ротора будет выглядеть следующим образом: в момент подачи напряжения сила тока в обмотках равна нулю, поэтому его значение будет определяться по формуле:

I = U/R_обм, где

U – приложенная к выводам номинальное напряжение, R_обм – сопротивление катушки.

В этот момент величина токовой нагрузки электродвигателя постоянного тока является максимальной, он может отличаться от номинального значения в 1,5 – 2,5 раза. После этого  протекание тока обуславливает генерацию ЭДС  противодействия, которая компенсирует пусковую нагрузку до установки номинальной мощности, тогда ток станет:

I = (U — E_прот)/R_обм

В мощных устройствах сопротивление обмоток якоря может равняться 1 или 0,5 Ом, из-за чего ток при запуске электродвигателя может достигнуть 200 – 500 А, что в 10 – 50 раз будет превышать допустимые величины. Это, в свою очередь, может привести к термическому отпуску металла, деформации проводников, разрушению колец или щеток скользящего контакта. Поэтому двигатели постоянного тока средней и большой мощности должны вводиться в работу реостатным запуском или путем подачи заведомо пониженного напряжения, прямой пуск для них крайне опасен.

Пуск с помощью пускового реостата

В этом случае в цепь вводится переменное сопротивление, которое на начальном этапе обеспечивает снижение токовой нагрузки, пока вращение ротора не достигнет установленных оборотов. По мере стабилизации ампеража до стандартной величины в реостате уменьшается сопротивление от максимального значения до минимального.  

Расчет электрической величины в этом случае будет производиться по формуле:

I = U / (R_обм + R_{реостата})

В лабораторных условиях уменьшение нагрузки может производиться вручную – посредством перемещения ползунка реостата. Однако в промышленности такой метод не получил широкого распространения, так как процесс не согласовывается с токовыми величинами.  Поэтому применяется регулировка по току, по ЭДС или по времени, в первом случае задействуется измерение величины в обмотках возбуждения, во втором, на каждую ступень применяется выдержка времени.

Оба метода используются для запуска электродвигателей:

• с последовательным;
• с параллельным возбуждением;
• с независимым возбуждением.

Запуск ДПТ с параллельным возбуждением

Такой запуск электродвигателя осуществляется посредством включения и обмотки возбуждения, и якорной к напряжению питания электросети, друг относительно друга они располагаются параллельно. То есть каждая из обмоток электродвигателя постоянного тока находятся под одинаковой разностью потенциалов.  Этот метод запуска обеспечивает жесткий режим работы, используемый в станочном оборудовании. Токовая нагрузка во вспомогательной обмотке  при запуске имеет сравнительно меньший ток, чем обмотки статора или ротора.

Для контроля пусковых характеристик сопротивления вводятся в обе цепи:

Рис 1. Запуск ДПТ с параллельным возбуждением

На начальном этапе вращения вала позиции реостата обеспечивают снижение нагрузки на электродвигатель, а затем их обратно выводят в положение нулевого сопротивления. При затяжных запусках выполняется автоматизация и комбинация нескольких ступеней пусковых реостатов или отдельных резисторов, пример такой схемы включения приведен на рисунке ниже:

Рис. 2. Ступенчатый пуск двигателя параллельного возбуждения

• При подаче напряжения питания на электродвигатель ток, протекающий через рабочие обмотки и обмотку возбуждения, за счет магазина сопротивлений R_пуск1, R_пуск2, R_пуск3 нагрузка ограничивается до минимальной величины.
• После достижения порогового значения минимума токовой величины происходит последовательное срабатывание  реле K1, K2, K3.
• В результате замыкания контактов реле K1.1 шунтируется первый резистор, рабочая характеристика в цепи питания электродвигателя скачкообразно повышается.
• Но после снижения ниже установленного предела замыкаются контакты K2. 2 и процесс повторяется снова, пока электрическая машина не достигнет номинальной частоты вращения.

Торможение электродвигателя постоянного тока может производиться в обратной последовательности за счет тех же резисторов.

Запуск ДПТ с последовательным возбуждением

Рис. 3. Запуск ДПТ с последовательным возбуждением

На рисунке выше приведена принципиальная схема подключения электродвигателя с последовательным возбуждением. Ее отличительная особенность заключается в последовательном соединении катушки возбуждения L_{возбуждения} и непосредственно мотора, переменное сопротивление R_якоря также вводится последовательно.

По цепи обеих катушек протекает одинаковая токовая величина, эта схема обладает хорошими параметрами запуска, поэтому ее часто используют в электрическом транспорте. Такой электродвигатель запрещено включать без усилия на валу, а регулирование частоты осуществляется в соответствии с нагрузкой.

Пуск ДПТ с независимым возбуждением

Подключение электродвигателя в цепь с  независимым возбуждением производится путем  ее запитки от отдельного источника.

Рис. 4. Запуск ДПТ с независимым возбуждением

На схеме приведен пример независимого подключения, здесь катушка L_{возбуждения} и сопротивление в ее цепи R_{возбуждения} получают питание отдельно от обмоток двигателя током независимого устройства. Для обмоток двигателя также включается регулировочный реостат R_якоря. При этом способе запуска машина постоянного тока не должна включаться без нагрузки или с минимальным усилием на валу, так как это приведет к нарастанию оборотов и последующей поломке.

Пуск путем изменения питающего напряжения

Одним из вариантов снижения токовой нагрузки при запуске электродвигателя является уменьшение питающего номинала посредством генератора постоянного напряжения или управляемого выпрямителя.

С физической точки зрения установка реостата обеспечивает тот же эффект, но с увеличением мощности электродвигателя возрастает и постоянная токовая нагрузка, существенно повышаются потери на реостатах. Поэтому снижение постоянного напряжения выполняет отдельное устройство на базе микросхемы, пример которого приведен на рисунке ниже:

Рис. 5. Схема пуска с изменением питающего напряжения

Какие существуют схемы подключения электродвигателей постоянного тока

В домашнем хозяйстве редко встретишь мотор, работающий на постоянном токе. Зато они всегда устанавливаются в детских игрушках, которые летают, ездят, шагают и т.д. Всегда они стоят в автомобилях: в различных приводах и вентиляторах. В электротранспорте чаще всего используют тоже их.

Другими словами, применяются двигатели постоянного тока там, где требуется достаточно широкий диапазон регулирования скорости и точность ее поддержания.

Электродвигатели постоянного тока

Электрическая мощность в моторе преобразуется в механическую, заставляющую его вращаться, а часть этой мощности расходуется на нагревание проводника. Конструкция двигателя электрического постоянного тока включает якорь и индуктор, которые разделяют воздушные зазоры.  Индуктор, состоящий из добавочных и главных полюсов, и станины,  предназначен  для создания  магнитного поля. Якорь, собранный из отдельных листов, обмотка рабочая и коллектор, благодаря которому постоянный ток подводится к  рабочей обмотке, образуют магнитную систему.   Коллектор – это насаженный на вал двигателя цилиндр, собранный  из изолированных друг от друга медных пластин. К его выступам припаиваются  концы обмотки якоря. Ток с коллектора снимается при помощи щеток, закрепленных в определенном положении в щеткодержателях, благодаря чему  обеспечивается нужный прижим на поверхность коллектора. Щетки с корпусом двигателя соединяются с помощью траверса.

Щетки, в процессе работы, скользят по поверхности вращающегося коллектора, переходя от одной его пластины к другой. При этом, в параллельных секциях обмотки якоря  происходит  изменение тока (когда щетка накоротко замыкает виток). Процесс этот называют коммутацией.

Под влиянием своего магнитного поля, в замкнутой секции обмотки возникает ЭДС самоиндукции, вызывающая появление дополнительного тока, который на поверхности  щеток распределяет неравномерно ток, что приводит к искрению.

Частота вращения  – одна из важнейших его характеристик. Ее регулировать можно тремя способами:  изменяя поток возбуждения, изменяя величину подводимого напряжения к двигателю, изменяя сопротивление в якорной цепи.

Два первых способа встречаются намного чаще третьего, ввиду его неэкономичности. Ток возбуждения  регулируется при помощи любого устройства, у которого возможно изменять активное сопротивление (например, реостата). Регулирование при помощи изменения напряжения требует наличие источника постоянного тока: преобразователя или генератора. Такое регулирование применяют во всех промышленных электроприводах.

Торможение электрического двигателя постоянного тока

Для торможения  электроприводов с ДПТ также есть три варианта: торможение противовключением, динамическое и рекуперативное. Первое происходит за счет изменения полярности тока в обмотке якоря и напряжения. Второе происходит благодаря замыканию накоротко (через резистор) обмотки якоря. Электрический двигатель при этом работает как генератор, преобразуя в электрическую, запасенную им  механическую энергию, которая выделяется в виде тепла. Это торможение сопровождается мгновенной остановкой двигателя.

Последнее происходит, если электрический мотор, включенный в сеть, вращается со скоростью, которая выше скорости холостого хода. ЭДС обмотки двигателя в этом случае, превышает значение напряжении я в сети, что приводит к изменению на противоположное направление тока в обмотке мотора, т.е. двигатель отдает в сеть энергию, переходя в режим генератора. Одновременно возникает тормозной  момент на валу.

Преимущества двигателей постоянного тока

Сравнивая их с асинхронными моторами, нужно отметить отличные пусковые качества, высокую (до 3000 об/мин) частоту вращения, а также хорошую регулировку. Из недостатков отметить можно? Сложность конструкции, низкую надежность, высокую стоимость и затраты на ремонт и обслуживание.

Принцип действия ДПТ

ДПТ, как и любой современный мотор, работает на основе «Правила левой руки», с которым все знакомы еще со школы и  закона Фарадея. При подключении тока к нижней обмотке якоря в одном направлении, а к обмотке верхней – в другом, якорь начинает вращаться, а уложенные в его пазах проводники – выталкиваться магнитным полем статора или обмоток корпуса двигателя постоянного тока. Вправо выталкивается нижняя часть, а влево – верхняя. В результате якорь вращается до тех пор, пока его части не поменяются местами. Чтобы добиться непрерывного вращения, необходимо полярность обмотки якоря регулярно менять местами. Как раз этим и занимается коллектор, коммутирующий при вращении обмотки якоря. На коллектор от источника  подается напряжение через пару прижимных щеток из графита.

Принципиальные схемы ДПТ

Двигатель переменного тока подключается просто, в отличие от ДПТ. Обычно у таких двигателей высокой и средней мощности имеются отдельные выводы в клеммной коробке (от обмотки и якоря). На  якорь обычно подается полное напряжение, а на обмотку —  ток, регулировать который можно реостатом или  напряжением переменным. От величины тока, имеющегося на обмотке возбуждения, прямопропорционально зависят обороты двигателя переменного тока.

В зависимости от того, какая используется схема подключения электродвигателя постоянного тока, двигатель электрический может быть постоянного тока, разделяют на самовозбуждающиеся  и с независимым возбуждением (от отдельного источника).

Схема для  подключения двигателя с возбуждением параллельным

Она аналогична предыдущей, но не имеет отдельного источника питания.

Когда требуется большой пусковой ток, применяют двигатели с возбуждением последовательным: в городском электротранспорте (троллейбусах, трамваях, электровозах).

Токи обоих обмоток в этом случае одинаковы. Недостаток – требуется постоянная нагрузка на вал, поскольку при ее уменьшении на 25%, резко увеличивается частота вращения и происходит отказ двигателя.

Есть еще моторы, которые крайне редко используются — со смешанным возбуждением. Их схема представлена ниже.

Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением

Под понятием «возбуждение» понимают создание в электрических машинах магнитного поля, которое необходимо, чтобы заработал двигатель. Схем возбуждения несколько:

• С независимым возбуждением (питание обмотки происходит от постороннего источника).
• Электродвигатель постоянного тока с параллельным возбуждением (источник питания  обмотки возбуждения и  якоря  включены параллельно) – шунтовые.
• С последовательным возбуждением (обе обмотки включены последовательно) – сериесные.
•  Со смешанным возбуждением – компаундные.

Бесщеточные моторы

Но, двигатель со щетками, которые быстро изнашиваются и приводят к искрению, не может использоваться там, где необходима высокая надежность, поэтому среди электротранспорта (электровелосипедов, скутеров, мотоциклов и электромобилей) наибольшее применение нашли  бесщеточные электродвигатели. Они отличаются высоким КПД, невысокой стоимостью, хорошей удельной емкостью, длительным сроком службы, малыми размерами, бесшумной работой.

Работа этого двигателя основывается на взаимодействии магнитных полей электромагнита и постоянного. Когда за окном 21 век, а вокруг полно мощных и недорогих проводников, логично заменить механический инвертор цифровым, добавить датчик положения ротора, решающий  в какой момент на конкретную катушку необходимо подать напряжение, и получить бесщеточный электродвигатель постоянного тока. В качестве датчика чаще используется датчик Холла.

Поскольку в этом двигателе удалены щетки, он не нуждается в регулярном обслуживании. Управляется двигатель постоянного тока при помощи блока управления, позволяющего изменять частоту вращения вала мотора, стабилизировать на определенном уровне обороты (независимо от имеющейся на валу нагрузки).

Состоит блок управления из нескольких узлов:

• Системы импульсно-фазового управления  СИФУ.
• Регулятора
• Защиты.

 

Где купить электродвигатель

Многие компании с мировыми именами выпускают сегодня электродвигатель постоянного тока 220 В. Купить его можно в интернет — магазинах, менеджеры которых предоставят исчерпывающую онлайн информацию, касающуюся выбранной модели. Большой выбор моделей таких двигателей на сайте  http://ru.aliexpress.com/w/wholesale-brushless-dc-motor.html, в каталоге которого можно ознакомиться со стоимостью моделей, их описанием и пр. Если даже в каталоге нет интересующего двигателя, можно заказать его доставку.

Двигатели постоянного тока как промышленные двигатели

---

---

ЦЕЛИ :

• Список применений двигателей постоянного тока.
• Описать электрические характеристики двигателей постоянного тока.
• Опишите структуру поля двигателя постоянного тока.
• Изменить направление вращения двигателя постоянного тока.
• Определите последовательные и шунтирующие поля и обмотку якоря с помощью омметр.
• Соедините провода двигателя, чтобы сформировать последовательный, шунтирующий или составной двигатель.
• Опишите разницу между дифференциальным и кумулятивным соединением мотор.

Применение

Двигатели постоянного тока

используются в приложениях, где переменная скорость и большой крутящий момент необходимы. Они используются для кранов и подъемников, когда грузы должны быть запущены медленно и быстро ускоряется.

Двигатели постоянного тока также используются в печатных машинах, сталелитейные заводы, трубопрокатные заводы и многие другие промышленные предприятия где важен контроль скорости.

Регулятор скорости

Скорость двигателя постоянного тока можно контролировать, применяя переменное напряжение. к арматуре или полю. Когда полное напряжение подается как на якорь, так и на поле, двигатель работает на своей базовой или нормальной скорости. Когда полный на поле подается напряжение, а на якорь подается пониженное напряжение, двигатель работает ниже нормальной скорости. При подаче полного напряжения на на поле подается якорь и пониженное напряжение, двигатель работает выше нормальной скорости.

Конструкция двигателя

Основными частями двигателя постоянного тока являются якорь, обмотки возбуждения, щетки и корпус (рис. 1).

Арматура

Якорь — это вращающаяся часть двигателя. Он построен из железный цилиндр с прорезями. Провод наматывается через пазы для формирования обмоток. Концы обмоток соединены с коммутатор, который состоит из изолированных медных стержней и установлен на тот же вал, что и обмотки. Обмотки и коммутатор вместе образуют арматура.

Угольные щетки, которые прижимаются к сегменту коллектора, подают питание к якорю от сети постоянного тока. Коммутатор — механический. переключатель, который заставляет ток течь через обмотки якоря в в том же направлении. Это позволяет изменить полярность создаваемого магнитного поля. в якоре оставаться постоянным при его вращении.

Сопротивление якоря поддерживается на низком уровне, обычно менее 1 Ом. Это потому что регулирование скорости двигателя пропорционально сопротивлению якоря. Чем ниже сопротивление якоря, тем лучше будет регулировка скорости. быть. Там, где выводы щеток выходят из двигателя в клеммной коробке, они обозначены A1 и A2.

Обмотки возбуждения

В двигателях постоянного тока используются обмотки возбуждения двух типов: последовательные и шунтирующие. Последовательное поле создается несколькими витками большого провода. Он имеет низкое сопротивление и предназначен для последовательного соединения с якорем.

Маркировка клемм, S1 и S2, идентифицирует последовательные обмотки возбуждения.

Шунтирующая обмотка возбуждения выполнена из множества витков тонкого провода. В нем есть имеет высокое сопротивление и предназначен для параллельного подключения к арматура. Поскольку шунтирующее поле подключено параллельно якорю, к нему подключено линейное напряжение. Ток через шунтирующее поле следовательно, ограничивается его сопротивлением. Маркировка клемм для поле шунта F1 и F2.

Рис. 1 Двигатель постоянного тока, полевая конструкция и якорь в сборе.

Рис. 2 подключения двигателя постоянного тока.

Рис. 3 Намотаны обмотки последовательного и шунтирующего возбуждения.

Идентификация обмоток

Обмотки двигателя постоянного тока можно определить с помощью омметра. Шунт обмотку возбуждения можно отличить по тому, что она имеет высокое сопротивление по сравнению с двумя другими обмотками. Последовательные обмотки возбуждения и якоря имеют очень низкое сопротивление. Однако их можно определить, повернув вал двигателя. Когда омметр подключен к последовательному полю и вал двигателя вращается, показания омметра не будут затронуты. Когда омметр подключен к обмотке якоря, а вал двигателя повернут, показания станут неустойчивыми, так как щетки контактируют друг с другом с разными сегментами коммутатора.

Типы двигателей постоянного тока

Существует три основных типа двигателей постоянного тока: последовательные, параллельные и параллельные. сложный. Тип используемого двигателя определяется требованиями нагрузка. Серийный двигатель, например, может создавать очень высокий пусковой момент, но его регулировка скорости плохая. Единственное, что ограничивает скорость последовательного двигателя — это количество подключенной к нему нагрузки. очень распространенный Применение серийного двигателя — это стартер, используемый в автомобилях.

Шунтирующие и комбинированные двигатели используются там, где требуется регулирование скорости. важно.

На рис. 2 показаны основные соединения для последовательных, параллельных и комбинированных двигателей. Обратите внимание, что последовательный двигатель содержит только последовательное поле, подключенное в серия с арматурой. Шунтирующий двигатель содержит только шунтирующее поле подключен параллельно якорю. Показан реостат, соединенный последовательно. с шунтирующим полем для обеспечения контроля скорости выше нормальной.

Составной двигатель имеет как последовательную, так и шунтирующую обмотки возбуждения. Каждый полюс часть в двигателе будет иметь обе обмотки, намотанные на него (рис. 3). Там различные способы соединения составных двигателей. Например, мотор может быть подключен как длинный шунт или как короткий шунт (ил. 4). Когда выполняется длинное шунтирующее соединение, шунтирующее поле подключается параллельно как якорю, так и последовательному полю. При коротком шунте соединение выполнено, поле шунта подключено параллельно якорю, но последовательно с полем серии.

Комбинированные двигатели также могут быть подключены как накопительные или дифференциальные. Когда двигатель подключен как кумулятивный компаунд, параллельное и последовательное поля соединены так, что при протекании тока по обмоткам они помогают друг другу в производстве магнетизма (илл. 5). Когда двигатель соединен как дифференциальный состав, шунтирующая и последовательная обмотки возбуждения соединены таким образом, что при протекании через них тока они противодействуют друг другу в производстве магнетизма (илл.

6).

Рис. 4 Составные соединения двигателя.

Рис. 5 Совокупное составное соединение.

Рис. 6 Компаундное соединение дифференциала.

Рис. 7 Якорь вращается по часовой стрелке.

Направление вращения

Направление вращения якоря определяется соотношением полярности магнитного поля якоря к полярности магнитное поле полюсных наконечников. На рис. 7 показан двигатель, подключенный в таким образом, что якорь будет вращаться по часовой стрелке из-за к притяжению и отталкиванию магнитных полей. Если входные строки к двигателю, магнитная полярность как полюсных наконечников, так и якоря будет изменена на противоположную, и двигатель будет продолжать работать. в том же направлении (илл. 8).

Чтобы изменить направление вращения якоря, магнитная полярность якоря и поля должны изменяться по отношению друг к другу. На рис. 9 выводы якоря заменены, а выводы возбуждения заменены. нет. Обратите внимание, что притяжение и отталкивание магнитных полей теперь заставить якорь вращаться против часовой стрелки.

Если необходимо изменить направление вращения последовательного или параллельного двигателя, можно поменять местами выводы возбуждения или якоря. Много маленьких шунтов постоянного тока реверсирование двигателей осуществляется путем обратного подключения проводов шунтирующего поля. Это сделано потому, что ток, протекающий через шунтирующее поле, намного ниже чем ток, протекающий через якорь. Это позволяет небольшой переключатель, вместо большого соленоидного выключателя для использования в качестве реверсивного выключателя. Больной. 10 показан двухполюсный двухпозиционный переключатель (DPDT), используемый в качестве реверсивного переключателя. выключатель. Питание подключается к общим клеммам выключателя и стационарные терминалы имеют перекрестное соединение.

При реверсировании составного двигателя меняются только выводы якоря. Если двигатель реверсируется путем замены проводов шунтирующего поля, двигатель быть изменен с кумулятивного составного двигателя на дифференциальный составной мотор. Если это произойдет, скорость двигателя резко упадет при нагрузке. добавил в двигатель.

На рис. 11 показана схема реверсирования с использованием магнитных контакторов для переключения направление тока, протекающего через якорь. Обратите внимание, что направление тока через последовательное и шунтирующее поля остается одинаковым независимо от того, контакты F или R замкнуты.

Рис. 8 Изменение входных строк не изменит направление вращения.

Рис. 9 Когда выводы якоря перепутаны, направление вращения изменен.

Рис. 10 Двухполюсный двухпозиционный переключатель, используемый для изменения направления вращения шунтового двигателя.

рис. 11 Контакторы меняют направление тока через арматура.

Стандартные соединения

Когда двигатели постоянного тока намотаны, выводы клемм маркируются стандартным способ. Это позволяет определить направление вращения, когда обмотки двигателя соединены. Направление вращения определяется обращенный к коллекторному концу двигателя, который обычно расположен на задней части двигателя, но не всегда. На рис. 12 показаны стандартные соединения. для серийного двигателя на рис. 13 показаны стандартные соединения для шунта двигателя, а на рис. 14 показаны стандартные соединения для накопительного ком фунт мотор.

Рис. 12 Стандартные соединения для серийных двигателей.

Рис. 13 Стандартные соединения для параллельных двигателей.

Рис. 14 Стандартные соединения для составных двигателей.

ВИКТОРИНА :

1. Как заставить двигатель постоянного тока работать со скоростью ниже нормальной?

2. Назовите три основных типа двигателей постоянного тока.

3. Объясните физическую разницу между последовательными обмотками возбуждения и шунтирующими обмотками. обмотки возбуждения.

4. Чему пропорционально регулирование скорости двигателя постоянного тока?

5. Какое соединение выполнено для формирования составного двигателя с длинным шунтом?

6. Объясните разницу между подключением накопительного компаунда и дифференциального компаунда двигателя.

7. Как меняется направление вращения двигателя постоянного тока?

8. Почему важно менять местами только выводы якоря при замене вращение составного двигателя?

Как подключить бесщеточные двигатели постоянного тока к электронному контроллеру

Подключение бесщеточных двигателей постоянного тока к электронным контроллерам двигателей осложняется тем, что фазные провода двигателя и провода датчиков должны быть подключены к электронному контроллеру двигателя с точной конфигурацией фаз для обеспечения правильной работы. операция. Во многих случаях информация, необходимая для определения правильного подключения датчика двигателя и фазного провода к электронному контроллеру двигателя, недоступна и должна быть получена путем измерения. В этой статье объясняется важность фазовой зависимости между датчиком двигателя и фазовыми выводами, а также то, как эту взаимосвязь можно измерить. Наконец, объясняется, как обеспечить правильное подключение фазы двигателя и сигнальных проводов к электронному контроллеру двигателя.

  Датчик
Датчики Холла на бесщеточных двигателях постоянного тока определяют положение магнитного полюса на роторе двигателя (вращающийся элемент) относительно обмоток фазной катушки двигателя на статоре двигателя (неподвижный элемент). Датчики Холла используются для указания того, на какую фазную обмотку статора нужно подать питание, чтобы создать максимальный крутящий момент двигателя в желаемом направлении вращения.

Подача электрического тока в фазные катушки двигателя создает электромагнитный полюс на периферии статора, притягивая магнитный полюс к ротору, создавая крутящий момент и вращение на валу двигателя. Максимальный крутящий момент двигателя создается за счет создания электромагнитного полюса на периферии статора на расстоянии 90 градусов (в квадратуре) относительно магнитного полюса ротора. Вращающееся магнитное поле на периферии статора получается за счет последовательного возбуждения фазных катушек двигателя, по существу создавая вращающийся электромагнит на периферии статора. Электромагнитный полюс, генерируемый на периферии статора, должен синхронно вращаться вокруг периферии статора с той же скоростью вращения, что и магнитный полюс ротора, чтобы создавать постоянный крутящий момент. Вращающийся магнитный полюс ротора синхронно следует за вращающимся магнитным полюсом статора по периферии статора. Относительное положение между вращающимися магнитными полюсами статора и ротора в идеале остается фиксированным в квадратурном угловом положении, создавая максимальный постоянный крутящий момент, когда оба магнитных полюса вращаются с одинаковой скоростью. Ссылка на анимацию работы бесколлекторного двигателя постоянного тока приведена в глоссарии в качестве наглядного пособия для понимания этой концепции.

Три датчика Холла расположены на одинаковом угловом расстоянии друг от друга, чтобы определить положение магнитного полюса ротора относительно трех равноудаленных фазных обмоток двигателя (рис. 1). Три состояния переключателя датчика Холла используются для указания того, на какие обмотки фазы двигателя следует подавать питание для создания максимального крутящего момента на роторе.

Рисунок 1  Иллюстрация размещения датчика Холла на периферии статора двигателя для определения положения магнитных полюсов ротора относительно полюсов статора двигателя

Зависимость между состояниями переключателя на эффекте Холла и оптимальным возбуждением фазных катушек двигателя может быть представлена ​​в табличной форме. Пример приведен ниже (рис. 2):

Рисунок 2. Таблица состояний датчика Холла и фазы возбуждения двигателя для создания максимального крутящего момента в требуемом направлении вращения.

 Методы
Существует множество различных номенклатур для обозначения трехфазных проводов бесщеточных двигателей постоянного тока. Типичные номенклатуры для обозначений фаз двигателя: [A,B,C], [R,S,T], [U,V,W] или [W1,W2, W3]. Для целей данного документа номенклатура маркировки [A, B, C] будет использоваться для обозначения фаз двигателя. Аналогичным образом, номенклатура датчика Холла, упоминаемая в этой статье, имеет вид [h2, h3 и h4], хотя другими типичными обозначениями являются [Hall 1, Hall 2 и Hall 3], [Hall A, B, C] или [Sensor 1, 2, 3].

Таблица взаимосвязи между состояниями датчика Холла, которая указывает положение ротора относительно фазных обмоток статора, может быть предоставлена ​​изготовителем двигателя. Раздел № 1 описывает типичные форматы для этой информации. Если эта информация недоступна, то таблица должна быть создана путем измерения. Метод создания таблицы по измерению представлен в Разделе № 2. Раздел № 3 описывает, как использовать таблицы для правильного подключения двигателя к электронному контроллеру двигателя.

РАЗДЕЛЫ:
1. Информация в виде таблицы Холла
2. Использование метода подачи фазного тока для
Создание корреляционной таблицы датчика Холла двигателя
3. Подключение двигателя к электронному контроллеру
4. Другие методы измерения

6   Раздел 1: Таблица на основе Холла Предоставляется
Этот сценарий предпочтительнее, поскольку он не требует каких-либо прямых измерений двигателя или измерительного оборудования, но зависит от доступа к таблицам корреляции датчика Холла бесщеточного двигателя и электронного контроллера. Многие поставщики бесщеточных двигателей постоянного тока предоставляют информацию в паспорте двигателя, чтобы помочь определить правильную последовательность подключения двигателя к электронному контроллеру. Таблица корреляции бесщеточного двигателя и датчика Холла электронного контроллера обычно предоставляется в виде диаграммы или таблицы, которые могут иметь разные названия, такие как «Блоковая коммутация» или «Временная диаграмма бесщеточного двигателя постоянного тока». Обычно эти диаграммы иллюстрируют последовательность напряжения фазы двигателя или, альтернативно, состояние силовых переключателей фазы двигателя контроллера двигателя, коррелированное с состояниями датчика Холла в течение одного полного электрического цикла вращения. В таблице указано, на какие обмотки фазы двигателя следует подавать питание в зависимости от состояния переключателя датчика Холла, чтобы обеспечить оптимальный крутящий момент двигателя. Примеры каждого типа таблиц приведены ниже:

120° ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАССТОЯНИЕ (формы сигналов относительно земли)

Если корреляционные диаграммы двигателя и контроллера идентичны для обоих направлений вращения, просто соедините двигатель и контроллер напрямую, используя одну и ту же назначенную номенклатуру. Например, провод фазы двигателя, обозначенный A, подключается к фазовому выходу электронного контроллера двигателя, обозначенному A, а провод датчика Холла двигателя, обозначенный 1, подключается к входу электронного контроллера двигателя, обозначенному датчиком Холла 1. Если они не совпадают точно, чем в таблице требуется манипуляция, чтобы определить, какие выводы фаз двигателя должны быть переназначены в соответствии с таблицей контроллера. Дополнительную информацию см. в разделе 3 «Подключение двигателя к электронному блоку управления».

  Раздел 2. Измерение фазного тока для создания таблицы Холла двигателя
Для этого метода требуется следующее электронное оборудование: Состояние напряжения сигнала датчика воздействия.

Этот метод можно использовать для измерения таблицы корреляции датчика Холла, если эта информация недоступна. Этот метод включает подачу фиксированного постоянного тока в фазные обмотки двигателя для создания фиксированного электромагнитного полюса на периферии статора, как показано ниже. Двигатель размещается на скамье без какой-либо нагрузки, подключенной к
вал, при этом вал двигателя может свободно вращаться. Когда фазные обмотки двигателя находятся под напряжением, магнитный полюс ротора притягивается к электромагнитному полюсу статора, и полюс ротора вращается, чтобы выровняться под фазной обмоткой двигателя, в которую подается ток и который создает электромагнитный полюс на периферии статора. Состояния датчика Холла
записываются для этого углового положения ротора. Процесс повторяется путем подачи тока в другую комбинацию фазных катушек статора, создавая электромагнитный полюс в другом угловом положении на периферии статора. Ток от источника питания постоянного тока должен быть ограничен максимальным номинальным постоянным током двигателя, чтобы гарантировать отсутствие повреждения двигателя.

Соединение, создающее магнитный полюс, выровненный под обмоткой фазы А.		Соединение, создающее магнитный полюс обратной полярности, выровненный под обмоткой фазы C .

На фазные обмотки двигателя подается питание в такой последовательности, которая последовательно вращает электромагнитный полюс статора вокруг периферии статора, производя последовательное вращение ротора. Состояния датчика Холла и направление вращения вала записываются при каждой последовательности возбуждения, создавая сопоставленную таблицу корреляции.

Производная таблица должна обрабатываться для контроллеров моторов с помощью шестиступенчатой ​​(блочной) коммутации. Последовательность возбуждения фаз в таблице создает магнитный полюс на периферии статора, который совпадает с магнитным полюсом ротора. Датчики Холла показывают положение магнитного полюса ротора, совмещенного с фазой под напряжением. Фактическая последовательность фазового возбуждения должна создавать магнитный полюс на периферии статора, отстоящий в квадратуре от магнитного полюса ротора для создания крутящего момента. Шестиступенчатый (блочный) метод коммутации включает только две фазы одновременно. Выключенная фаза — это фаза, по которой ротор выровнен, а остальные фазы создают полюс электромагнита на периферии статора в квадратуре с положением магнитного полюса ротора. Отметьте x, указывающий фазу выключения для каждой строки таблицы, которая имеет одинарную полярность.

Магнитный полюс, генерируемый на периферии статора, который находится в квадратуре к полюсу ротора, может быть расположен либо +/-90 градусов от магнитного полюса ротора, контролируя полярность инжектируемых фазных токов на двух фазах. Расположение магнитного полюса, образующегося на периферии статора, относительно магнитного полюса ротора определяет направление вращения, при котором крутящий момент действует на ротор. Следовательно, изменение полярности двух фаз под напряжением будет прикладывать крутящий момент в противоположном направлении вращения.

			Магнитный полюс, созданный на периферии статора , расположенный на одной линии с магнитным полюсом ротора, когда три катушки статора находятся под напряжением в соответствии со схемой
			Магнитный полюс на периферии статора, расположенный в квадратуре с ротором  магнитный полюс для создания вращения против часовой стрелки , когда две катушки статора находятся под напряжением в соответствии с диаграммой
			Магнитный полюс на периферии статора расположен в квадратуре с ротором магнитный полюс для создания вращения по часовой стрелке, когда две катушки статора находятся под напряжением в соответствии с диаграммой ниже:

Последовательность фаз двигателя для подачи питания для обеспечения вращения против часовой стрелки при заданном положении ротора, обеспечиваемом состояниями датчика Холла, представлена ​​ниже:

Последовательность инвертируется для вращения против часовой стрелки:

Результирующая таблица корреляции фаз возбуждения двигателя к состоянию датчика Холла показано ниже:

 

  Раздел 3. Подключение двигателя к электронному блоку управления
Ниже приведены примеры таблиц датчиков Холла для электронного контроллера и двигателя.

Первый шаг — корректировка строк таблицы до тех пор, пока части таблиц, относящиеся к датчику Холла, не станут идентичными:

Второй шаг — поменять местами столбцы обозначения фаз двигателя, пока таблицы не совпадут:

Переназначьте выводы фаз двигателя в соответствии с таблицей контроллера:

Диаграммы корреляции двигателя и контроллера теперь идентичны. Просто подключите двигатель и контроллер напрямую, используя одну и ту же обозначенную номенклатуру. Например, провод фазы двигателя, обозначенный буквой А, подключается к выходу фазы электронного контроллера двигателя, обозначенному буквой А, а провод датчика Холла двигателя, обозначенный цифрой 1, подключается к входу электронного контроллера двигателя, обозначенному датчиком Холла 1.

 Раздел 4: Другие методы

Схема BEMF
Для этого метода требуется следующее оборудование:
4-канальный осциллограф
заставляя двигатель BLDC работать в качестве генератора. Генерируемое двигателем напряжение между фазами A и B отслеживается на одном канале осциллографа, а состояния напряжения трех датчиков Холла отслеживаются на оставшихся трех каналах осциллографа. Корреляция генерируемых фазных напряжений двигателя и состояний датчика Холла обеспечивает взаимосвязь положения ротора фазы двигателя.

Соединение методом проб и ошибок
Метод проб и ошибок включает проверку всех возможных комбинаций подключения датчика Холла двигателя к электронному приводу до тех пор, пока не будет найдена оптимальная конфигурация. К сожалению, существуют комбинации, которые могут привести к очень неэффективному режиму работы двигателя. По этой причине может быть сложно определить оптимальную комбинацию подключения датчика Холла, поэтому этот метод не рекомендуется.