Stap 2: De borstelloze DC-Motor
Ik heb gewezen op en vet de sappige spul dat je nodig hebt, maar omwille van de continuïteit waarschijnlijk goed om grunge door alle van het toch is.
Geborsteld DC Motor natuurkunde
Misschien de beste DC motor primer die ik heb gezien (ik ben niet bevooroordeeld helemaal niet, ik beloof u kerels! Pinky belofte! ) is de MIT OpenCourseware notities voor 2.004: dynamiek en controle II. Neem een lezen via het op uw eigen vrije tijd, maar de fundamentele vervallen is dat een geborsteld gelijkstroommotor is een bidirectionele transducer tussen elektrische en mechanische macht die wordt gekenmerkt door een motorconstanteKm , en een interne weerstandRm. Voor de eenvoud zal niet motor zelfinductie L worden beschouwd. In wezen als je Km en Rm, en een paar details over uw krachtbron weet, kunt u meer of minder karakteriseren uw gehele motor. \
Update 10/06/2010: de originele 2.004 document-link is dood, maar hier is een die is ongeveer hetzelfde inhoudelijke. Ook van MIT OCW.
De motorconstante Km bevat informatie over hoeveel koppel uw motor zal produceren per Ampère voor huidige draw (Nm / A) evenals hoeveel volt uw motor zal genereren over de terminals per eenheid snelheid die u op spin (V / rad / s, of Vs / rad, of gewoon V * s). Deze "back-EMF constante" is numeriek gelijk aan Km, maar soms genoemd Kv.
In een gelijkstroommotor, wordt Km gegeven door de uitdrukking
Km = 2 * N * B * L * Rwaarbij N staat voor het aantal volledige lussen van de draad die interactie met uw permanente magneetveld van sterkte B (gemeten in Tesla). Deze interactie plaatsvindt over een bepaalde lengte L , die over het algemeen is de lengte van uw magneten en een straal R is de straal van uw motor armatuur. De 2 komt uit het feit dat uw lus van de draad moet gaan over dan terug op het gebied van magnetische invloed om op zichzelf te dichten. Deze R heeft niets te maken met Rm, door de manier.
Even terzijde, zal ik gebruiken alleen SI (metrisch!!!) eenheden hier omdat ze net zo veel gemakkelijker mee kunt werken voor natuurkunde.
Laten we eens kijken naar de expressie voor Km weer. We weten van de laatste pagina die
Pe = V * ik en Pm = T * ω
In de ideale motor voor 100% rendement (de perfecte transducer), Pe = Pm, omdat de macht in komt overeen met macht uit. Dus
V * I = T * ωWaar hebben we eerder gezien? Swap enkele waarden:
V / ω = T / I
KV = KmOh snap.
De afhaalmaaltijden feit van dit is dat een paar belangrijke dimensies van uw motor te weten: de magnetische veldsterkte, de lengte van de magnetische wisselwerking, het aantal bochten en de straal van de armatuur, kunt u eigenlijk ballpark de prestaties van uw motor cijfers meestal voor binnen een factor 2.
Nu is het tijd voor...
De borstelloze DC-Motor
BLDC motoren liggen in de Awkward grijze Zone tussen DC motor en AC motoren. Er is aanzienlijke meningsverschillen in de motor engineering Gemeenschap over hoe een machine die gebaseerd op drie fase wisselstroom is kan worden genoemd een gelijkstroommotor en EE. De onderscheidende factor voor mij persoonlijk is:
In een borstelloze DC-motor vervangen elektronische schakelaars de mechanische schakelaar van de borstel-en-koper die route huidige aan de juiste windingen op het juiste moment voor het genereren van een roterend magnetisch veld. De enige plicht van de elektronica is te emuleren de commutator alsof de machine een DC-motor. Geen poging wordt gedaan om AC motorische controlemethoden gebruiken om te compenseren voor de AC-kenmerken van de machine.
Dit geeft me een excuus gebruiken DC motor analysemethoden om te summier ontwerpen BLDC motoren.
Ik zal toegeven dat ik heb geen diepgaande kennis van BLDC of AC-machines. In een ander durven handelen van outsourcing, moedig ik u aan het kennisnemen van James Mevey ongelooflijke 350-iets-pagina proefschrift over alles en nog wat je ooit wilde weten over borstelloze motoren ooit. Like, ooit serieus.
Er is een heleboel dingen die u niet hoeft te weten in dat, hoewel, zoals hoe veld-georiënteerde controle werken. Wat is zeer nuttig in begrijpen BLDC motoren is de afleiding van de kenmerken van hun koppel van 37 tot en met 46-pagina's. Het korte overzicht van hoe de dingen in een BLDC motor werken is dat een elektronische controller stuurt huidige via twee uit drie fasen van de motor in de volgorde die genereert een draaiend magnetisch veld, een echt trippy-kont-ding dat eruit als
.
De reden dat wij twee uit drie fasen is omdat heeft een 3 -fase motor, fundemantally, 3 verbindingen, waarvan er twee op een bepaald moment worden gebruikt. Hier is een goede illustratie van de mogelijke configuraties van 3 fase bedrading. Huidige moet komen in een verbinding, en uit de andere.
Mevey 38, vergelijking 2.30, wordt het koppel van een BLDC motor fase gegeven door
T = 2 * N * B * Y * ik * D/2
waar Y L in mijn vorige DC motor vergelijking heeft vervangen en D/2 (de helft de rotordiameter) vervangt R.
Als je het doet mijn weg, wordt het
T = 2 * N * B * L * R * i , D/2 te vervangen door R.
Onthoud nu dat twee fasen van de motor heeft huidige ik daarin stroomt. Vandaar,
T = 4 * N * B * L * R * ik
Dit is de vergelijkingen te weten voor eenvoudige raming van BLDC koppel. Piek koppel productie (bescheiden) gelijk is aan 4 keer de:
aantal omwentelingen per fase
sterkte van het permanente magneetveld
lengte van de stator / core (of de magneet ook, als ze gelijk zijn)
straal van de stator
stroom in de motor wikkelingen
Zoals verwacht, schalen dit lineair met de huidige. In het echte leven, zal dit waarschijnlijk krijg je binnen een factor twee. Dat wil zeggen, de productie van uw werkelijke koppel mogelijk tussen deze theoretische T en T/2
Wacht, 4? Betekent dit dat als ik mijn DC borstelmotor in een borstelloze motor te schakelen, opeens wel twee keer het koppel? Niet noodzakelijkerwijs. Dit is een wiskundige constructie - een gelijkstroommotor windingen worden geacht op een verschillende manier, waardoor de definitie van N en L te wijzigen.
Vervolgens zullen we zien hoe deze vergelijking gebruiken op maat van uw motor.
28 juli 2010 Update de definitie van T
In de vergelijking T = 4 * N * L * B * R ikde constante 4 komt uit de afleiding van een motor met slechts één tand per fase, uitgaande N is het aantal omwentelingen van draad per tand op de stator.
De volledige afleiding van deze constante omvat elke lus van draad eigenlijk twee secties van draad, elk met lengte Lwordt. Dit is vanwege het feit dat een lus gaat over de stator, vervolgens terug opnieuw. Hierna sloeg in een BLDC motor, twee fasen worden altijd aangedreven, dus bij koppel te dragen.
We kunnen constateren dat er in een motor met slechts 1 tand per fase (een 3-toothed stator), er zijn niet meer multiplicatieve factoren. Echter, voor elke tand u per fase (2 tanden per fase in een 6-tooth stator, 3 tanden per fase in een 9-tooth stator, etc.) de bovenstaande constante dienovereenkomstig moet worden vermenigvuldigd. De constante voor de vergelijking is hoofdzakelijk verantwoordelijk voor het aantal actieve stadia van draad, oftewel 2 passeert per lus tijden 2 fasen actieve tijden aantal tanden per fase.
Dus, wat ik eigenlijk bedoel is dat T = 4 * m * N * B * L * R * ik waar
m = de telling van de zojuist gedefinieerde tanden per fase .
Als de windingen zelf hebben maar om te worden ingevoerd, houd in gedachten het aantal tanden per phasein is dLRK ontbinding 4.
