Chinasp.ru

Авто Клондайк
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулятор оборотов коллекторного двигателя своими руками

Регулятор оборотов коллекторного двигателя своими руками

Сфера применения коллекторного двигателя

В настоящее время коллекторные двигатели получили широкое применение в быту и на производстве. Такие электромеханические устройства могут быть как постоянного, так и переменного тока. В зависимости от их предназначения возникает необходимость в изменении скорости вращения оборотов электродвигателя. С такой задачей может справиться тиристорный регулятор напряжения или симисторный регулятор мощности для электродвигателя.

Устройство и принцип действия

Коллектор в КДПТ служит узлом переключения тока в обмотках якоря. В бесколлекторном электродвигателе постоянного тока (БДПТ) эту роль выполняют не щетки с ламелями, а коммутатор она полупроводниковых ключах — транзисторах. Транзисторы переключают обмотки статора, создавая вращающееся магнитное поле, которое взаимодействует с полем магнитов ротора. А при протекании тока через проводник, который находится в магнитном поле, на него действует сила Ампера, за счет действия этой силы и образуется крутящий момент на валу электрических машин. На этом и основан принцип работы любого электродвигателя.

Конструкция коллекторного (слева) и бесколлекторного электродвигателя (справа)

Теперь же разберемся в том, как устроен бесколлекторный двигатель. На статоре БДПТ обычно расположены 3 обмотки, по аналогии с электродвигателями переменного тока их часто называют трехфазными. Отчасти это верно: бесколлекторные двигатели работают от источника постоянного тока (чаще от аккумуляторов), но контроллер включает ток обмотках поочерёдно. Однако при этом не совсем верно говорить, что по обмоткам протекает переменный ток. Конечная форма питающего обмотки напряжения формируется прямоугольными импульсами управления транзисторами.

Трёхфазный бесколлекторный двигатель может быть трёхпроводными или четырёхпроводным, где четвертый провод — отвод от средней точки (если обмотки соединены по схеме звезды).

Типовая плата контроллера для трёхфазного БКДПТ

Обмотки или, говоря простым словами, катушки медного провода укладываются в зубы сердечника статора. В зависимости от конструкции и назначения привода на статоре может быть разное количество зубцов. Встречаются разные варианты распределения обмоток фаз по зубцам ротора, что иллюстрирует следующий рисунок.

Схема распределения обмоток по зубцам статора

Обмотки каждого из зубов в пределах одной фазы могут соединяться последовательно или параллельно, в зависимости от поставленных конструктору задач по мощности и моменту проектируемого привода, а сами же обмотки фаз соединяются между собой по схеме звезды или треугольника, подобно асинхронным или синхронным трёхфазными электродвигателям переменного тока.

Схемы соединения обмоток

В статоре могут устанавливаться датчики положения ротора. Часто используются датчики холла, они дают сигнал контроллеру, когда на них воздействует магнитное поле магнитов ротора. Это нужно для того чтобы контроллер «знал», в каком положении находится ротор и подавал питание на соответствующие обмотки. Это нужно для повышения эффективности и стабильности работы, а если кратко, — чтобы выжать из двигателя всю возможную мощность. Датчиков обычно устанавливается 3 штуки. Но наличие датчиков усложняет устройство бесколлекторного электродвигателя, к ним нужно проводить дополнительные провода для питания и линии данных.

Читайте так же:
Регулировка клапанов ej 251

Датчики положения ротора в бесколлекторном двигателе

В БДПТ для возбуждения используются постоянные магниты, установленные на роторе, а статор — это якорь. Напомним, что в коллекторных машинах наоборот (ротор — это якорь), а для возбуждения в КД используются как постоянные магниты, так и электромагниты (обмотки).

Магниты устанавливаются с чередованием полюсов, и соответственно их количество определяет количество пар полюсов. Но это не значит, что сколько магнитов, то столько же и пар полюсов. Несколько магнитов могут формировать один полюс. От числа полюсов, как в случае и с асинхронным двигателем (и другими) зависит число оборотов в минуту. То есть от одного контроллера на одинаковых настройках бесколлекторные двигатели с разным числом пар полюсов будут вращаться с разной скоростью.

Чередование магнитных полюсов статора

Ограничение тока фазы:

Большинство драйверов позволяют ограничить ток фазы (ток протекающий через обмотки двигателя). Выбор тока фазы осуществляется согласно таблице в инструкции к драйверу. В таблице указывается действующий ток «Current» и/или пиковый ток «PK Current». Чем выше ток, тем выше отдаваемый момент (сила двигателя).

Слишком большой ток приведёт к перегреву двигателя и может вызвать его поломку, а слишком маленький может привести к пропуску шагов, или нестабильному вращению ротора.

У некоторых драйверов ограничение тока осуществляется поворотом потенциометра.

Как регулировать скорость бесколлекторного двигателя

Электронные регуляторы скорости отвечают за скорость вращения двигателей, регулируемые полетным контроллером. Большинство регуляторов должны быть отрегулированы так, что бы знать минимальное и максимальное значение ШИМ, что посылает полетный конроллер. Эта страница содержит инструкции по калибровке ESCs. Пожалуйста, выполните калибровку радио перед выполнением калибровки регуляторов скорости моторов ESC.

О калибровке

Калибровка ESC будет зависить от того, какую марку вы используете. Поэтому обратитесь к документации регуляторов, для получения конкретной информации (например, тонов). Калибровка «всех сразу» хорошо работает для большинства регуляторово скорости моторов, так что это хорошая идея, чтобы попытаться сделать это сразу и если это не удается, попробуйте метод «поочередной калибровки ESC».

  • Для большинства регуляторов скорости моторов ESC можно использовать метод калибровки «всех сразу».
  • для регуляторов DJI Opto не требуется и не поддерживается калибровка, поэому пропустите эту страницу полностью
  • Некоторые модели регуляоров ESC не позволяют производить калибровку, и не ставятся охрану (disarm), если вы не отрегулируете стики вашего радио так, чтобы при минимальном положение значнние составляло около 1000 PWM. Обратите внимание, что если вы измените лимиты , тримы и все то, что отвечает за положение стика на аппаратуре вам необходимо повторно сделать калибровку радио.
  • Что бы приступить к этой процедуре вы должны в обязательном порядке завершить «калибровку радио» и «подключение регуляторов скорости к моторам». Далее выполните следующие действия:
Читайте так же:
Порядок регулировки клапанов эвотек

Калибровка «всех сразу» регуляторов ESC

Проверьте безопасность работ!

Перед калибровкой регуляторов ESC, пожалуйста, убедитесь, что ваш квадрокоптер не имеет пропеллеров, и что APM не подключен к компьютеру через USB и батарея Lipo отключена.

Включите аппаратуру и установите стик газа на макмимум.

Подключите аккумулятор Lipo. На полетном конроллере АРМ начнут циклически загоратся красный, синий и желтый светодиоды. Это означает, что APM готов перейти в режим калибровки ESC в следующий раз, когда вы его включите снова.

Оставьте стик газа на максимуме и переподключите батарею (выключите и снова включите).

Для PX4 или Pixhawk, нажмите и удерживайте кнопку безопасности, пока не появится гореть красным.

Автопилот войдет в режим калибровки ESC. (На нём вы заметите , как синий и красный светодиоды начнут мигать последовательно, как на полицейских автомобилях).

Подождите пока не появятся музыкальный сигнал , который будут излучать ваши регуляторы регулярное количество раз «бипов», показывающее количество ячеек вашей батареи (т.е. 3 для 3S, 4 для 4S), а затем еще два звуковых сигнала, чтобы указать, что максимальная дроссельной был захвачен.

Уберите стик газа до минимального положения.

Регуляоры должны издать длинный гудок, который указывает, что минимальное положение стика газа было установленно и калибровка закончится.

Если вы слышали длинный сигнал, который указывает успешную калибровку, это значит, что регуляторы сейчас «живы» и если немного подать газу моторы начнут вращаться. Проверьте, что моторы вращаются, поднимайте газ немного и убирайте его.

Установите стик газа на минимум и отключите LiPo батарею, для выхода из режима калибровки ESC.

Видео, демонстрирующее процесс калибровки ESC:

Руководство по калибровки «поочередная калибвровка ESC»

Проверьте безопасность работ!

Перед калибровкой регуляторов ESC, пожалуйста, убедитесь, что ваш квадрокоптер не имеет пропеллеров, и что APM не подключен к компьютеру через USB.

Читайте так же:
Регулировка фаз грм 16v

Индивидуальная калибровка регуляторов ESC

  • Подключите один из ваших регуляторов ESC трехпроводным кабелей в канал газа радиоприемника приемника. (Это, как правило 3-й канал.)
  • Включите аппаратуру и установите ручку газа в максимум (полностью вверх).
  • Подключите аккумуляторную батарею LiPo
  • Вы услышите музыкальный тон, затем два звуковых сигнала.
  • После двух звуковых сигналов, опустите ручку газа полностью вниз.
  • Вы услышите несколько гудков (количество гудков соответствует количеству ячейк батарейки, которую вы используете) и один длинный сигнал, указывающий конечные точки были установлены и ESC откалибровался.
  • Отключите аккумулятор и повторите эти действия для всех регуляторах ESC.
  • Если окажется, что регуляторы скоростей не калибруются то возможно , канал газа находиться в инверсии (смотрите настройки аппаратуры) и его необходимо настроить (влючить или выключить инверсию).
  • Если все же возникают проблемы после попытки калибровки (например, регулятор по прежнему издает непрерывно звуковой сигнал) попробуйте уменьшить ваш триммер газа на 50%.

Тестирование

После того как вы произвели калибровку ваших регуляторов скоростей ESC, можете проверить их, подключив батарею LiPo. Помните: подключайте без винтов!

  • Убедитесь, режим полета установлен в Stabilize (Стабилизация полета).
  • Снимите с охраны квадрокоптер (Arming) (инструкции (Here!), если вы никогда не делали этого раньше)
  • Дайте немного газа. Все ваши двигатели должны вращаться примерно с одинаковой скоростью, и они должны стартовать свое вращение одновременно. Если двигатели не стартуют одновременно и у них разная скорость вращения это означает, что ваши регуляторы скоростей ESC не правильно откалиброваны.
  • Поставьте на охрану свой аппарат (Disarm)

Примечания / Поиск и устранение неисправностей

Режим калибровки ESC «сразу все» просто передает положение стика газа непосредственно через APM к регуляторам ESC. Если вы включите полетный контроллер Ardupilot в этом режиме , то он будет подавать тот же PWM сигнал на все регуляторы скорости ESC. Вот и все, что он делает. Многие регуляторы скоростей ESC используют полный газ для входа в режим программирования, позиция полного газа сохраняется в качестве верхней конечной точки и когда вы тянете ручку газа до минимума — это положение сохраняется как нижняя конечная точка.

Если после калибровки ваши двигатели не вращаются же скоростью и одновременно не начинают запускаться то повторите процесс калибровки. Если вы пробывали калибровку «все сразу» и это не сработало или регуляторы не крутят двигатели одинаково, попробуйте ручной метод калибровки, описанной выше. Это должно работает каждый раз. (Редко после полной ручной калибровки вам нужно делать дополнительную калибровку «сразу все»).

Читайте так же:
Бобр 4116 бензопила регулировка карбюратора

Есть огромное количество марок и типов регуляторов не поддерживающих нормальных конвенций программирования (иногда даже при том, что они утверждают о поддержке), и они могут просто не работать с АРМ. Это, к сожалению правда, но с оговорками.

Калибровка регулятора

Несмотря на то, что калибровка регуляторов зависит от конкретной модели квадрокоптера, на котором этот контроллер используется, есть один метод, общий для всех – настройка и калибровка сразу всех регуляторов.

Стоит отметить, что если у вас квадрокоптер от компании DJI, то вам калибровка не потребуется.

Важное замечание – перед тем, как начинать калибровку контроллеров, откалибруйте радио и подключите регуляторы к моторам.

Перед началом работ всегда убеждайтесь в их безопасности – снимите пропеллеры и отключите квадрокоптер от сети или USB.

Дальнейшие работы будут проходить в несколько этапов.

На первом этапе включите пульт дистанционного управления и выведите стик, отвечающий за подачу мощности, в максимальное положение. Если после подключения литий-полимерного аккумулятора огни на полётной аппаратуре начали циклически загораться красным, синим и желтым, значит, вы всё сделали правильно и APM готов к процедуре калибровки.

На втором этапе, не трогая стик мощности, отключите и снова подключите аккумулятор. Благодаря этой процедуре включится режим калибровки для автопилота. Подтверждением этому будет поочередное мигание красных и синих светодиодных огней, словно на автомобиле полиции.

Только после того, как прозвучит сигнал ровно столько раз, сколько банок имеет ваш аккумулятор (например, для 3S должно быть 3 сигнала), вы сможете убрать стик мощности в минимальное положение.

Если после этого вы услышите однократный, но продолжительный сигнал – значит, процесс калибровки окончен.

В качестве проверки немного поддайте моторам газу – если они начали вращаться, то всё сделано верно.

На третьем этапе совершается выход из режима калибровки регуляторов скорости – для этого стик мощности устанавливается в минимальное положение, а аккумулятор отключается.

Более подробную инструкцию о калибровке контроллеров вы можете посмотреть на видео ниже.

Схемные особенности

Устройство выполнено по схеме 3-фазного мультивибратора на полевых транзисторах с изолированным затвором, отдельные однотранзисторные каскады которого имеют идентичную структуру и соединены в кольцо. Каждый предыдущий каскад такого кольца управляет функционированием транзистора последующего. Стоки транзисторов соединены с обмотками двигателя напрямую.

Читайте так же:
Itunes убрать автоматическую синхронизацию в itunes

Время нахождения транзисторов схемы в активном состоянии определяется последовательной RC-цепочкой, напряжение со средней точки которой подается на затвор.

Принципиальная схема устройства представлена на рисунке.

  • мощные полевые транзисторы IRFZ44N с каналом N-типа – 3 шт. — http://alii.pub/5ct567
  • резисторы 1 МОм мощность 0,25 Вт – 3 шт. — http://alii.pub/5h6ouv
  • конденсаторы 10 нФ – 3 шт. — http://alii.pub/5n14g8

Транзисторы снабжены пластинчатым радиатором, который имеет прямую гальваническую связь со стоком. С учетом невысокой мощности управляемого бесколлекторного электродвигателя необходимость фиксации радиатора на корпусе с низким тепловым сопротивлением отсутствует. Цоколевка и рекомендуемое при сборке направление изгиба выводов представлены на рисунке.

Как сделать простейший драйвер для бесколлекторного двигателя старого жесткого диска

Достоинства и недостатки ВД

В последнее время, этот тип двигателей быстро приобретает популярность, проникая во многие отрасли промышленности. Находит применение в различных сферах использования: от бытовых приборов до рельсового транспорта.

ВД с электронными системами управления часто объединяют в себе лучшие качества бесконтактных двигателей и двигателей постоянного тока.

  • Широкий диапазон изменения частоты вращения
  • Бесконтактность и отсутствие узлов, требующих техобслуживания — бесколлекторная машина
  • 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
  • Относительно сложная система управления двигателем
  • Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих постоянных магнитов в конструкции ротора
  • Во многих случаях более рациональным оказывается применение асинхронного двигателя с преобразователем частоты.

Для применений, комбинирующих максимально достижимый КПД с предельно простыми и надёжными блоками управления (ключевой коммутатор, не использующий ШИМ), можно также выделить следующую особенность: Несмотря на то, что обороты могут широко варьироваться управляющим блоком, приемлемый КПД можно получить лишь в относительно узком интервале угловых скоростей. Это определяется индуктивностью обмоток. Если скорость будет ниже оптимальной, продолжающаяся подача тока в данную фазу, после достижения предела магнитного потока, будет приводить лишь к ненужному нагреву. На скоростях выше оптимальной, магнитный поток в полюсе не достигнет максимума из-за ограниченного индуктивностью времени нарастания тока. Примерами таких двигателей являются модельные бесколлекторные комплекты. Они должны быть эффективными, лёгкими и надёжными, а для того чтобы обеспечить оптимальную угловую скорость при заданной нагрузочной характеристике, производители выпускают модельные ряды с различными индуктивностями (числом витков) обмоток. При этом, меньшее число витков соответствует более быстроходному двигателю.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector