УДК 621-83 Бесколлекторные электродвигатели Кель А.Г. Научный руководитель – Меньшиков В.А. канд. техн. наук, доцент Сибирский федеральный университет, г. Красноярск Бесколлекторные электродвигатели. Вентильный двигатель, или как его еще называют шпиндельный двигатель, исполнительный двигатель, шаговый двигатель –это синхронный двигатель, основанный на принципе частотного регулирования скорости с самосинхронизацией, суть которого заключается в управлении частоты от системы датчиков положения ротора. Так же вентильный электродвигатель благодаря своей конструкции позволяет задавать любой угол поворота ротора. На рисунке 1 показана принципиальная конструкция вентильного двигателя. Сама идея данного двигателя заключается в том, что при подаче питания на определенные секции обмоток статора возникает ЭДС и магнитный ротор поворачивается на угол, заданный магнитным полем, вызванным протеканием тока по обмотке. Чем больше будет одноименных секций на статоре и полюсов постоянного магнита на роторе, тем выше будет точность поворота вала двигателя. Рисунок 1. Принцип действия вентильного двигателя Основными конструктивными особенностями являются: 1. отсутствие щеточно – коллекторного механизма, так как не требуется подачи напряжения на ротор вентильной машины, что значительно удешевляет и упрощает конструкцию и позволяет не производить дополнительных затрат в обслуживании данного механизма и ремонт коллектора. 2. второе – ротор набран из пар постоянных магнитов, чего нет в других электрических машинах, а это в свою очередь позволяет не тратится на изготовление обмотки ротора и опять же экономить на обслуживании щеточного механизма. 3. третье – конструкция статора схожа с конструкцией станины синхронной машины, что позволяет использовать уже имеющиеся технологии производства. 4. Четвертой особенностью является наличие полупроводниковой схемы питания обмотки статора машины. Это конечно усложняет конструкцию, но является неотъемлемой частью шагового двигателя ведь благодаря ей производится регулирование скорости и угла поворота. 5. Пятой и основной особенностью является наличие датчика положения ротора. Именно благодаря ему регулируется угол поворота ротора и скорость вращения, что позволяет использование исполнительных двигателей в качестве тахогенераторов, т.е. осуществляется обратная связь и саморегулировка. Здесь вы можете увидеть, что из себя, представляет вентильный электродвигатель. На рисунке мы видим обмотку статора и ротор машины, набранный из пар постоянных магнитов. К сожалению, не показан датчик положения ротора, но он устанавливается на валу двигателя и в торце статора. Эта машина малой мощности. Данное количество пар секций обмоток и пар постоянных магнитов позволяет осуществлять шаговый поворот на 45º. Рисунок 2. Вентильный двигатель. Так выглядит принципиальная схема включения питания статора бесколлекторного двигателя, на которой видно как, что из себя представляет коммутатор подающий питание на обмотки, а так же мы можем видеть как подаются сигналы поворота на секции (рисунок 3,б ). Между датчиком положения ротора и коммутатором существует обратная связь как показано на рисунке. Коммутатор питается постоянным током от диодного выпрямителя. Рисунок 3. Принципиальная схема. Средняя мощность вентильных двигателей, потребляемая от источника, находится по формуле: Pэм=U*Iэм Благодаря своей не обычной конструкции шаговый двигатель обладает рядом преимуществ: 1. Отсутствие щеточно – коллекторного механизма, о чем мы уже говорили ранее. 2. Плавное регулирование скорости в широких пределах, чем и обуславливается его широкое применение на практике. 3. Возможность точного задания угла поворота ротора. Это свойство получило применение в высокоточной аппаратуре. 4. Низкий уровень шумов благодаря отсутствию щеток. 5. Не большие масса, габариты, потребляемая мощность. 6. Высокая надежность благодаря отсутствию большинства деталей по сравнению с машиной постоянного тока. 7. Низкая стоимость т.к не требует больших затрат меди на обмотку якоря и меньшие трудозатраты на производстве. 8. Относительная простота конструкции, не смотря на коммутатор и датчик положения ротора. 9. Стабильная, по сравнению с другими двигателями, скорость, а также малая неравномерность мгновенной скорости вращения. Выражение для электромагнитного КПД вентильного двигателя, учитывающие только потери в меди секций запишем в виде: η= Pэм-Pм/Pэм где Pм- потери в меди. Серводвигатели по своей конструкции и исполнению могут быть выполнены в различных формах и конструкциях в зависимости от требуемого технологического процесса. К примеру: в лазерном принтере он применяется для перемещения лазерного луча и для механизма протяжки, все вентиляторы (и блока питания и процессора) имеют подобный принцип работы. Кроме того, этот двигатель вы встретите и в бытовой технике – в любом магнитофоне, видеомагнитофоне и видеоплеере, видеокамере и т.д. Одним словом, там, где требуется постоянная, высокая и стабильная скорость вращения – там применяются бесколлекторные электродвигатели.
