Вход на сайт

Зарегистрировавшись на сайте Вы сможете добавлять свои материалы






Bldc самодельный


Создание и тестирование бесколлекторного мотора / Хабр

В этой статье мы хотели бы рассказать о том, как мы с нуля создали электрический мотор: от появления идеи и первого прототипа до полноценного мотора, прошедшего все испытания. Если данная статья покажется вам интересной, мы отдельно, более подробно, расскажем о наиболее заинтересовавших вас этапах нашей работы.


На картинке слева направо: ротор, статор, частичная сборка мотора, мотор в сборе

Вступление


Электрические моторы появились более 150 лет назад, однако за это время их конструкция не претерпела особых изменений: вращающийся ротор, медные обмотки статора, подшипники. С годами происходило лишь снижение веса электромоторов, увеличение КПД, а также точности управления скоростью.

Сегодня, благодаря развитию современной электроники и появлению мощных магнитов на основе редкоземельных металлов, удаётся создавать как никогда мощные и в то же время компактные и легкие “Бесколлекторные” электромоторы. При этом, благодаря простоте своей конструкции они являются наиболее надежными среди когда-либо созданных электродвигателей. Про создание такого мотора и пойдет речь в данной статье.

Описание мотора


В “Бесколлекторных моторах” отсутствует знакомый всем по разборке электроинструмента элемент “Щетки”, роль которых заключается в передаче тока на обмотку вращающегося ротора. В бесколлекторных двигателях ток подается на обмотки не-двигающегося статора, который, создавая магнитное поле поочередно на отдельных своих полюсах, раскручивает ротор, на котором закреплены магниты.

Первый такой мотор был напечатан нами 3D принтере как эксперимент. Вместо специальных пластин из электротехнической стали, для корпуса ротора и сердечника статора, на который наматывалась медная катушка, мы использовали обычный пластик. На роторе были закреплены неодимовые магниты прямоугольного сечения. Естественно такой мотор был не способен выдать максимальную мощность. Однако этого хватило, что бы мотор раскрутился до 20к rpm, после чего пластик не выдержал и ротор мотора разорвало, а магниты раскидало вокруг. Данный эксперимент сподвиг нас на создание полноценного мотора.

Несколько первых прототипов





Узнав мнение любителей радиоуправляемых моделей, в качестве задачи, мы выбрали мотор для гоночных машинок типоразмера “540”, как наиболее востребованного. Данный мотор имеет габариты 54мм в длину и 36мм в диаметре.

Ротор нового мотора мы сделали из единого неодимового магнита в форме цилиндра. Магнит эпоксидкой приклеили на вал выточенный из инструментальной стали на опытном производстве.

Статор мы вырезали лазером из набора пластин трансформаторной стали толщиной 0.5мм. Каждая пластина затем была тщательно покрыта лаком и затем из примерно 50 пластин склеивался готовый статор. Лаком пластины покрывались чтобы избежать замыкания между ними и исключить потери энергии на токах Фуко, которые могли бы возникнуть в статоре.

Корпус мотора был выполнен из двух алюминиевых частей в форме контейнера. Статор плотно входит в алюминиевый корпус и хорошо прилегает к стенкам. Такая конструкция обеспечивает хорошее охлаждение мотора.

Измерение характеристик


Для достижения максимальных характеристик своих разработок, необходимо проводить адекватную оценку и точное измерение характеристик. Для этого нами был спроектирован и собран специальный диностенд.

Основным элементом стенда является тяжёлый груз в виде шайбы. Во время измерений, мотор раскручивает данный груз и по угловой скорости и ускорению рассчитываются выходная мощность и момент мотора.

Для измерения скорости вращения груза используется пара магнитов на валу и магнитный цифровой датчик A3144 на основе эффекта холла. Конечно, можно было бы измерять обороты по импульсам непосредственно с обмоток мотора, поскольку данный мотор является синхронным. Однако вариант с датчиком является более надёжным и он будет работать даже на очень малых оборотах, на которых импульсы будут нечитаемы.

Кроме оборотов наш стенд способен измерять ещё несколько важных параметров:

  • ток питания (до 30А) с помощью датчика тока на основе эффекта холла ACS712;
  • напряжение питания. Измеряется непосредственно через АЦП микроконтроллера, через делитель напряжения;
  • температуру внутри/снаружи мотора. Температура измеряется посредством полупроводникового термосопротивления;

Для сбора всех параметров с датчиков и передачи их на компьютер используется микроконтроллер серии AVR mega на плате Arduino nano. Общение микроконтроллера с компьютером осуществляется посредством COM порта. Для обработки показаний была написана специальная программа записывающая, усредняющая и демонстрирующая результаты измерений.

В результате наш стенд способен измерять в произвольный момент времени следующие характеристики мотора:

  • потребляемый ток;
  • потребляемое напряжение;
  • потребляемая мощность;
  • выходная мощность;
  • обороты вала;
  • момент на валу;
  • КПД;
  • мощность уходящая в тепло;
  • температура внутри мотора.

Видео демонстрирующее работу стенда:

Результаты тестирования


Для проверки работоспособности стенда мы сначала испытали его на обычном коллекторном моторе R540-6022. Параметров для этого мотора известно достаточно мало, однако этого хватило, чтобы оценить результаты измерения, которые получились достаточно близкими к заводским.

Затем уже был испытан наш мотор. Естественно он смог показать лучшее КПД(65% против 45%) и при этом больший момент(1200 против 250 г на см), чем обычный мотор. Измерение температуры тоже дало достаточно хорошие результаты, во время тестирования мотор не нагревался выше 80 градусов.

Но на данный момент измерения пока не окончательны. Нам не удалось измерить мотор в полном диапазоне оборотов из-за ограничения мощности источника питания. Также предстоит сравнить наш мотор с аналогичными моторами конкурентов и испытать его “в бою”, поставив на гоночную радиоуправляемую машину и выступить на соревнованиях.

Драйвер трехфазного двигателя BLDC, 50 В

Этот еще один универсальный трехфазный драйвер в виде микросхемы L6235 от ST Microelectronics позволяет управлять трехфазным двигателем постоянного тока 50 В с максимальной эффективностью. Чип также включает в себя все необходимое встроенные функции защиты и простой в настройке внешний каскад регулирования скорости.

Как работает драйвер BLDC IC L6235

IC L6235 представляет собой встроенный драйвер трехфазного двигателя DMOS со встроенной защитой от перегрузки по току.Разработанное с использованием технологии BCD, устройство объединяет в себе преимущества изолированных силовых транзисторов DMOS с КМОП и биполярными схемами в одном устройстве.

Микросхемы объединяют все схемы, необходимые для эффективного управления трехфазным двигателем BLDC, как объяснено ниже:

Трехфазный мост DMOS, ШИМ-контроллер с постоянным временем отключения и логика декодирования для несимметричных датчиков Холла для генерирует необходимую последовательность фазового сдвига на 120 градусов для силового каскада.

Что касается встроенной защиты, устройство L6235 предлагает недиссипативную защиту от перегрузки по току на полевых МОП-транзисторах высокого напряжения, защиту от электростатического разряда и автоматическое тепловое отключение в случае нагрева устройства выше номинального значения.

Схема цепи драйвера BLDC 50 В

Типичное приложение схемы драйвера трехфазного двигателя BLDC 50 В L6235 можно увидеть выше, что выглядит довольно просто с процедурой его реализации.

Вам просто нужно подключить показанные элементы на месте и использовать конструкцию для управления любым двигателем BLDC с датчиками номиналом от 8 В до 50 В при 3 амперах.

Подробная информация о расположении выводов

Функциональное расположение выводов для указанной схемы может быть изучено по следующим данным:

Выводы № 6, 7, 18, 19 = (GND) Это клеммы заземления IC.

Контакт # 8 = (TACHO) Обозначен как выход с открытым стоком. Отношение частоты к выходу с открытым стоком. здесь каждый одиночный импульс от вывода h2 имеет размер импульса фиксированной и регулируемой длины.

Контакт № 9 = (RCPULSE) Конфигурация похожа на параллельную RC-цепь, подключенную между этим выводом и землей, которая фиксирует период моностабильного импульса, ответственного за преобразователь частоты в напряжение.

Контакт № 10 = (SENSEB) Этот контакт должен быть подключен вместе с контактом SENSEA к заземлению через резистор питания считывания.Здесь также должен быть подключен инвертирующий вход считывающего компаратора.

Контакт № 11 = (FWD / REV) Эту распиновку можно использовать для изменения направления вращения двигателя BLDC. Логический уровень HIGH на этой распиновке вызовет движение вперед, в то время как логический уровень LOW позволит двигателю BLDc вращаться в противоположном обратном направлении. Для включения фиксированного направления по часовой стрелке или против часовой стрелки эту распиновку можно соответствующим образом подключить к + 5В или линии заземления.

Контакт № 12 = (EN) НИЗКИЙ логический сигнал отключит все внутренние силовые полевые МОП-транзисторы и остановит BLDC. двигатель.Если эта распиновка не предназначена для использования, ее необходимо подключить к шине питания +5 В.

Контакт 13 = (VREF). Вы можете увидеть операционный усилитель с этой распиновкой. На вход Vref операционного усилителя, подключенного к этой распиновке, можно подавать линейно регулируемое напряжение от 0 до 7 В для изменения скорости двигателя BLDC от 0 до макс. Если не используется, обязательно подключите эту распиновку к GND.

Контакт № 14 = (ТОРМОЗ). НИЗКИЙ логический уровень на этой распиновке включает все полевые МОП-транзисторы верхнего уровня, мгновенно задействуя функцию торможения / остановки.В случае, если он не используется, эту распиновку можно удерживать подключенной к +5 В.

Контакт № 15 = (VBOOT) Это просто входная распайка для напряжения начальной загрузки, необходимого для управления полевыми МОП-транзисторами верхнего уровня. Просто подключите детали, как показано.

Контакт № 5, 21, 16 = (3-фазный ВЫХОД на двигатель BLDC) Выход питания, который соединяется с двигателем BLDC и питает двигатель.

Контакт # 17 = (VSB) Просто подключите его, как показано на схеме. Контакт # 20 = (VSA) То же, что и выше, необходимо подключить eb, как показано на схеме.

Контакт № 22 = (VCP) Это выход внутреннего генератора накачки заряда, соедините части, как показано на схеме.

Контакт # 1, 23, 24 = 3-фазный последовательный сигнал от несимметричного датчика Холла BLDC может быть настроен с помощью этих выводов, если BLDC является бессенсорным, вы можете подать на них внешний трехфазный вход 120 градусов apar распиновка на уровне + 5В.

Перечень деталей для описанной выше схемы драйвера трехфазного двигателя BLDC на 50 В

  • C1 = 100 мкФ
  • C2 = 100 нФ
  • C3 = 220 нФ
  • CBOOT = 220 нФ
  • COFF = 1 нФ
  • CPUL = 10 нФ
  • CREF1 = 33 нФ
  • CREF2 = 100 нФ
  • CEN = 5.6 нФ
  • CP = 10 нФ
  • D1 = 1N4148
  • D2 = 1N4148
  • R1 = 5,6 K
  • R2 = 1,8 K
  • R3 = 4,7 K
  • R4 = 1 M
  • RDD = 1 K
  • REN = 100 K
  • RP = 100
  • RSENSE = 0,3
  • ROFF = 33 K
  • RPUL 47 K
  • Rh2, Rh3, Rh4 = 10 K

Для получения более подробной информации вы можете обратиться к следующей таблице данных от ST

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель.Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть запрос, связанный со схемой, вы можете взаимодействовать с ним через комментарии, я буду очень рад помочь!

.

Электрическая инвалидная коляска с использованием двигателя BLDC

В этом посте мы узнаем, как сделать простую электрическую инвалидную коляску, используя стандартную схему драйвера двигателя BLDC и пару высокомощных двигателей BLDC.

Введение

Появление электрического кресла-коляски стало настоящим подарком для многих наших друзей с ограниченными возможностями, которым теперь стало намного легче передвигаться и путешествовать, без усилий, всего одним нажатием кнопки.

Единственная дорогостоящая и сложная часть конструкции кресла-коляски - это ее эргономические расчеты и эффективность колесного механизма, тогда как электроника для управления системой кажется сравнительно менее затратной и сложной.

Если у производителя есть доступ к наиболее эффективной эргономичной конструкции кресла-коляски, то создание электрической / электронной части системы можно быстро реализовать, выполнив шаги, как объяснено в следующем объяснении.

Технические характеристики

Для изготовления кресла-коляски с электроприводом основные компоненты, необходимые для этого, могут соответствовать следующему списку:

1) Двигатели BLDC - 2 шт. (250 Вт каждый)

2) Корпус кресла-коляски в сборе

3) Схема драйвера BLDC

4) Батарея глубокого разряда или предпочтительно литий-ионная - 2 шт. Каждая, 24 В 60 Ач

За исключением схемы драйвера BLDC, остальные материалы можно приобрести в готовом виде на рынке.

Хотя я представил много схем драйверов BLDC на этом веб-сайте, я выберу тот, который выглядит более многообещающим и эффективным благодаря своим гибким функциям с точки зрения характеристик двигателя и допустимой мощности.

В предыдущем посте я обсуждал относительно простую, но универсальную схему драйвера BLDC, использующую микросхему ML4425, и буду использовать ту же конструкцию для нашей нынешней схемы драйвера двигателя электрического инвалидного кресла.

Из-за отсутствия датчиков схема позволяет включать любой тип 3-фазного двигателя независимо от того, есть ли у него датчики или нет, и без каких-либо ограничений по току (Ампер), необходимому для привода двигателя.

Полную схему можно увидеть на следующем изображении:

Схемы соединений

Технические характеристики вышеупомянутого бессенсорного драйвера BLDC уже были объяснены в нашем предыдущем посте, поэтому вы можете обратиться к нему для изучения деталей в глубина.

Органы управления на самом деле довольно просты и позволяют без усилий управлять и маневрировать пользователем, управляющим креслом-коляской.

Переключатель РАБОТА / ТОРМОЗ может быть одиночным переключателем DPDT для тяжелых условий эксплуатации, который может использоваться оператором для мгновенной остановки кресла-коляски, когда это необходимо.

Скорость кресла-коляски можно просто контролировать, перемещая ручку R18 по часовой стрелке / против часовой стрелки. Этот горшок должен быть очень хорошего качества, желательно многооборотного, как показано ниже.

Характеристики потенциометра

Напряжение питания имеет широкий диапазон, от 24 В до 80 В, что означает, что для работы двигателей с более высоким номинальным напряжением может быть подключено больше батарей, что, в свою очередь, позволит производителю использовать двигатели и батареи меньшего размера. , обеспечивающие компактные и легкие инвалидные коляски.

Оба двигателя, соединенные с задними колесами, могут быть соединены параллельно и приводиться в действие с помощью показанной выше схемы драйвера BLDC.

Если у вас есть какие-либо особые вопросы относительно описанной выше схемы электрического кресла-коляски, использующей двигатель BLDC, не стесняйтесь задавать их через приведенное ниже поле поиска.

ОБНОВЛЕНИЕ:

В приведенной выше конструкции отсутствует критическая функция реверса двигателя, улучшенная конструкция с функцией реверса можно найти в следующем техническом описании в формате pdf:

https: // www.homemade-circuits.com/wp-content/uploads/2018/04/BLDC-driver.pdf

Видеоклип:

О Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, схемотехник / Конструктор печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

.

Цепь потолочного вентилятора BLDC для энергосбережения

В течение следующих нескольких лет мы можем обнаружить, что все обычные потолочные вентиляторы с конденсаторным запуском будут заменены схемами потолочных вентиляторов BLDC, поскольку эта концепция позволяет работать чрезвычайно эффективно и экономить электроэнергию за счет большего количества энергии. чем 50%.

Замена конденсаторного пускового вентилятора вентилятором BLDC

Подобно тому, как сегодня традиционные лампы накаливания почти заменены гораздо более эффективными светодиодными лампами, настало время для потолочных вентиляторов стать умнее и эффективнее.

На самом деле создание схемы потолочного вентилятора на основе BLDC может быть намного проще, чем вентилятор с конденсаторным запуском, и это может сделать даже обычный любитель, имеющий базовые знания в области электроники.

Что вам понадобится

Для этого вам, возможно, придется приобрести или изготовить следующие модули:

1) Схема контроллера BLDC.
2) SMPS для питания схемы контроллера BLDC.
3) Соответствующим образом подобранный двигатель BLDC.
4) гребной винт или лопасть двигателя.

Основные характеристики

Спецификации контроллера BLDC могут быть выбраны в соответствии со спецификациями доступных двигателей BLDC, например, если вы сочтете удобным приобретение BLDC 220 В или 310 В, вы, вероятно, можете выбрать дизайн контроллера с соответствующими характеристиками, такими как следующие схема, которая была опубликована когда-то на этом сайте.

Компактная микросхема 3-фазного драйвера IGBT STGIPN3H60

С другой стороны, если двигатель BLDC с более низким номиналом в диапазоне от 12 В до 50 В выглядит легче получить, можно подумать о выборе следующей альтернативной конструкции, которая также недавно была опубликована в этот веб-сайт:

Схема драйвера трехфазного электродвигателя BLDC, 50 В

Поскольку приобрести электродвигатель BLDC на 24 В кажется намного проще, чем его аналог на 220 В, из-за его легкой доступности на рынке, мы обсудим предлагаемую схему потолочного вентилятора BLDC, используя двигатель 24V BLDC.
Предположим, мы выбрали BLDC 24 В 2 А для нашего потолочного вентилятора, как показано в следующем примере, и убедитесь, что он включает в себя датчики:

Чтобы управлять этим двигателем и использовать его как потолочный вентилятор, мы можем использовать 50 В. ссылку на схему драйвера, как указано в предыдущем абзаце, и измените прилагаемую схему в соответствии с параметрами управления потолочным вентилятором, как показано ниже:

Схема соединений

Схема выглядит довольно простой, и вам просто нужно соединить части, как показано на схеме с использованием хорошо спроектированной печатной платы.

Потолок 10K служит регулятором скорости для потолочного вентилятора.

Список деталей

  • C1 = 100 мкФ
  • C2 = 100 нФ
  • C3 = 220 нФ
  • CBOOT = 220 нФ
  • COFF = 1 нФ
  • CPUL = 10 нФ
  • CREF1 = 33 нФ
  • CREF2 = 100 нФ
  • CEN = 5,6 нФ
  • CP = 10 нФ
  • D1 = 1N4148
  • D2 = 1N4148
  • Операционный усилитель = IC 741
  • R1 = 5,6 K
  • R2 = 1.8 K
  • R3 = 4,7 K
  • R4 = 1 M
  • RDD = 1 K
  • REN = 100 K
  • RP = 100
  • RSENSE = 0,3
  • ROFF = 33 K
  • RPUL = 47 K
  • Rh2, Rh3, Rh4 = 10 K

Источник питания:

Из показанной выше схемы контроллера потолочного вентилятора BLDC мы можем понять, что для работы цепи потребуется питание постоянного тока, и это может быть выполнено с помощью любого стандартного блока SMPS. Лучшим примером является зарядное устройство для ноутбука, которое можно эффективно использовать для работы предлагаемого двигателя 24 В постоянного тока с постоянным током через данную схему контроллера.

В случае, если вы решите построить SMPS самостоятельно, вы могли бы попробовать концепцию, описанную в этой схеме SMPS 12 В, 2 А.

Здесь коэффициент вторичной обмотки можно удвоить для получения требуемых 24 В вместо указанных в конструкции 12 В.

Для источника питания 5 В вы можете использовать каскад на базе микросхемы 7805 и обеспечить требование 5 В для платы контроллера BLDC.

Заключение

Основная цель использования вентилятора BLDC - реализовать двигатель без конденсатора (или бесщеточный двигатель), в котором ротор не имеет обмотки, что, в свою очередь, обеспечивает практически нулевое трение и, следовательно, чрезвычайно высокую эффективность по сравнению с к обычным потолочным вентиляторам конденсаторного типа.Вы можете использовать любой BLDC для этого и запитать цепь постоянного тока и двигатель с помощью SMPS. Однако следует отметить, что двигатели, рассчитанные на более высокое напряжение, обеспечат более высокий КПД для этого конкретного приложения.

На этом мы завершаем объяснение создания простой схемы потолочного вентилятора BLDC. Если у вас есть какие-либо сомнения, дайте мне знать через ваши ценные комментарии.

О компании Swagatam

Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель.Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!

.

Смотрите также