Что такое двигатель без блока питания

Что такое бесколлекторный двигатель?

Двигатели/моторы в мультироторных аппаратах бывают двух типов:

1. Коллекторные/Brushed (др. названия: DC)/Сoreless.
2. Бесколлекторные/Brushless.

Их главное отличие в том, что у коллекторного двигателя обмотки находятся на роторе (вращающейся части), а у бесколлекторного — на статоре. Не вдаваясь в подробности скажем, что бесколлекторный двигатель предпочтительнее коллекторного поскольку наиболее удовлетворяет требованиям, ставящимся перед ним. Поэтому в этой статье речь пойдёт именно о таком типе моторов. Подробно о разнице между бесколлекторными и коллекторными двигателями можно прочесть в этой статье.

Несмотря на то, что применяться БК-моторы начали сравнительно недавно, сама идея их устройства появилась достаточно давно. Однако именно появление транзисторных ключей и мощных неодимовых магнитов сделало возможным их коммерческое использование.

Немного терминологии

Конструктивно бесколлекторный двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Обращаю Ваше внимание на то, что в коллекторном двигателе наоборот, обмотки находятся на роторе. Поэтому, далее в тексте ротор — магниты, статор — обмотки.

Для управления двигателем применяется электронный регулятор. В зарубежной литературе Speed Controller или ESC (Electronic speed control).

Конструкция ЭБУ и принцип работы

Итак, блок управления представляет собой вычислительное устройство, которое способно обрабатывать информацию. Информация поступает на блок от датчиков. Далее блок «анализирует» показания датчиков и формирует управляющие команды, передавая их на электронно-механические исполнительные устройства.

Сам блок управления имеет аппаратную начинку и программное обеспечение. В основе блока лежит микропроцессор, благодаря которому данные от датчиков анализируются и обрабатываются. Наличие программного обеспечения позволяет осуществлять вычислительные операции.

Если же говорить о датчиках, на ЭБУ поступает информация о положении коленчатого вала и частоте его вращения, расходе воздуха, скорости движения ТС, количестве кислорода в выхлопе, температуре двигателя, положении педали газа и степени открытия дроссельной заслонки и т.д.

Кстати, современные электронные блоки управления имеют возможность перепрограммирования. Это значит, что такие блоки пригодны для тюнинга, так как имеется возможность изменения заводской программой. На практике это позволяет поставить на атмосферный мотор турбокомпрессор, увеличить производительность после форсирования ДВС, перевести двигатель на газ и т.д.

Импульсный блок питания

Импульсный блок питания строится намного сложнее, но зато обладает также своими плюсами. Это меньшие массо-габаритные свойства, по сравнению с трансформаторным блоком питания. Но здесь также есть и свои минусы. Это большее количество радиоэлементов, по сравнению с трансформаторным блоком питания, а также могут быть шумы на выходе. Поэтому, качественные акустические системы и усилители питаются на трансформаторном блоке питания. Да, там есть некоторые пульсации, но их намного проще отфильтровать, чем высокочастотные шумы импульсного блока питания.

Хотя в импульсном блоке питания и имеются трансформаторы, но они здесь рассчитаны на высокую частоту, что делает их небольшими и недорогими.

Межсетевой интерфейс

Многие электронные системы современного автомобиля оснащены отдельными цифровыми блоками управления. Подразумеваются не только такие важные системы как ABS, ESP, Airbag, ASR, но и компоненты, обеспечивающие комфорт и удобство при пользовании автомобилем. Речь о стеклоподъемниках, системе централизованного отпирания/запирания дверей, мультимедиа и т.п.

Для синхронизации работы отдельных блоков управления была придумана шина последовательной передачи данных. Она осуществляется по протоколу в виде обмена сообщениями между цифровыми блоками через очень короткие промежутки времени. Такой протокол можно сравнить с телефонной конференцией, где у каждого абонента есть уровень приоритетности для вещания. К примеру, исправность системы ABS важнее для безопасной эксплуатации автомобиля, нежели плавность переключения передач в АКПП, а поэтому сообщения от блока АБС будут иметь более высокую степень приоритетности.

В современных автомобилях могут совместно работать сразу несколько обособленных шин данных:

• шина силового агрегата (ЭБУ двигателя, АКПП, АБС и т.п.);
• CAN-шина системы «Комфорт» (стеклоподъемники, замки дверей);
• CAN-шина информационно-командной системы (мультимедиа, навигация, комбинация приборов).

К привычной уже CAN-шине все чаще внедряются новые виды межсетевого интерфейса: однопроводная шина Lin, оптоволоконная шина MOST, беспроводная шина Bluetooth.

Видео: Система управления двигателем: обзор ЭБУ.

Этот вид блока питания является классическим и, одновременно, простейшим. Ниже представлена его схема с двухполероудным выпрямителем:

Важнейшим элементом этого вида БП является понижающий трансформатор (вместо которого может быть использован автотрансформатор). Первичная обводка этого элемента как раз и рассчитана на входящее сетевое напряжение. Ещё одна важная деталь такого БП – это выпрямитель. Он выполняет функцию преобразования переменного напряжения в однонаправленное и пульсирующее постоянное. В подавляющем большинстве случаев используются однополупериодный выпрямитель или двухполупериодный. Первый состоит из одного диода, а последний из четырёх диодов, которые образуют диодный мост. В некоторых случаях могут использоваться и другие схемы этого элемента, например, в трёхфазных выпрямителях или выпрямителях с удвоенным напряжением. Последней важной деталью трансформаторного БП является фильтр, который сглаживает пульсации, создающиеся выпрямителем. Обычно эта деталь представлена конденсатором с большой ёмкостью.

Габариты трансформатора. Из базовых законов электротехники выводится следующая формула:

В этой формуле n – это число витков на 1 вольт, f – частота переменного тока, S – площадь сечения магнитопровода, B – индукция магнитного поля в магнитопроводе.

Формула описывает не мгновенное значение, а амплитуду B!

Практически величина индукции магнитного поля (B) ограничена гистерезисом в сердечнике. Это приводит к перегревам трансформатора и потерям на перемагничивании.

Если частота переменного тока(f) равна 50 Гц, то изменяемыми параметрами при конструировании трансформатора остаются только S и n. На практике используется такая эвристика: n (в значении от 55 до 70) / S в см^2

Увеличение площади сечения магнитопровода (S) приводит к повышению габаритов и веса трансформатора. Если же понижать значение S то этим повышается значение n, что в трансформаторах небольшого размера приводит к снижению сечения провода (в противном случае обмотка не поместится на сердечнике)

При увеличении значения n и уменьшения площади сечения происходит значительное увеличении активного сопротивления обмотки. В трансформаторах с малой мощностью на это можно не обращать внимания, поскольку ток, проходящий через обмотку, невелик. Однако, при повышении мощности ток, проходящий через обмотку, увеличивается, а это вместе с высоким сопротивлением обмотки приводит к рассеиванию значительной тепловой мощности.

Всё вышесказанное приводит к тому, что стандартной частоте 50 Гц трансформатор большой мощности (необходимой для питания компьютера) может быть сконструирован только как устройство, имеющее большой вес и габариты.

В современных БП идут по другому пути – увеличивания значения f, которое достигается использованием импульсных блоков питания. Такие БП намного легче и в значительной степени меньше по габаритам, чем трансформаторные. Также импульсные БП не столь требовательны к входному напряжению и частоте.

Преимущества трансформаторных БП

• Простота изделия;
• Надёжность конструкции;
• Доступность элементов;
• Отсутствие создаваемых радиопомех.

Недостатки трансформаторных БП

• Большой вес и габариты, которые увеличиваются вместе с мощностью;
• Металлоёмкость;
• Необходимость компромисса между снижением КПД и стабильностью выходного напряжения.

Сборка рабочей конструкции

Для удобства пользования и подключения, я вывел шнур от блока питания в корпус батареи. Шнур взял 3,5 метра длинной, какой был в наличии. Из батареи удалил все аккумуляторные элементы и вмонтировал LC-фильтр. Теперь, если у меня появится каким-то образом исправная батарея — ее всегда можно будет поставить на шуруповерт, а блок питания убрать про запас. Аккумуляторы из батареи не выбросил, есть идея где их применить, но это тема для другого обзора.

Так как шнур, соединяющий блок с шуруповертом, обладает определенным сопротивлением и индуктивностью, можно попробовать замкнуть перемычкой выводы катушки L1. Теоретически, это может повысить мощность на мизерное значение.

Со шнуром шуруповерт себя отлично чувствует, но если честно, мне он показался несколько слабоватым при торможении рукой. Но пробные закручивания саморезов развеяли мои сомнения: саморезы длинной 35 мм спокойно закручиваются в фанеру 20 мм. Это означает, что шуруповерт будет удовлетворять большинство потребностей в ремонте.

У блока я отрезал все выходные провода, оставив зеленый стартовый, его конец я припаял к общему проводнику платы, куда впаяны все черные. Лучше всего аккуратно выпаять все провода, но мой паяльник был слишком слабый для этого и пришлось обрезать. К общему контакту и +12 (куда впаяны желтые) припаял два коротких, жестких медных провода и соединил через клемник со шнуром к шурику.

На этом мы закончим данный обзор, желаемого мы добились — шуруповерт отлично работает от компьютерного блока питания. В дальнейшем планирую сделать для платы блока питания добротный фанерный корпус без щелей — тесты показали, радиаторы на плате совсем не греются и можно не беспокоиться о перегреве элементов в закрытом корпусе.

Запитка двигателя 12 В от компьютерного БП, через ШИМ регулятор.

• Версия для печати

• Перейти на страницу:

Запитка двигателя 12 В от компьютерного БП, через ШИМ регулятор.

Сообщение #1 2-12-85-06 » 06 фев 2019, 12:23

Запитка двигателя 12 В от компьютерного БП, через ШИМ регулятор.

Сообщение #2 макс юр » 06 фев 2019, 13:04

Запитка двигателя 12 В от компьютерного БП, через ШИМ регулятор.

Сообщение #3 ROW » 06 фев 2019, 13:59

Запитка двигателя 12 В от компьютерного БП, через ШИМ регулятор.

Сообщение #4 2-12-85-06 » 06 фев 2019, 14:07

Запитка двигателя 12 В от компьютерного БП, через ШИМ регулятор.

Сообщение #5 корбен даллас » 06 фев 2019, 14:52

Запитка двигателя 12 В от компьютерного БП, через ШИМ регулятор.

Сообщение #6 costa55 » 06 фев 2019, 17:22

2-12-85-06, добрый день! Начну с азов, на пальцах. Что такое ШИМ-регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока? Напряжение питания подается на двигатель в виде импульсов, при этом частота импульсов остается постоянной, а их длительность может меняться. Чем она больше, тем выше скорость вращения. Как будет вести себя двигатель в таком включении? Если частота ШИМ сигнала будет низкой (единицы Гц), то двигатель будет поворачиваться рывками. Это будет особенно заметно при небольшой длительности управляющих импульсов. При частоте в сотни Гц мотор будет вращаться непрерывно и его скорость вращения будет пропорциональна длительности этих импульсов. Грубо говоря, двигатель будет «воспринимать» среднее значение подводимой к нему энергии.
Поэтому, очевидно, что ШИМ-регулирование, не дает никакого преимущества по сравнению с аналоговыми схемами по сохранению мощности двигателя при изменении поступающего на него напряжения, но существенно экономит энергию, поступающую на него и, тем самым, повышает КПД регулятора скорости.
Вы выбрали правильный регулятор. Но, он китайский, насколько будет работать надежно, зависит от его комплектующих

Запитка двигателя 12 В от компьютерного БП, через ШИМ регулятор.

Сообщение #7 2-12-85-06 » 06 фев 2019, 18:20

costa55 , приветствую, спасибо за ликбез. Я правильно понял, что теоритически такое подключение к БП возможно?

Здесь имеется ввиду скважность импульсов?

Запитка двигателя 12 В от компьютерного БП, через ШИМ регулятор.

Сообщение #8 costa55 » 06 фев 2019, 19:01

2-12-85-06 писал(а): Источник цитаты costa55 писал(а):
Источник цитаты Если частота ШИМ сигнала будет низкой (единицы Гц), то двигатель будет поворачиваться рывками. Это будет особенно заметно при небольшой длительности управляющих импульсов. При частоте в сотни Гц мотор будет вращаться непрерывно и его скорость вращения будет пропорциональна длительности этих импульсов. Грубо говоря, двигатель будет «воспринимать» среднее значение подводимой к нему энергии.

Здесь имеется ввиду скважность импульсов?

2-12-85-06 писал(а): Источник цитаты costa55 писал(а):
Источник цитаты Поясните, пожалуйста, какой емкости конденсатор и куда его рекомендуют подсоединять.

Собственно, я в электронике человек темный, а про конденсатор прочитал здесь, в конце статьи раздел «Подключении индуктивной нагрузки». Электрическая мощность двигателя порядка 60 Вт.