Komplett Motor guide för Robotics (8 / 12 steg)

Steg 8: Borstlös likströmsmotor

Borstlösa DC (BLDC) motorer kallas av många namn: Borstlös permanentmagnet, permanentmagnet växelströmsmotorer, permanentmagnet synkron motorer etc. Förvirringen uppstår därför en borstlös likströmsmotor inte fungerar direkt från dc spänningskälla. Men som vi skall se, liknar den grundläggande principen om drift en dc-motor.

En BLDC har en rotor med permanentmagneter och en stator med lindningar. Det är i huvudsak en likströmsmotor som vände ut och in. Borstar och Kommutator har eliminerats och lindningarna är anslutna till kontrollelektronik. Kontrollelektronik ersätter funktionen av Kommutator och vitalisera den ordentliga lindningen. I animeringen visas lindningen är aktiverade i ett mönster som roterar runt statorn. Strömförande statorn slingrande leder den rotor magnet och växlar precis som rotorn justerar med statorn. Det finns inga gnistor, vilket är en fördel med BLDC motor.

Borstar av en dc-motor har flera begränsningar. Borstens livslängd, borste rester, maxhastighet och elektriska störningar. BLDC motorer är potentiellt renare, snabbare, effektivare, mindre bullriga och mer tillförlitliga. BLDC motor kräver dock elektronisk kontroll.

Sedan byggandet av en borstlös likströmsmotor är mycket lik den AC-motor vilket gör det en sann synkronmotor men en nackdel är att det är dyrare än motsvarande "borstad" motor design.

Inrunners vs Outrunners

Det finns två typer av borstlösa RC motorer, inrunners och outrunners.

Permanentmagneter av inrunner borstlösa motorer är placerade på insidan av elektromagneter. En outrunner brushless motor har de permanent magneterna på utsidan av elektromagneter.

Ju snabbare en motor snurrar, desto mer effektivt det är. Inrunner motorer slå mycket snabbt och är mycket mer effektiv än outrunner motorer. Inrunner borstlösa RC motorer kräver en hastighet minskar växellåda mellan motor och propeller av din RC flygplan.

Nackdelen med en inrunner är de extra delar som kan och gör misslyckas. Redskap få strippad och växellåda axlar är lätt böjda. Det kan också vara ett hinder när du monterar en växellåda motor kombination för din RC flygplan prydligt, särskilt under en kåpa.

Teorin om Operation

Mekaniken i en borstlös motor är otroligt enkel. Den enda rörliga delen är den rotorn, som innehåller magneter. Där saker blir komplicerat iscensättandet sekvensen av energigivande lindningar. Polariteten på varje lindning styrs av riktningen av strömflödet. Animeringen visar ett enkelt mönster som kontrollanter skulle följa. Växelström ändrar polaritet, att ge varje lindning en "push/pull" effekt. Tricket är att hålla detta mönster i synk med hastigheten på rotorn. Det finns två (utbredda) sätt detta kan ske. De flesta hobby styrenheter mäta spänningen produceras (tillbaka EMI) på icke-strömförande lindningen. Denna metod är mycket pålitlig i hög hastighet drift. Som motorn roterar långsammare, spänningen produceras blir svårare att mäta och fler fel induceras. Nyare hobby styrenheter och många industriella styrenheter utnyttja Hall effekt sensorer för att mäta magneter position direkt. Detta är den primära metoden för att kontrollera datorfläktar.

Kontroll

Kontroll av den borstlösa DC-motorer skiljer sig mycket från den normala borstad likströmsmotor, i det den här typen av motor innehåller några medel för att upptäcka rotorer kantiga position (eller magnetiska poler) krävs för att producera de feedback signaler krävs för att kontrollera halvledaren byta enheter. Den vanligaste position/pole sensorn är "Hall effekt Sensor", men några motorer också använda optiska sensorer. Med hjälp av Hall effekt sensorer, slås polariteten av elektromagneter av motorisk kontroll enheten kretsar. Sedan kan motorn enkelt synkroniseras till en digital klocksignal, som ger exakt hastighetskontroll. Borstlösa DC-motorer kan konstrueras för att ha, en extern permanentmagnet rotor och en inre elektromagnet stator eller en inre permanentmagnet rotor och en extern elektromagnet statorn.

I figur 4 (A), är den gröna slingrande märkt "001" aktiverade som Nordpolen och blå likvidation märkt som "010" är strömförande som Sydpolen. På grund av denna magnetisering, den södra Polen av rotoren ligger i linje med den gröna slingrande och Nordpolen ligger i linje med den röda slingrande märkt "100". För att flytta rotorn, de "Röda" och "Blå" lindningarna är strömförande i den riktning som visas i figur 4 b. Detta orsakar den röda slingrande för att bli Nordpolen och den blå slingrande för att bli Sydpolen. Denna förskjutning av det magnetiskt sätter in i statorn ger vridmoment på grund av utvecklingen av repulsion (röd slingrande – Nord-Nord justering) och attraktion tvingar (blå slingrande – Nord-syd justering), som flyttar rotorn i den medurs riktningen.

Varvtalsreglering

Borstlösa dc-motor är faktiskt Trefas växelströmsmotorer. Att kontrollera hastigheten en elektronisk hastighet används kontroll eller ESC. Borstlösa ESC systemen i princip skapa en tri-fas AC uteffekt på begränsad spänning från ombord DC power inmatning, köra borstlösa motorer genom att skicka en sekvens av AC signaler från ESK: s kretsar, anställa en mycket låg impedans för rotation. Borstlösa motorer, annars kallas outrunners eller inrunners beroende på deras fysiska konfigurationen, har blivit mycket populärt med "electroflight" radio-kontroll tid hobbyister deras effektivitet, makt, lång livslängd och låg vikt jämfört med traditionella borstad motorer. Dock är borstlösa AC motor styrenheter mycket mer komplicerad än borstad motor styrenheter.

Den korrekta fasen varierar med motor rotationen, som skall beaktas av ESK: vanligtvis tillbaka EMF från motorn används för att upptäcka denna rotation, men variationer finns som använder magnetiska (Hall effekt) eller optiska detektorer. Dator-programmerbar hastighet kontroller har i allmänhet användardefinierade alternativ som gör att låg spänning cut-off begränsar, timing, acceleration, bromsning och rotationsriktning. Vända motorns riktning kan också ske genom att byta två av tre leder från ESK motorn.

Nuvarande betyg av ESC
En ESC kommer att ha en ström gräns. För att hantera mer makt, ESK måste vara större, tyngre och dyrare. Det är viktigt att veta toppströmmen din motor kommer att dra på fullgas. Detta avgör den nuvarande betyg du ska leta efter i en ESC. Välj alltid en ESC med en nuvarande betyg som är högre än vad du behöver. Om motorn går att dra 12A, är en 25A-fått ESC ett mycket bättre val än en 10A-klassade. 10A ESC kommer förmodligen överhettas och laga mat, även om du bara flyga med halv gas. Råden är relativt lätt och bibehåller bra andrahandsvärde, så detta är ett objekt i din power system där brister är inte värt mödan. Att välja rätt typ och identifiera den minsta märkström är två stora steg. De nästa val beror på dina önskemål.

Märkspänningen

Alla ekonomiska och sociala råd har spänningsgränser. Vissa har mer än en! Vad är din batterispänning? Välj en ESC som är utformad att fungera med en lika eller högre spänning. Vissa ekonomiska och sociala råden är utformade för låga spänningar (under 13V), några för medelhög spänning (under 25V) och några för höga spänningar (ovanför 25V). Du bör inte ansluta en hög spänning batteriet till en låg spänning ESC, men det är också onödigt att använda en hög spänning ESC med lågspänning batteri.

Fördelar

Fördelarna med den borstlösa DC Motor jämfört med dess "borstad" kusin är högre effektivitet, hög driftsäkerhet, låga elektriska störningar, bra fart kontroll och viktigare, nr borstar eller Kommutator att slitas ut producerar en mycket högre hastighet. Men deras nackdel är att de är dyrare och mer komplicerat att kontroll.

Arduino kontroll

Borstlösa motorer konstruerade för autonoma och remote control flygplan och fordon vanligtvis kräver en separat styrenhet. Är vanligen av Sensorlös typ och användning standard servo skriva pulsade signaler för varvtalsreglering.

Det är mycket lätt att kontrollera BLDC motor. De flesta av de ekonomiska och sociala råden måste en 50Hz frekvens dvs en 20 ms cykel och hastigheten beror på intermittensen du tillhandahåller. 1ms kommer att minska sin hastighet till minimum eller ens stoppa det (det beror på ESC modell) medan en 2 MS puls kommer att köra motorn på sin största möjliga hastighet. Värden mellan dem ger dig en variation i hastighet.

Ekonomiska och sociala råden behöver vanligtvis en högre än den som tillhandahålls av Arduino från hans pin 5V spänning: vanligtvis de behöver 2 LiPo celler (ca 8V). Att uppnå att alla kretsen måste drivas från en extern strömkälla som är ansluten direkt till ESC och inte via Arduino, som kommer att drivas av BEC krets av ESC. För att göra det hända räcker det att ansluta rött och svart av kontroll-kontakt till 5V och GDN för Arduino styrelsen.

Resten av banan är ganska enkelt: från stift 9 på Arduino vi har signalen för ESK, och in pin 0, spänningen från potentiometern kommer.

ESC behöver ibland kalibreras och när det gäller ekonomiska och sociala råd, kalibrering innebär att ställa in den högsta och lägsta hastighet på
motorn i förhållande till max och min bredd PWM signalen skickas av Arduino. PWM signalen läsa av ESK är av samma typ som en servo signal, vilket innebär Servo biblioteket från Adruino kan användas för att kalibrera och styra de ekonomiska och sociala råden. ESK anger hastigheten i motorn beroende på förhållandet mellan hög till låg signaler. Kalibrering innebär programmering ESK att förstå PWM vågorna motsvarande stopp och maximat rusar av motorn.

Den standard räckvidd för de flesta servomotorer och ekonomiska och sociala råden är en hög signal bredd mellan 1000 och 2000 mikrosekunder under en repetition 20 millisekunder (förutsatt att en 50hz PWM-signal). För quad copter, men vill vi spänna till vara så bred som möjligt för att möjliggöra större inkrementell kontroll av motorn. I detta syfte kalibrerade vi råden för att läsa en signal bredd från 700 till 2000 mikrosekunder med 700 att vara stopp hastigheten och 2000 max hastighet. Vissa ESC kunde inte läsa en signal som är lägre än 700 mikrosekunder.

Kalibrera de ekonomiska och sociala råden är ganska enkel. För att ange programmeringsläget, skickas maximal servo signalen (2000 mikrosekunder) till ESK, ESK är påslagen och väntar på två sekunder, då minsta servo signalen skickas (700 mikrosekunder). När ESK avger en serie bekräftelse signaler (särskild våg signaler skickas till motorn för att släppa ut pipande ljud), ESK är kalibrerad (kolla med ESC specifika databladet för detaljer).

För att kalibrera kan du använda följande kod snipet
#include < Servo.h >
#define MAX_SIGNAL 2000
#define MIN_SIGNAL 700
#define MOTOR_PIN 9

Servomotor;

void setup() {
Serial.BEGIN(9600);
Serial.println ("programmet börja...");
Serial.println ("detta program kommer att kalibrera ESK.");

motor.attach(MOTOR_PIN);

Serial.println ("nu skriver maximiprestationen.");
Serial.println ("vända på strömkälla, sedan vänta 2 sekunder och tryck på valfri tangent.");
motor.writeMicroseconds(MAX_SIGNAL);

Vänta på ingång
tag (!. Serial.available());
Serial.Read();

Skicka min kapacitet
Serial.println ("Skicka minsta output");
motor.writeMicroseconds(MIN_SIGNAL);

}

void loop() {

}

Du kan använda följande kod för att styra

#include < Servo.h > / / include servo bibliotek
Servo esc;
int throttlePin = 0;

void setup()
{
ESC.attach(9);
}

void loop()
{
int gaspådrag = analogRead(throttlePin); läsa från potten
gaspådrag = karta (gasspjäll, 0, 1023, 0, 179);
ESC.write(Throttle); spjäll värde ange hastigheten esc
}

Det tar bara läsningen av "gas", kartor från 0-1023 till 0-179 (analog läsande till servo "grader") och skickar det sedan till ESC via Servo biblioteket. Även i sin extrema enkelhet detta skiss det mycket användbart när du vill kalibrera en ny ESC för att arbeta med Servo bibliotek för Arduino.

Program:

• Multikoptrar
• Drönare
• Radio Control fordon
• Hårddiskar
• Fans
• Industriella servon
• Hybridfordon
• High-End växelmotorer

Fördelar:

• Tyst
• Effektiv

Begränsningar: Vissa typer av borstlösa motorer kräver en separat styrenhet för operation.

För borstlös likströmsmotor Besök https://www.sparkfun.com/categories/245