Как однофазные двигатели BLDC запускаются в правильном направлении?

После того, как были проведены дополнительные исследования, я подтвердил свои первоначальные сомнения в утверждении, процитированном в примечаниях по применению Microchip, в котором говорится, что направление вращения двигателя при запуске может быть задано направлением тока, создаваемого фазообразующим Н-мостом (или в другими словами, полярностью возбужденных катушек статора).

Простой ответ - невозможно управлять направлением вращения двигателя, контролируя полярность фаз в конструкции двигателя с однофазным двигателем BLDC с одинаковым количеством катушек и магнитов ротора. Единственными возможными средствами для установки направления вращения являются те, которые обеспечивают некоторую периферическую асимметрию магнитного поля во время запуска.

Более подробный ответ: Напоминаем, что двигатели BLDC работают по принципу «следования наименьшему сопротивлению», подобно двигателям с «переключаемым сопротивлением», хотя по-другому рекомендуемый обзор электродвигателей здесь

Поскольку они не используют силу Лоренца для перемещения проводника, а вместо этого двигатели BLDC перемещают ротор за счет сил притяжения и / или отталкивания, вектор которых перпендикулярен поверхности магнита ротора (другими словами, их силовые линии магнитного поля параллельно, либо притягивая, либо отталкивая), откуда полярность катушек под напряжением не определяет направление. Представление о двигателе BLDC как о принципе действия сил Лоренца, движущих ротор, является широко распространенной ошибкой, которую я наблюдал даже в учебниках.

Еще один момент, который следует помнить, что двигатель с равным количеством катушек и магнитов ротора имеет тенденцию останавливаться (при достаточной силе магнита и достаточно маленьком воздушном зазоре) в таком положении ротора, что магниты будут притягиваться к сердечникам катушек, потому что обесточенные катушки сердечник изготовлен из сплава с высокой магнитной проницаемостью, который будет намагничиваться статическим полем магнитов ротора. Опять же, закон «следуй наименьшему сопротивлению» остановит магниты, каждый из которых обращен к сердечнику катушки.

Поэтому запуск такого двигателя осуществляется контроллером, считывающим показания датчика Холла, и в зависимости от того, какие катушки притянули какие полюса магнита, программа контроллера подаст питание на все катушки с полярностью, чтобы создать точную силу отталкивания, чтобы начать вращение. В этот момент направление будет задано специальными средствами, обеспечивающими асимметрию пускового магнитного поля. Это делается, например. во всех вентиляторах охлаждения ПК, сделав сердечники катушек статора асимметричными: если смотреть по окружности ротора, их сердечник сделан толще на «входе» и тоньше на «выходе», благодаря чему магнит «скользит» только в одном направлении. . Таким образом, когда катушка находится под напряжением при запуске, силы отталкивания (по часовой стрелке и против часовой стрелки) не сбалансированы, что заставляет диск ротора двигаться только в одном направлении. Еще один "побочный эффект"

Вот наглядный пример асимметричного смещения сердечника катушки (обратите внимание на «смещение» между соседними сердечниками катушки, и датчик Холла, интегрированный с управляющей микросхемой, можно увидеть внизу)

Надеюсь, это прояснит ситуацию для всех, кто столкнется с такой же путаницей.

Автор этого приложения. Примечание необходимо узнать больше перед публикацией, я бы сказал. Я также небрежно задавался вопросом, ожидая, что датчик Холла или подобный датчик и ИС значительно увеличат стоимость двигателя.

Это напоминает мне синхронизацию по переменному току. синхронизирующие двигатели, которые запускаются случайным образом в любом направлении после хаотического запуска. Упругий тормоз (вероятно, свернутая пружина?) блокирует дальнейшее неправильное движение и толкает ротор в нужном направлении.

Потребовалось много времени, чтобы понять, почему шаговые двигатели с одной катушкой всегда шагают вперед в квантово-аналоговых часах со стрелками, а также в таких часах. По-видимому, все они питают катушку импульсом, имеющим противоположную полярность по отношению к предыдущему импульсу.

Скорее всего они все только двухполюсные, роторно-статорные, с перм. маг. роторы. Асимметричные полюсные наконечники являются ключевыми, воздушные зазоры постепенно уменьшаются (иногда? См. ниже) вдоль каждой поверхности полюса. Между импульсами магнитная ось ротора совмещается с кратчайшим воздушным зазором. Это компенсировано примерно на 30° по сравнению с тем, что было бы при равномерном воздушном зазоре. Импульс должен первоначально оттолкнуть ротор, но смещение гарантирует, что он начнет вращаться вперед. Имя изобретателя известно, но, видимо, не очень широко; Я потерял след. Это из области часового искусства.

+=+=+

У меня есть небольшой недорогой вентилятор с внешним ротором и четырехполюсным статором. Ротор представляет собой просто кольцо, намагниченное предположительно четырьмя полюсами, альт. N&S. Я снял маленькое пластиковое стопорное кольцо и вытащил ротор. Я оставил его, собирая пыль, увы, надеясь узнать больше, а также задаваясь вопросом, как это работает без датчика потока. Имеет пористый бронзовый подшипник, приятный.

Что ж, конечно же, полюса вытягивались примерно на 75° или около того, и черт возьми, если они не были асимметричными! Думайте о каждом как о букве Т с провисшими концами (изогнутого) верхнего штриха письма. Половина этого хода имеет меньший внешний радиус! Конечно, это означает больший воздушный зазор.

Да, но... Он хочет DC. Ну, под статором прячется круглая печатная плата. Там внизу есть небольшой транзистор, возможно, в цепи LC-генератора! Место, чтобы спрятать небольшой конденсатор... Должно быть, синхронизатор переменного тока. мотор. (^_^)

В будущем я должен использовать немного маг. просмотр фильма, чтобы узнать ротор mag. шаблон, и отсоедините выводы статора, подайте на него постоянный ток после маркировки ротора и попробуйте пошагово с помощью импульсов альтернативной полярности. (^ ^) (^ ^)

История шагового двигателя:

Ранние шаговые двигатели, возможно, разработанные Sperry Gyroscope для удаленных ретрансляторов (дисплеев) компаса, имели роторы с явно выраженными полюсами (спицами), возможно, с шестью зубьями, без обмоток. Забыли был ли ротор перм. намагниченный. Статор был, может быть, четырехполюсным, питаемым по двум цепям смещенными импульсами от поворотного переключателя в гирокомпасе. Я думаю, что только одна «фаза» статора находилась под напряжением в каждый момент времени, статически, но другая «фаза» также находилась под напряжением в начале шага, частично перемещая ротор. Учебник из документа ВМФ, которому уже много десятилетий. объясняет это в мельчайших подробностях, с прекрасными пояснительными иллюстрациями. Увы, забыли некоторые важные детали. Конечно, между шаговым двигателем и большим индикаторным диском была редукторная передача.

При первом включении каждый ретранслятор нужно было настроить вручную, «синхронизировать» с текущим курсом, указанным внутри гирокомпаса.

Некоторое время спустя, скорее всего, CP Steinmetz (или Ernst FW Alexanderson?, оба из GE Research) изобрел Selsyn™ (самосинхронизирующийся, более чем вероятно), известный на флоте как синхронизатор. Военно-морской флот обожал их, используя, среди прочего, для отправки данных на моторизованные артиллерийские установки и башни. Какими бы чудесными они ни были, я воздержусь от объяснений, за исключением того, что внутренне они похожи на двигатели, обычно с двухполюсным ротором и статором, как у трехфазного двигателя. Они не вращаются быстро постоянно (или не должны...). Не уверен, что есть хорошее, первоклассное объяснение.

+=+=+

Удивительно оригинальный шаговый двигатель, созданный Haydon Switch and Instrument, представлял собой скромную вариацию простейшего двухполюсного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, который можно найти в бесчисленных недорогих вентиляторах и воздуходувках переменного тока, а также в других устройствах.

Его ротор был, iirc, просто двухполюсным магнитом, намагниченным по диаметру (sp?). Статор, включая экранирующие катушки, был таким же, за исключением того, что между катушкой и полюсами статора помещался постоянный стержневой магнит с достаточно хорошей коэрцитивной силой (? устойчивостью к размагничиванию). Возможно внутри катушки был воздушный зазор.

Выключение, комбо. перм. магниты обеспечивали, чтобы ротор имел только одно устойчивое положение. Применение постоянного тока правильной полярности и достаточного напряжения изменило полярность потока статора на ротор.

Затеняющие катушки (эти паяные петли) задерживали нарастание потока на своих половинах полюсов, обеспечивая постоянное направление вращения. Во время импульса, при условии, что он имел достаточную длительность, ротор осаживался на пол-оборота от исходного положения. Когда импульс заканчивался, затеняющие катушки обеспечивали возвращение домой в том же направлении.

Один однонаправленный импульс на одну катушку статора за один оборот — это уже достаточно удивительно, но и умеренная модификация существующей конструкции тоже была замечательной.

Возможно, тот факт, что для большинства приложений требуются меньшие углы шага, ограничивал продажи; очень жаль, если так.

+=+

IIrc, Барбер-Колман сделал родственный вариант вездесущего двухполюсного двигателя с затеняющей катушкой, упомянутого выше. Это было обратимо! Он имел 2+2 экранирующие катушки, проволочные и многовитковые. Последовательно расположенные по диагонали катушки (вполне вероятно), как и две другие, были подключены к трем винтовым клеммам. Замыкание одной пары определило начальное направление.

Любителям экзотических моторов обязательно стоит увидеть старые электромеханические светофорные контроллеры.

Направление определяется путем выбора соответствующей полярности возбуждения, чтобы отвлечь его от исходного положения в нужном направлении.

По сути, совместите фазу датчика Холла, и он будет вращаться в одну сторону, инвертируйте его, и он будет вращаться в другую сторону.