Customise Consent Preferences

We use cookies to help you navigate efficiently and perform certain functions. You will find detailed information about all cookies under each consent category below.

The cookies that are categorised as "Necessary" are stored on your browser as they are essential for enabling the basic functionalities of the site. ... 

Always Active

Necessary cookies are required to enable the basic features of this site, such as providing secure log-in or adjusting your consent preferences. These cookies do not store any personally identifiable data.

No cookies to display.

Functional cookies help perform certain functionalities like sharing the content of the website on social media platforms, collecting feedback, and other third-party features.

No cookies to display.

Analytical cookies are used to understand how visitors interact with the website. These cookies help provide information on metrics such as the number of visitors, bounce rate, traffic source, etc.

No cookies to display.

Performance cookies are used to understand and analyse the key performance indexes of the website which helps in delivering a better user experience for the visitors.

No cookies to display.

Advertisement cookies are used to provide visitors with customised advertisements based on the pages you visited previously and to analyse the effectiveness of the ad campaigns.

No cookies to display.

Silniki DC

Silniki prądu stałego (DC) to jedne z najpopularniejszych typów silników, które przekształcają energię elektryczną w energię mechaniczną poprzez obrót. Ich budowa i zasada działania opiera się na oddziaływaniu pola magnetycznego i prądu elektrycznego, które generują moment obrotowy.

Występują 2 podstawowe typy silników: szczotkowe i bezszczotkowe.

Silnik szczotkowy DC

Budowa silnika szczotkowego DC

Budowa silnika_ Stojan, wirnik, komutator i szczotka
Budowa silnika_ Stojan, wirnik, komutator i szczotka

Stojan (stator): Nieruchoma część silnika, która tworzy pole magnetyczne. Może być wykonany z magnesów trwałych (w silnikach szczotkowych) lub cewek (w silnikach bezszczotkowych).

Wirnik (rotor): Ruchoma część silnika, która obraca się w polu magnetycznym. Wirnik składa się z zestawu przewodów nawiniętych na rdzeń z miękkiego żelaza. Gdy przez przewody przepływa prąd, powstaje wokół nich pole magnetyczne, które wchodzi w interakcję z polem magnetycznym stojana, co wywołuje moment obrotowy.

Komutator: Mechanizm, który przełącza kierunek prądu w uzwojeniach wirnika, znajdujący się w silnikach szczotkowych. W silnikach bezszczotkowych jest to realizowane elektronicznie.

Szczotki: Elementy w silnikach szczotkowych, które dostarczają prąd do wirnika poprzez komutator.

Zasada działania silnika szczotkowego

Zasada działania silnika DC opiera się na prawie Ampère’a oraz prawie Lorentza. Gdy przez przewodnik znajdujący się w polu magnetycznym płynie prąd, na przewodnik działa siła mechaniczna (siła Lorentza), która powoduje ruch.

  1. Prąd przepływa przez cewki wirnika – po uruchomieniu silnika prąd elektryczny przepływa przez szczotki i komutator do cewek na wirniku.
  2. Powstaje pole magnetyczne wokół cewek wirnika – zgodnie z prawem Ampère’a, prąd przepływający przez cewki wirnika tworzy pole magnetyczne wokół przewodników.
  3. Interakcja pól magnetycznych – pole magnetyczne stojana i pole magnetyczne wirnika oddziałują ze sobą, co wywołuje siłę mechaniczną, która próbuje obrócić wirnik. Siła Lorentza generuje moment obrotowy, który obraca wirnik.
  4. Komutator zmienia kierunek prądu – w momencie, gdy wirnik obróci się o pewien kąt, komutator zmienia biegunowość prądu w cewkach wirnika, co sprawia, że pole magnetyczne cewki zmienia swoją orientację. To pozwala na ciągły obrót wirnika.

Silnik bezszczotkowy BLDC

Silniki bezszczotkowe nie zawierają komutatora i szczotek, posiadają 3 uzwojenia, połączone w gwiazdę, którymi steruje się za pomocą specjalnego kontrolera. Ilość uzwojeń zazwyczaj jest wielokrotnością 3 podstawowych uzwojeń, aby zapewnić swobodny obrót wirnika.

Silniki bezszczotkowe prądu stałego (BLDC) mogą występować w dwóch głównych wariantach: z czujnikami położenia wirnika (ang. sensored) oraz bez czujników (ang. sensorless). Obie te wersje różnią się sposobem sterowania.

W silnikach bezszczotkowych z czujnikami stosuje się czujniki Halla lub inne czujniki położenia, które pozwalają na precyzyjne określenie aktualnej pozycji wirnika w stosunku do stojana. Czujniki te przekazują informacje do sterownika, który na ich podstawie odpowiednio steruje przełączaniem faz w uzwojeniach stojana.

Silniki BLDC z czujnikami są bardziej odpowiednie do zastosowań, które wymagają precyzyjnej kontroli momentu obrotowego, płynnego rozruchu i stabilnej pracy przy niskich prędkościach. Jednak są bardziej złożone i droższe.

Silniki bezszczotkowe bez czujników nie mają fizycznych detektorów położenia wirnika, takich jak czujniki Halla. Zamiast tego pozycja wirnika jest wykrywana na podstawie pomiarów napięcia indukowanego w uzwojeniach stojana (tzw. back-EMF, czyli napięcie zwrotne). Sterownik analizuje te napięcia i na ich podstawie szacuje, gdzie znajduje się wirnik.

Budowa silnika bezszczotkowego

  1. Stojan (Stator):
    • Stojan w silniku bezszczotkowym jest zbudowany z uzwojeń elektromagnetycznych (cewek), które są zamocowane w nieruchomej części silnika. Uzwojenia te wytwarzają zmienne pole magnetyczne, które steruje ruchem wirnika.
  2. Wirnik (Rotor):
    • Wirnik jest zbudowany z magnesów trwałych, które obracają się pod wpływem pola magnetycznego wytwarzanego przez stojan. Wirnik jest osadzony na łożyskach, co zapewnia płynny ruch obrotowy.
  3. Sterownik (Kontroler):
    • Zamiast komutatora i szczotek, silnik bezszczotkowy używa elektronicznego sterownika do sekwencyjnego włączania i wyłączania uzwojeń stojana. Sterownik jest odpowiedzialny za odpowiednie przełączanie cewek, aby pole magnetyczne wirnika zawsze było przyciągane do właściwej pozycji.
  4. Czujniki Halla (opcjonalnie):
    • W niektórych silnikach BLDC stosuje się czujniki Halla, które wykrywają położenie wirnika i dostarczają informacje do sterownika, aby ten mógł odpowiednio zmieniać prąd w uzwojeniach.

Zasada działania silnika bezszczotkowego

W silnikach BLDC główną różnicą w porównaniu do silników szczotkowych jest sposób sterowania prądem. Zamiast mechanicznego komutatora, przełączanie faz odbywa się za pomocą układów elektronicznych ESC.

  1. Elektroniczne przełączanie faz:
    • Prąd płynie do cewek stojana w odpowiedniej sekwencji, tworząc zmienne pole magnetyczne. Sterownik zasila uzwojenia w sposób zsynchronizowany z położeniem wirnika, aby utrzymywać moment obrotowy.
    • W każdym momencie uzwojenia stojana wytwarzają pole magnetyczne, które oddziałuje z magnesami na wirniku, wywołując obrót.
  2. Pole magnetyczne wirnika:
    • Wirnik składa się z magnesów trwałych, które reagują na zmienne pole magnetyczne wytwarzane przez uzwojenia stojana. Zmiana pola w cewkach powoduje, że magnesy wirnika są przyciągane lub odpychane, co generuje moment obrotowy i wprawia wirnik w ruch.
  3. Zmienna częstotliwość przełączania:
    • Częstotliwość, z jaką sterownik zmienia kierunek przepływu prądu w uzwojeniach, kontroluje prędkość obrotową silnika. Im szybsze przełączanie, tym szybciej obraca się wirnik.
  4. Bezszczotkowy charakter:
    • Brak szczotek eliminuje straty związane z tarciem oraz zużycie elementów mechanicznych, co czyni silniki bezszczotkowe bardziej trwałymi i wydajnymi.

Połączenie silnika BLDC z Arduino

Silnik bezszczotkowy BLDC z Arduino
Silnik bezszczotkowy BLDC z Arduino

Parametry silnika

Moment obrotowy to siła obrotowa generowana przez silnik wyrażana w Nm lub kg*cm.

Np. silnik z momentem 4kg*cm będzie w stanie obrócić 4kg w odległości 1cm od środka wirnika lub

2kg w odległości 2cm,

1kg w odległości 4cm, itd…

Prędkość obrotowa (RPM) to liczba obrotów na minutę. Moc wyjściowa (W) to moc mechaniczna generowana przez silnik (iloczyn momentu obrotowego i prędkości obrotowej).

Leave a Comment