من بدون جاروبک DC (BLDC) را با استفاده از آردوینو طراحی و چاپ سه بعدی کردم .
موتور و موتور کنترلی
علاوه بر آهنربا، سیم پیچ برقی و سنسورهای اثر هال، تمام اجزای موتور با Makerbot Replicator 2 چاپ می شوند.
این ویدئو موتور کار تمام شده را نشان می دهد.
این آموزش بصورت pdf به همراه فایل های cad و برنامه های کنترل موتور ارائه شده است.
برنامه کنترل موتور آردوینو: از فایل استفاده کنید، بررسی کنید، طرح را به صورت رایگان تغییر دهید یا هر کاری که می خواهید با آن انجام دهید!
این پروژه به چاپگرهای سه بعدی، میکروکنترلرهای آردوینو و ابزارهای الکترونیکی اولیه مانند مولتی متر، اسیلوسکوپ، منبع تغذیه و قطعات الکتریکی نیاز دارد.
لیست کامل قطعات و ابزارهایی که استفاده می کنم.
جدول 1 هزینه ساخت موتور را نشان می دهد.
اجزای الکتریکی مانند مقاومت ها و خازن ها شامل نمی شوند زیرا هزینه آن نسبت به هزینه کل موتور ناچیز است.
بدون در نظر گرفتن میکرو کنترلرها و باتری های آردوینو، کل هزینه ساخت موتور 27 دلار است. 71.
لازم به ذکر است که کاهش هزینه ها در اولویت نیست. بهینه سازی می تواند هزینه های تولید را کاهش دهد.
بر اساس این اصل که موتور باید به آسانی از قطعات قابل دسترسی آسان برای ساخت استفاده شود، مشخصات طراحی موتور DC مشخص شده است و باید عملکردی مشابه عملکرد کیفی بسیاری از موتورهای DC تجاری، فن های الکتریکی کوچک ارائه دهد.
موتور به صورت 3 فاز، 4-
موتور DC قطبی با 4-
آهنربای N52 nd روی روتور و شیر برقی 3 سیمی متصل به استاتور طراحی شده است.
به دلیل افزایش راندمان، تعداد قطعات مکانیکی کاهش می یابد و اصطکاک کاهش می یابد، طراحی بدون برس انتخاب می شود.
آهنربای N52 به دلیل قدرت، قیمت و سهولت دسترسی انتخاب شده است.
در بخش \'کنترل موتور bldc\'، کنترل موتور Brushless بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.
جدول 2 مقایسه بین موتور DC و موتور برس را نشان می دهد.
شیر برقی 8 تا
12 ولت، توسط مدار کلید الکتریکی کنترل می شود.
سنسور هال اطلاعات مکان را درباره زمان تعویض مدار ارائه می دهد.
از معادلات زیر برای تخمین عملکرد موتور استفاده می شود و در نتیجه طرح اولیه موتور ایجاد می شود.
اگر می خواهید این معادلات را ببینید، به pdf لینک شده در مقدمه نگاهی بیندازید و آنها به هم می ریزند.
نیروی بین دو آهنربا در یک فاصله معین را می توان تقریباً با معادله زیر تقریبی کرد: F = BmAmBsAs/4g2، که در آن B چگالی میدان مغناطیسی روی سطح آهنربا و A مساحت آهنربا، g فاصله بین دو آهنربا است.
Bs، میدان مغناطیسی شیر برقی به صورت زیر به دست می آید: B = NIl، جایی که I جریان است، N تعداد بسته ها و l طول شیر برقی است.
در موتور، حداکثر گشتاور به صورت زیر تخمین زده می شود: t = 2 در جایی که r شعاع و انتخاب 25 میلی متر است.
در ترکیب با این معادلات، یک بیان خطی از گشتاور خروجی مرتبط با جریان ورودی یک هندسه شیر برقی معین به دست می آید.
F = 2rbmamasn4g2li ثابت گشتاور مورد نیاز برای انتخاب 40 m-
Nm/A بر اساس عملکرد مطلوب نسبت به سایر موتورهای موجود است [2].
مدار کنترل الکترونیکی برای کنترل موتور BLDC مورد نیاز است.
برای چرخاندن موتور BLDC، بسته به موقعیت روتور، سیم پیچ باید به ترتیب تعریف شده روشن شود.
موقعیت روتور با استفاده از سنسور سالن تعبیه شده در استاتور تشخیص داده می شود.
شکل 3 یک نمودار شماتیک از طرح کنترل موتور BLDC را نشان می دهد.
سنسور هال با سه سیم پیچ موتور در استاتور تعبیه شده است و خروجی دیجیتال مربوط به نزدیکترین قطب یا قطب جنوب به سنسور را ارائه می دهد.
بر اساس این خروجی دیجیتال، میکروکنترلر توالی فاز را برای درایور موتور فراهم می کند، بنابراین برق را به سیم پیچ مربوطه می رساند.
هر ستون توالی تغییر فاز دارای یک سیمپیچ است که با ولتاژ مثبت، یک سیمپیچ با ولتاژ منفی و یک سیمپیچ با ولتاژ منفی روشن میشود.
توالی تغییر فاز شامل شش مرحله است که خروجی سنسور هال را با خروجی سیم پیچی که باید روشن شود مرتبط می کند.
جدول 3 زیر نمونه ای از چرخش در جهت عقربه های ساعت را نشان می دهد.
طرح نهایی از 4 قسمت مختلف تشکیل شده است.
محفظه پایین، روتور، محفظه بالا و شیر برقی همانطور که در شکل 4 در زیر نشان داده شده است. شکل 4: (الف)
پوسته پایین (ب) روتور (ج) شیر برقی (د)
موتور مونتاژ (ه) مونتاژ بالا.
تمام قطعات در جهتی که چاپ می شوند نمایش داده می شوند.
محفظه پایین، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است (الف)
پوشش پایین موتور.
روتور، همانطور که در شکل 4 (ب) نشان داده شده است
، شامل 8 آهنربا، 4 آهنربا برای حرکت موتور، و 4 برای ارائه اطلاعات موقعیت به سنسور هال است.
همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، روتور به پوسته پایینی سبک یاتاقان کشویی (d) می لغزد.
پوسته در بالا، همانطور که در شکل 4 (ه) نشان داده شده است
، روی روتور نصب شده و برای بستن موتور به پایین متصل شده است.
محفظه بالایی شامل 3 حسگر موقعیت سالن و همچنین یک برش مثلثی است که به لوله پیچ اجازه می دهد تا به داخل محفظه بچسبد.
شیر برقی همانطور که در شکل 4 (ج) نشان داده شده است
، مثلث هایی را در مرکز آنها قرار دهید تا به آنها اجازه دهید با سوراخ های محفظه بالایی که خود به صورت عمودی با آهنربای روتور هماهنگ می شوند، تراز شوند.
تمام قطعاتی که قبلا توضیح داده شد بر روی Makerbot Replicator 2 چاپ می شوند.
قطعات را می توان همزمان چاپ کرد و پارامترهای مختلف چاپ احتمالاً نتایج رضایت بخشی را ایجاد می کند.
محصول نهایی در پلاستیک شفاف PLA، با مقدار پرکننده 20% و مقدار پرکننده 0.20
میلی متر ارتفاع کف چاپ شده است.
از طریق آزمایشهای مکرر، مشخص شد که قسمتهایی که بدون لغزش به هم متصل شدهاند، مانند پوستههای بالا و پایین، باید با فاصله 0 چاپ شوند. 25 میلیمتر به همه طرفها اضافه کنید، در حالی که قطعات برای کشویی آزاد، مانند روتورها، باید در
0.4 میلیمتر در اطراف چاپ شوند .
فضای
مگنت و سنسور جلوه هال با طراحی فضای خالی داخلی مناسب در جای مناسب، در پایین سمت راست بالای شکاف چاپ میکنند، چاپ را متوقف کرده و دستگاه را وارد میکنند، در مجموعه قرار میدهند و سپس چاپ را ادامه میدهند.
ارتفاع مکث مناسب در جدول 4 در زیر آورده شده است.
قطعه پرینت سه بعدی را می توان از Makerbot جدا کرد و پس از برداشتن پلاستیک اضافی از قایق می توان آن را با هم مونتاژ کرد.
این قسمت ها باید بدون زحمت زیاد در کنار هم قرار گیرند.
شیر برقی نیاز به آخرین پردازش شیر برقی دارد.
هر شیر برقی حدود 400 بار با یک خط آهنربایی 26gw پیچیده می شود.
این فرآیند را می توان با چرخاندن شیر برقی روی مته تسریع کرد.
مطمئن شوید که هر شیر برقی در یک جهت بسته بندی شده است تا شیر برقی حاصل قطبیت یکسانی داشته باشد.
هنگامی که شیر برقی آماده شد، باید آنها را به پوسته در قسمت بالا بچسبانید.
در اینجا می توان از چسب قوی برای تقویت اتصال استفاده کرد.
عناصر مدار باید طبق نمودار شماتیک زیر به یکدیگر متصل شوند.
VCC درایور موتور L6234 می تواند از 7 ولت تا 42 ولت باشد، اما من توصیه می کنم موتور را بدون ولتاژ بالاتر از 12 ولت اجرا کنید.
برنامه ای که توسط آردوینو برای کنترل ترتیب تغییر فاز نوشته شده است را می توانید در برنامه پیدا کنید که مطابق این راهنما تنظیم شده است.
بهبود آینده موتور را می توان به چهار دسته تقسیم کرد.
بهینه سازی مکانیکی، بهبود کارایی، بهبود کنترل و کاربرد.
اولین قدم در هر کار آینده باید آزمایش گشتاور
سرعت و بازده موتور فعلی باشد.
کنترل موتور را می توان با استفاده از روش سخت افزاری به جای روش نرم افزاری به دست آورد که هزینه و مقیاس اجرا را تا حد زیادی کاهش می دهد.
در اینجا توضیح مختصری در مورد چگونگی دستیابی به این موضوع وجود دارد -
مناطق زیادی وجود دارد که می توان طراحی مکانیکی موتور را بهینه کرد.
شیر برقی را می توان به سادگی در بدنه اصلی موتور قرار داد.
اندازه موتور را می توان به میزان قابل توجهی کاهش داد.
اندازه آهنربای موقعیت را می توان تا حد زیادی کاهش داد تا گشتاور روتور کاهش یابد.
طراحی موتور ممکن است پارامتری شده و در اندازه های مختلف چاپ شود.
راندمان موتور را می توان با بررسی
مشخصه سرعت گشتاور در محدوده ولتاژ اعمال شده بهینه کرد.
اگر موتور چاپ سه بعدی کاملاً بهینه شده را بتوان پارامتری کرد و در اندازه ها و درجه بندی های مختلف چاپ کرد، دامنه کاربرد بسیار گسترده خواهد بود.
این دفترچه یادداشت evernote من با مقالات و پیوندهای زیادی است که در حین انجام این پروژه مطالعه کردم.
منابع مهم[1]
اصل اساسی موتور DC-
Padmaraja Yedamale-
درک موتور DC
