Перемотка бесколлекторного двигателя.
Часть 1. Теория и практика.
Выбор провода. Сколько жил и какой толщины.
Обычно, для намотки двигателей используется медный эмалированный провод. (ПЭВ-2).
В первую очередь, нужно определить какие токи должен выдерживать этот мотор.
Далее выбираем толщину проволоки:
1А - 0.05мм, 3А -0.11мм, 10А-0.25мм, 15А-0.33мм, 20А-0.4мм
30А-0.52мм, 40А-0.63мм, 50А-0.73мм, 60А-0.89мм,70А-0.92мм.
80А-1.00мм, 90А-1.08мм, 100А -1.16мм
С увеличением мощности мотора, требования к качеству провода сильно возрастают. Для решения этой проблемы некоторые используют несколько более тонких проводов вместо одного толстого. В этом есть несколько преимуществ:
1 - Толстый провод сложнее наматывать.
2 - На больших частотах возможно появление скин-эффекта (поверхностный эффект)
Для получения максимального КПД от мотора, необходимо стремиться получить как можно меньшее сопротивление обмоток. Чем меньше сопротивление, тем меньше потери в обмотке и тем выше эффективность мотора. Для достижения этой цели необходимо использовать как можно более толстый провод. Но толстый провод - означает меньшее количество витков и меньший крутящий момент. Пока вам не нужно сделать очень высокоскоростной двигатель, старайтесь намотать как можно больше витков для создания большего крутящего момента.
Слишком тонкий провод дает большое сопротивление, и вы не сможете пропустить нужный ток через двигатель. Если просто поднять напряжение, по закону Ома произойдет увеличение тока. Но потери в обмотках(нагрев) сильно возрастут, что приведет к разрушению двигателя.
Для модельных двигателей обычно используется провод диаметром 0.3-0.6 мм. Более тонкий провод позволяет намотать больше витков но и имеет большее сопротивление.
Сопротивление обмотки двигателя прогнозируем путем измерения общей длины провода, а затем рассчитываем сопротивление, используя данные из таблицы.
Намотка мотора
Намотать 20 витков тонким проводом на зуб может оказаться довольно просто, но мы пытаемся намотать от 10 до 30 витков соответствующей толстой проволокой, что не всегда так просто.
Хитрость заключается в том, чтобы закрепить статор в какое-нибудь приспособление, а затем, используя обе руки, наматывать витки с нужным усилием, чтобы обмотки получались более компактными.
Схема намотки статора с 9 зубами
Основная схема намотки приведена на картинке ниже.
Как можно объяснить этот эскиз в текстовом формате?
Существует простая форма записи для обозначения намотки:
Обычно статор мотается 3 проводами. Назовем их 'A', 'B' и 'С'. Если смотреть на статор сбоку, то намотка провода по часовой стрелке будет обозначена заглавной буквой, а намотка против часовой стрелки - маленькой.
Таким образом, на схеме намотки 9ти полюсного мотора мы должны мотать все зубья в одном направлении, один за другим что видно в текстовой схеме "ABCABCABC". Девять букв, по одной букве для каждого зуба.
Итак берем провод, оставляем около 10 см, и мотаем первый зуб по часовой стрелке. Затем перекидываем провод на 4й зуб и мотаем его. И в заключение мотаем 7й зуб. Потом вторым проводом мотаем зубья 2, 5 и 8. И в завершение третьим проводом мотаем 3, 6 и 9 зубья.
Итак возьмем наш моторчик, и удалим с него старый провод. Он был намотан проволокой 0.3мм. Количество витков на оригинале было 24.
Теперь отмотаем метр провода 0.4мм и попробуем намотать по приведенной выше схеме:
Переход с зуба на зуб я заизолировал термоусадкой.
Соединение проводов
Итак, у нас есть намотанный статор и из него торчит 6 проводов. Три провода из них - это начала обмоток, и 3 другие концы. Необходимо заранее маркировать провода.
Итак, у нас есть 6 концов, но только 3 из них подключаются к контроллеру скорости. Теперь, чтобы завершить перемотку необходимо выбрать схему подключения (базируясь на желаемом предназначении мотора).
Существует две конфигурации которыми можно соединить выводы статора:
Первая называется Звезда (Star или 'Y'), а вторая - Треугольник (Delta).
Каждая конфигурация предлагает немного разные свойства и влияет на мощность мотора. Однако, изготовители двигателей еще не решили, какая схема является лучшим вариантом.
Диаграммы ниже показывают электрические схемы для этих соединений.
После этих картинок, сразу понятно почему эти схемы так называются.
Как правило, соединение "Треугольник" выбирается, если вы хотите получить высоко оборотистый мотор и соединение "Звездой" используется для получения более низких оборотов двигателя и позволяет использовать большие винты.
Если рассмотреть соединение Треугольником и подать напряжение на два вывода, во всех обмотках потечет ток. Для демонстрации того как ток распределиться между обмотками, предположим, что сопротивление одной фазы равно 1 Ом. В этом случае, у нас есть фаза А в 1 Ом, соединенная в паралель с 2мя другими фазами B и С (B и С соединены последовательно) сопротивлением в 2 Ома. По закону Ома можно подсчитать, что 2/3 всего тока пойдут через фазу А и оставшаяся 1/3 пойдет через фазы B и C. Результирующее сопротивление которое увидит контроллер будет 0,66 Ом.
Если мы соединим выводы по схеме Звезда, то весь ток будет всегда идти через 2 фазы в любой момент времени.
Результирующее сопротивление для регулятора будет 2 Ома.
Если мы нагрузим мотор напряжением в 10В, то получим ток около 15А при соединении Треугольником и всего лишь 5А при соединении Звездой. Надо сказать, что соединение треугольником в данном случае дает большую мощность. Так-же, мы получим большие токи, но усилие для поворачивания большого винта может оказаться недостаточным. Можно подать на мотор большее напряжение и все же заставить этот винт крутиться, но возможно, что мотор от этого опять сгорит.
В качестве примера:
Предположим, что у нас есть мотор он винчестера, и мы хотим получить от него необходимую тягу для 72" Piper Cub самолета. Чтобы мотор мог выдерживать большие токи, будем использовать 0.6 мм провод. После непродолжительных мучений, стало понятно, что больше 10-11 витков намотать этим проводом не получается.
Сначала, я соединил его звездой (т.к. я хотел получить больший крутящий момент). На 3х банках LiPo, с нужным мне пропеллером, удалось получить ток всего в 10А. Мощности мотора было явно мало и хотелось получить больше.
Мотор был переконфигурирован под схему Треугольник, что дало больше мощности. Больше тяги для полета, но вместе с этим и достаточно высокие токи, чтобы спалить мотор.
Что же делать в этой ситуации?
Самый верный способ, это подбор батареи с нужным напряжением. Соединение Звездой может спокойно потянуть 4 банки лития и в этой конфигурации выдать требуемую тягу. Для соединения треугольником, наоборот - необходимо уменьшить количество банок батареи.
В результате обе конфигурации выдадут примерно одну и ту-же мощность. (как ни крути)
Обороты и напряжение (об/В)
От того как вы намотаете мотор будет зависеть с какой скоростью он будет крутиться и какую батарею вам придется использовать для получения нужной тяги.
Если взять мотор без винта и дать полный газ на, скажем, 6В, мотор будет крутить на своих максимальных оборотах.
Если измерить эти обороты и поделить их на напряжение батареи, мы получим характеристику называемую Обороты на Вольт (RPM per Volt). После того как мы узнали эту характеристику мы уже сможем сказать, как быстро мотор будет крутить на нужном нам напряжении.
Например, наш мотор крутит 8000 Оборотов на 6В. 8000 / 6 = 1333 Об/в
В этом случае с батареей на 10В мотор будет выдавать 13330 Оборотов.
Эта характеристика помогает нам понять, на что способен наш мотор, и подходит ли он для поставленной задачи. Если нам нужен мотор для импеллера, тогда необходимо чтобы мотор имел более высокие Об/В. Для 3D самолетов, необходимо вращать больший винт, и поэтому обычно используют моторы с более низким Об/В. Под нагрузкой количество оборотов естественно упадет.
Возвращаясь назад к схемам Треугольника и Звезды. Имеется зависимость между этими двумя схемами и расчетом характеристики Об/В. Если вы соединили мотор звездой и измерили его обороты, вы можете подсчитать какие Об/В получатся при использовании схемы Треугольник и наоборот.
