רן ענבר
03-11-2012, 20:15:00
מנועים חשמליים: הכרה, תאור, תכונות וכל השאר
עם התפתחות מנועי הבראשלס וסוללות הליפו החל החלק החשמלי של התחביב לצבור תאוצה רבה. כיום ניתן לומר בסיפוק כי מערכות החשמל עוד לא אמרו את מילתן האחרונה.
מטרת מדריך זה היא להסביר בצורה פשוטה מושגי יסוד מעולם המנועים החשמליים, אופן פעולתם וסוגיהם השונים תוך דגש על סוגי המנועים המצויים בתחביב והתעלמות מהסוגים הנוספים.
כללי
מנוע חשמלי הוא מכונה, הממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכאנית.
מנוע חשמלי מבוסס על עיקרון האלקטרומגנטיות, המאפשר יצירת שדה מגנטי על ידי העברת זרם חשמלי דרך סליל.
מבנה עקרוני: מנוע מברשות Brushed
http://www.efly.co.il/forums/attachment.php?attachmentid=132027&stc=1
רוטור/עוגן: ציר המנוע,החלק המסתובב עליו מורכבים מוליכים המלופפים על גבי הקטבים.
סליל/קוטב: מוליך חשמלי המלופף ע"ג מתכת היוצר אלקטרומגנט. הקטבים מחוברים לציר המנוע.
רוב המנועים הינם בעלי 3 קטבים [אך ישנם גם מנועים בעלי יותר קטבים].
מגנטים: שני מגנטים קבועים ממוקמים ע"ג מעטפת המנוע במצב בו קוטביות המגנטים הפוכה.
חלק זה של המנוע נקרא גם stator [גלגל מכוון?].
מחלף Commutator: מגעים ע"ג הרוטור אשר תפקידם הוא לשנות את הזרם לסלילים [אלקטרומגנט] במטרה ליצור קוטביות הפוכה למגנטים הקבועים.
מברשות Brushes: מגעים חשמליים בתוך המנוע אשר מחוברים למקור המתח ותפקידם הוא להעביר את המתח בצורה נקודתית למחלף [בחלק מהמנועים בשוק את תפקיד המברשות מבצעים פחמים].
מארז: תפקידו להכיל את המנוע ולהגן על הרכיבים העדינים ממכה/לכלוך ושאר מזיקים.
מגעים: כשמם כן הם מגעים חשמליים המקשרים בין המברשות לבקר המהירות.
לפני שנראה כיצד פועל מנוע חשמלי עלינו להבין מספר עובדות פשוטות:
מגנט: הינו חפץ בעל השראה אלקטרומגנטית. השראה זו הינה בעלת קטבים [כיוונים] קוטב אחד נקרא "צפון" [N] והשני "דרום" [S] .
קטבים מנוגדים של שני מגנטים מושכים זה את זה ואילו קטבים זהים דוחים זה את זה.
אלקטרו מגנט: הוא סוג של מגנט בו ההשראה האלקטרו מגנטית נוצרת ע"י הזרמת חשמל במוליך נחושת המלופף ע"ג ליבת מתכת [בדרך כלל ברזל].
השראה אלקטרו מגנטית הנוצרת ע"י אלקטרו מגנט מתפוגגת עם ניתוק מקור המתח.
אופן פעולת מנוע בראש.
מנוע בראש מבוסס על שלושה מרכיבים עיקריים:
1.מגנט קבוע [היקפי] X 2 [או יותר]
2.אלקטרו מגנט [פנימי] X 2 + 2 מגעים ע"ג ציר המנוע הנקראים "מחלף".
3.מברשות.
תמונה א': סימנים זהים דוחים זה את זה: הסליל הכחול ממוגנט כקוטב צפוני , ולכן נדחה על ידי המגנט ה"צפוני" [N] הסליל הורוד ממוגנט כקוטב דרומי ולכן נדחה על ידי הקוטב הדרומי [S] הדחייה גורמת לרוטור להסתובב בכיוון השעון.
תמונה ב': הסליל הכחול עדיין נדחה על ידי המגנט הכחול (הצפוני) אך גם נמשך על ידי המגנט הורוד (הדרומי). היפוכו של דבר בסליל הורוד. כאן גם ניתן לראות את החיבור של המנוע למקור החשמל (מסומן ב "+" ו "-") ואת צורת אספקת הזרם לסלילי הרוטור על ידי "מברשות" גמישות המעבירות את הזרם לסלילים (דרך שני קטבים על הרוטור, שיש רווח ביניהם).
תמונה ג': הסלילים קרובים אל הקטבים ההפוכים להם במגנטיות וכוחות המשיכה מגיעים לשיאם, כך שלכאורה המנוע צריך לעצור בנקודה זו, אלא שאז מתחלפים כיווני אספקת החשמל ע"י כך שהמברשות עוברות ממגעו של אלקטרו מגנט אחד למשנהו, הסליל הכחול הופך להיות ממוגנט כדרומי והורוד כצפוני, וכוחות המשיכה מתחלפים בכוחות דחייה.
http://www.efly.co.il/forums/attachment.php?attachmentid=132028&stc=1
חסרונות מנועי בראש:
* למברשות בלאי גבוה.
* יש לנקות את המברשות מעת לעת.
* המברשות יוצרות חיכוך המאט את המנוע ומקטין את יעילותו ואת ניצול האנרגיה מהסוללה.
מבנה עקרוני: מנוע בראשלס Brushless
http://up197.siz.co.il/up3/wyiy1jzti2bo.png
איך עובד מנוע בראשלס?:
מנוע בראשלס עובד על אותם עקרונות כמו מנוע בעל מברשות, קרי קיום דחייה ומשיכה בין קטבים זהים ושונים של מגנט ואלקטרומגנט במנוע. אולם במנוע בראשלס המגנט מסתובב עם הרוטור בעוד שהסלילים היוצרים את האלקטרומגנטים קבועים.
מאחר והסלילים קבועים אין צורך במברשות שיעבירו מתח חשמלי ויהפכו את הקוטביות תוך כדי הסיבוב. את שינוי הקוטביות של האלקטרו מגנטים מבצע הבקר האלקטרוני.
חשוב לציין כי בקר המהירות של מנוע בראש ובקר המהירות ששל מנוע בראשלס אינם עובדים באותו אופן על אף כי יש בקרים אשר יכולים לשמש לשני סוגי המנועי [אולי בעתיד אעלה סקירה גם על סוגי בקרים].
הדרך הבטוחה ביותר להבדיל בין המנועים היא לספור את מוליכי החשמל. למנוע בראש יש 2 מוליכים בעוד שלמנוע בראשלס יש 3 מוליכים.למי שתהה למה יש 3 מוליכים: החוט השלישי משמש כמשותף לשני המוליכים האחרים. החלפה בין שני המוליכים פשוט תהפוך את כיוון סיבוב המנוע.
יתרונות מנוע בראשלס:
* אין בלאי הנובע מהמברשות.
* אין צורך בניקוי תקופתי [אלא אם באמת מתחשק לכם]
* אין חיכוך מהברשות המאט את המנוע וכתוצאה מכך גדל משתפרים ביצועי הסוללה וכוח המנוע.
* יחס כוח משקל גבוה.
סוגי מנועי בראשלס:
קיימים שני סוגים עקרוניים של מנועי בראשלס.
פנימי INRUNNER:
המגנט הקבוע ממוקם בחלקו הפנימי של המנוע בעוד שהסליל אלקטרומגנט המשנה את קוטביותו מצוי בהיקף. מנועים אלו נפוצים מאוד במכוניות שלט ומזכירים בצורתם החיצונית את מנועי הבראשד [למעט 3 המוליכים הנכנסים אליהם]
למנועים אלו סל"ד גבוה ומעט כוח באופן יחסי לחיצוניים ולכן מצריכים שימוש בגיר.
למנועים הפנימיים יעילות יחסית טובה [ניצול אנרגיה] אך מיצרים רעש רב יותר מהחיצוניים.
http://up197.siz.co.il/up3/ijnnrmrznnzk.jpg
חיצוני OUTRUNNER:
במנוע זה ממוקמים המגנטים הקבועים בהיקף המארז ואילו סליל האלקטרומגנט ממוקם בחלקו הפנימי של המנוע. יש לשים לב כי החלל בו מצויים האלקטרו מגנטים אינו מסתובב וכי בפועל תושבת המנוע מתחברת למרכז המנוע בעוד ההיקף [המגנטים הקבועים] מסתובב. ניתן למצוא מנועים אלו בטיסנים ,מאווררים שונים ופחות במכוניות על שלט.
למנועים אלו סל"ד נמוך וכוח רב ביחס למנועים פנימיים, אך הינם יעילים פחות בניצול האנרגיה ומתאפיינים בפעולה שקטה וחלקה יחסית.
http://up198.siz.co.il/up3/ijdzcytonr2k.png
לצורך כתיבת מדריך זה סוכם מידע ממספר מקורות:
א. ויקיפדיה
ב.
http://www.hooked-on-rc-airplanes.co...rc-motors.html (http://www.hooked-on-rc-airplanes.com/brushless-rc-motors.html)
ג. תמונות שונות מרחבי האינטרנט.
לציין כי בכל הזדמנות שאני רוצה לדעת כיצד באמת משהוא עובד אני משתדל לקרוא,לסכם ולערוך במטרה כי המידע יועיל לעוד מישהוא חוץ ממני
לשימושכם המועיל.
רן ענבר
עם התפתחות מנועי הבראשלס וסוללות הליפו החל החלק החשמלי של התחביב לצבור תאוצה רבה. כיום ניתן לומר בסיפוק כי מערכות החשמל עוד לא אמרו את מילתן האחרונה.
מטרת מדריך זה היא להסביר בצורה פשוטה מושגי יסוד מעולם המנועים החשמליים, אופן פעולתם וסוגיהם השונים תוך דגש על סוגי המנועים המצויים בתחביב והתעלמות מהסוגים הנוספים.
כללי
מנוע חשמלי הוא מכונה, הממירה אנרגיה חשמלית לאנרגיה מכאנית.
מנוע חשמלי מבוסס על עיקרון האלקטרומגנטיות, המאפשר יצירת שדה מגנטי על ידי העברת זרם חשמלי דרך סליל.
מבנה עקרוני: מנוע מברשות Brushed
http://www.efly.co.il/forums/attachment.php?attachmentid=132027&stc=1
רוטור/עוגן: ציר המנוע,החלק המסתובב עליו מורכבים מוליכים המלופפים על גבי הקטבים.
סליל/קוטב: מוליך חשמלי המלופף ע"ג מתכת היוצר אלקטרומגנט. הקטבים מחוברים לציר המנוע.
רוב המנועים הינם בעלי 3 קטבים [אך ישנם גם מנועים בעלי יותר קטבים].
מגנטים: שני מגנטים קבועים ממוקמים ע"ג מעטפת המנוע במצב בו קוטביות המגנטים הפוכה.
חלק זה של המנוע נקרא גם stator [גלגל מכוון?].
מחלף Commutator: מגעים ע"ג הרוטור אשר תפקידם הוא לשנות את הזרם לסלילים [אלקטרומגנט] במטרה ליצור קוטביות הפוכה למגנטים הקבועים.
מברשות Brushes: מגעים חשמליים בתוך המנוע אשר מחוברים למקור המתח ותפקידם הוא להעביר את המתח בצורה נקודתית למחלף [בחלק מהמנועים בשוק את תפקיד המברשות מבצעים פחמים].
מארז: תפקידו להכיל את המנוע ולהגן על הרכיבים העדינים ממכה/לכלוך ושאר מזיקים.
מגעים: כשמם כן הם מגעים חשמליים המקשרים בין המברשות לבקר המהירות.
לפני שנראה כיצד פועל מנוע חשמלי עלינו להבין מספר עובדות פשוטות:
מגנט: הינו חפץ בעל השראה אלקטרומגנטית. השראה זו הינה בעלת קטבים [כיוונים] קוטב אחד נקרא "צפון" [N] והשני "דרום" [S] .
קטבים מנוגדים של שני מגנטים מושכים זה את זה ואילו קטבים זהים דוחים זה את זה.
אלקטרו מגנט: הוא סוג של מגנט בו ההשראה האלקטרו מגנטית נוצרת ע"י הזרמת חשמל במוליך נחושת המלופף ע"ג ליבת מתכת [בדרך כלל ברזל].
השראה אלקטרו מגנטית הנוצרת ע"י אלקטרו מגנט מתפוגגת עם ניתוק מקור המתח.
אופן פעולת מנוע בראש.
מנוע בראש מבוסס על שלושה מרכיבים עיקריים:
1.מגנט קבוע [היקפי] X 2 [או יותר]
2.אלקטרו מגנט [פנימי] X 2 + 2 מגעים ע"ג ציר המנוע הנקראים "מחלף".
3.מברשות.
תמונה א': סימנים זהים דוחים זה את זה: הסליל הכחול ממוגנט כקוטב צפוני , ולכן נדחה על ידי המגנט ה"צפוני" [N] הסליל הורוד ממוגנט כקוטב דרומי ולכן נדחה על ידי הקוטב הדרומי [S] הדחייה גורמת לרוטור להסתובב בכיוון השעון.
תמונה ב': הסליל הכחול עדיין נדחה על ידי המגנט הכחול (הצפוני) אך גם נמשך על ידי המגנט הורוד (הדרומי). היפוכו של דבר בסליל הורוד. כאן גם ניתן לראות את החיבור של המנוע למקור החשמל (מסומן ב "+" ו "-") ואת צורת אספקת הזרם לסלילי הרוטור על ידי "מברשות" גמישות המעבירות את הזרם לסלילים (דרך שני קטבים על הרוטור, שיש רווח ביניהם).
תמונה ג': הסלילים קרובים אל הקטבים ההפוכים להם במגנטיות וכוחות המשיכה מגיעים לשיאם, כך שלכאורה המנוע צריך לעצור בנקודה זו, אלא שאז מתחלפים כיווני אספקת החשמל ע"י כך שהמברשות עוברות ממגעו של אלקטרו מגנט אחד למשנהו, הסליל הכחול הופך להיות ממוגנט כדרומי והורוד כצפוני, וכוחות המשיכה מתחלפים בכוחות דחייה.
http://www.efly.co.il/forums/attachment.php?attachmentid=132028&stc=1
חסרונות מנועי בראש:
* למברשות בלאי גבוה.
* יש לנקות את המברשות מעת לעת.
* המברשות יוצרות חיכוך המאט את המנוע ומקטין את יעילותו ואת ניצול האנרגיה מהסוללה.
מבנה עקרוני: מנוע בראשלס Brushless
http://up197.siz.co.il/up3/wyiy1jzti2bo.png
איך עובד מנוע בראשלס?:
מנוע בראשלס עובד על אותם עקרונות כמו מנוע בעל מברשות, קרי קיום דחייה ומשיכה בין קטבים זהים ושונים של מגנט ואלקטרומגנט במנוע. אולם במנוע בראשלס המגנט מסתובב עם הרוטור בעוד שהסלילים היוצרים את האלקטרומגנטים קבועים.
מאחר והסלילים קבועים אין צורך במברשות שיעבירו מתח חשמלי ויהפכו את הקוטביות תוך כדי הסיבוב. את שינוי הקוטביות של האלקטרו מגנטים מבצע הבקר האלקטרוני.
חשוב לציין כי בקר המהירות של מנוע בראש ובקר המהירות ששל מנוע בראשלס אינם עובדים באותו אופן על אף כי יש בקרים אשר יכולים לשמש לשני סוגי המנועי [אולי בעתיד אעלה סקירה גם על סוגי בקרים].
הדרך הבטוחה ביותר להבדיל בין המנועים היא לספור את מוליכי החשמל. למנוע בראש יש 2 מוליכים בעוד שלמנוע בראשלס יש 3 מוליכים.למי שתהה למה יש 3 מוליכים: החוט השלישי משמש כמשותף לשני המוליכים האחרים. החלפה בין שני המוליכים פשוט תהפוך את כיוון סיבוב המנוע.
יתרונות מנוע בראשלס:
* אין בלאי הנובע מהמברשות.
* אין צורך בניקוי תקופתי [אלא אם באמת מתחשק לכם]
* אין חיכוך מהברשות המאט את המנוע וכתוצאה מכך גדל משתפרים ביצועי הסוללה וכוח המנוע.
* יחס כוח משקל גבוה.
סוגי מנועי בראשלס:
קיימים שני סוגים עקרוניים של מנועי בראשלס.
פנימי INRUNNER:
המגנט הקבוע ממוקם בחלקו הפנימי של המנוע בעוד שהסליל אלקטרומגנט המשנה את קוטביותו מצוי בהיקף. מנועים אלו נפוצים מאוד במכוניות שלט ומזכירים בצורתם החיצונית את מנועי הבראשד [למעט 3 המוליכים הנכנסים אליהם]
למנועים אלו סל"ד גבוה ומעט כוח באופן יחסי לחיצוניים ולכן מצריכים שימוש בגיר.
למנועים הפנימיים יעילות יחסית טובה [ניצול אנרגיה] אך מיצרים רעש רב יותר מהחיצוניים.
http://up197.siz.co.il/up3/ijnnrmrznnzk.jpg
חיצוני OUTRUNNER:
במנוע זה ממוקמים המגנטים הקבועים בהיקף המארז ואילו סליל האלקטרומגנט ממוקם בחלקו הפנימי של המנוע. יש לשים לב כי החלל בו מצויים האלקטרו מגנטים אינו מסתובב וכי בפועל תושבת המנוע מתחברת למרכז המנוע בעוד ההיקף [המגנטים הקבועים] מסתובב. ניתן למצוא מנועים אלו בטיסנים ,מאווררים שונים ופחות במכוניות על שלט.
למנועים אלו סל"ד נמוך וכוח רב ביחס למנועים פנימיים, אך הינם יעילים פחות בניצול האנרגיה ומתאפיינים בפעולה שקטה וחלקה יחסית.
http://up198.siz.co.il/up3/ijdzcytonr2k.png
לצורך כתיבת מדריך זה סוכם מידע ממספר מקורות:
א. ויקיפדיה
ב.
http://www.hooked-on-rc-airplanes.co...rc-motors.html (http://www.hooked-on-rc-airplanes.com/brushless-rc-motors.html)
ג. תמונות שונות מרחבי האינטרנט.
לציין כי בכל הזדמנות שאני רוצה לדעת כיצד באמת משהוא עובד אני משתדל לקרוא,לסכם ולערוך במטרה כי המידע יועיל לעוד מישהוא חוץ ממני
לשימושכם המועיל.
רן ענבר