Kako deluje motor BLDC: podrobna razlaga principov brezkrtačnih enosmernih motorjev

V zadnjih dveh do treh desetletjih zaradi nenehnega napredka elektronske tehnologije in trajnih magnetnih materialov,BLDC motorjipreoblikovali iz nišnih motorjev v glavne energetske rešitve za različne industrije.BLDC motorjiso se zaradi svoje visoke učinkovitosti, visoke zanesljivosti in dolge življenjske dobe pogosto uporabljali v aplikacijah, vključno z gospodinjskimi aparati, električnimi orodji, električnimi vozili in opremo za industrijsko avtomatizacijo. Vendar načela delovanja motorjev BLDC številnim posameznikom še vedno niso znana. Ta članek vam bo razložil vse, kar morate vedeti o principu delovanja motorjev BLDC, da boste lahko dobili podrobnejši vpogled v to neverjetno inovacijo v današnji elektrotehniki.

Osnovna struktura motorja BLDC

Preden se lotimo načela delovanja, se moramo seznaniti z njegovo osnovno strukturo:

Stator: pritrjen znotraj ohišja motorja je na splošno sestavljen iz laminiranih silikonskih jeklenih plošč, tuljave pa so navite okoli njega, da ustvarijo več elektromagnetnih polov.

Rotor: Rotor je običajno nameščen na gredi in vsebuje trajne magnete. BLDC motorje je mogoče razvrstiti v več različic glede na različne konfiguracije trajnih magnetov.

Hallovi senzorji: Za določanje položaja rotorja in povratne informacije elektronskemu krmilnemu sistemu.

Krmilnik: elektronski nadzorni sistem, ki določa časovno razporeditev toka, ki teče skozi statorska navitja na podlagi povratnih informacij Hallovih senzorjev ali drugih povratnih mehanizmov.

Treba je omeniti, da je struktura motorja outrunner BLDC edinstvena glede na strukturo notranjega rotorja. Rotor je zunaj, stator pa znotraj. Ta vrsta zasnove je še posebej razširjena v aplikacijah, ki zahtevajo visok navor, na primer pri pogonu propelerjev za drone.

Načela elektromagnetizma: temelj delovanja motorja BLDC

Dva osnovna principa elektromagnetizma določata delovanje motorja BLDC:

Amperov zakon: Ko je prevodnik, po katerem teče tok, v magnetnem polju, bo na prevodnik delovala sila. Stator motorja BLDC je sestavljen iz zvitih bakrenih navitij in po tem, ko so ta navitja pod napetostjo, ustvarijo magnetno polje, ki medsebojno deluje med trajnimi magneti rotorja, da ustvari silo, ki zagotavlja mehansko gibanje za vrtenje rotorja.

Faradayev zakon elektromagnetne indukcije: Elektromotorna sila se inducira v prevodniku, ko ta prereže silnice magnetnega polja ali je v spreminjajočem se magnetnem polju. Široko se uporablja pri krmiljenju brez senzorjev, kjer se položaj rotorja zazna z zaznavanjem povratnih elektromotornih sil.

Ta načela se uporabljajo pri načrtovanju industrijskih brezkrtačnih motorjev. To dosežejo s fino regulacijo toka, ki teče skozi navitja statorja, zagotavljajo ugodne elektromagnetne interakcije s trajnimi magneti rotorja, da dosežejo visoko učinkovitost in stabilnost.

Komutacijski proces motorja BLDC

Najpomembnejši delovni mehanizem v motorju BLDC se imenuje elektronska komutacija. Je najpomembnejši in ključni dejavnik razlikovanja med brezkrtačnimi motorji in tradicionalnimi krtačnimi motorji.

Načelo komutacije: Komutacija je postopek spreminjanja smeri toka toka glede na tuljave motorja, tako da lahko obstaja stalna elektromagnetna interakcija med rotorjem in statorjem, ki ustvarja stalen navor.

Šeststopenjska komutacija: tradicionalna krmilna metoda motorjev BLDC razdeli električni cikel na šest korakov. V vsakem koraku se napajata dve od trifaznih navitij, ena faza pa je izklopljena.

Povratne informacije Hallovega senzorja: Hallovi senzorji zaznavajo položaj trajnih magnetov rotorja, tako da krmilnik lahko določi, katero navitje je treba napajati in smer toka.

Krmiljenje brez senzorjev: Naprednejša metoda je določitev položaja rotorja s spremljanjem povratne elektromotorne sile v fazi brez napetosti, za izvajanje te kompleksne strategije niso potrebni Hallovi senzorji, kar ima za posledico večjo zanesljivost pogona.

Veliki motorji BLDC običajno sprejmejo bolj zapletene strategije krmiljenja, kot je sinusni pogon ali vektorsko krmiljenje, da dosežejo bolj gladek izhodni navor in večjo učinkovitost.

Vloga krmilnika v motornem sistemu BLDC

Motor BLDC ne more delovati sam in ga je treba kombinirati s posebnim elektronskim krmilnikom:

Gonilnik motorja: Običajno trifazni pretvornik na mostu, ki temelji na napajalnem MOSFET ali IGBT, ki preklaplja tokovno pot glede na krmilni signal

Mikrokrmilnik: sprejema signale iz senzorja položaja, izvaja krmilne algoritme in generira signale PWM za poganjanje napajalnih naprav.

Krmiljenje z zaprto zanko: zagotavlja natančen nadzor hitrosti ali nadzor položaja glede na potrebe aplikacije.

Funkcija varne zaščite: zaščita pred previsokim tokom, zaščita pred previsoko temperaturo, zaščita pred prenizko napetostjo itd.

Aplikacije za motorne sisteme 48 V BLDC so zelo razširjene v električnih kolesih, majhnih električnih vozilih in nekaterih drugih industrijskih aplikacijah. Njegov krmilnik in vezje za upravljanje se morata ukvarjati z višjimi napetostmi in tokovi ter imata običajno bolj zapleten nabor delovanja in zaščitnih funkcij.

Značilnosti delovanja in scenariji uporabe motorjev BLDC

Zdaj pa si oglejmo njihove prednosti glede zmogljivosti, potem ko smo se naučili principov delovanja motorja BLDC:

Visoka učinkovitost: Zaradi odsotnosti izgub zaradi trenja zaradi ščetk in komutatorjev je njihova učinkovitost običajno nad 85 %, v nekaterih primerih celo nad 95 %.

Dobre lastnosti hitrost-navor: Zagotavlja širok razpon izhodnega navora.

Daljša življenjska doba: Brez mehanskih obrabnih elementov je življenjska doba na koncu omejena samo z ležaji.

Izboljšana učinkovitost odvajanja toplote: neposreden stik med navitji statorja in ohišjem motorja za učinkovitejše odvajanje toplote.

Nizka raven hrupa in elektromagnetnih motenj: Ni isker in hrupa, ki nastanejo pri komutaciji ščetk.

Zaradi posebne zgradbe je motor Outrunner BLDC bolj sposoben zagotoviti višji navor pri nizkih vrtljajih, zaradi česar so še posebej primerni za sisteme z direktnim pogonom, kot so propelerji za drone in ventilatorji itd. Zaradi prednosti stabilnosti in vzdržljivosti je brezkrtačni motor primeren za napajanje v opremi za avtomatizacijo in preciznih instrumentih.

Krmilni algoritmi motorjev BLDC

Bolj razvita sodobna tehnologija krmiljenja BLDC je presegla to preprosto šeststopenjsko komutacijsko metodo:

Regulacija trapeznega vala: najbolj osnovna metoda regulacije je valovna oblika trapeznega toka. Preprosto ga je uporabiti v praksi, vendar povzroča valovanje navora znatne amplitude.

Sinusno krmiljenje: poganja motor s sinusnim tokom, kar lahko zmanjša valovanje navora motorja in naredi delovanje bolj gladko.

Polje usmerjeno krmiljenje (FOC): Z uporabo matematične transformacije se 3-fazni tok prevede v rotacijski koordinatni sistem za krmiljenje, kar vodi do optimalnega nadzora navora in energijske učinkovitosti.

Tehnologija fuzije senzorjev: integrira več povratnih signalov (npr. Hallove senzorje, kodirnike in vzorčenje toka) za boljšo natančnost in robustnost nadzora.

Zaradi izzivov pri aplikacijah z visoko močjo, kot so upravljanje toplote, optimizacija učinkovitosti in dinamični odziv, se za motorje Big BLDC običajno uporabljajo bolj sofisticirani algoritmi za krmiljenje.

Zaključek: Načela delovanja in prednosti motorjev BLDC

BLDC motorjinatančno nadzorujejo tok v statorskih navitjih prek elektronskega nadzornega sistema in sodelujejo s trajnimi magneti rotorja, da dosežejo učinkovito pretvorbo električne energije v mehansko. Od majhnih potrošniških elektronskih naprav do velike industrijske opreme, od nizkonapetostnih aplikacij do 48 V BLDC motornih sistemov, brezkrtačni enosmerni motorji s svojo visoko učinkovitostjo, visoko zanesljivostjo in odlično zmogljivostjo nadzora spodbujajo tehnološki napredek in izboljšanje energetske učinkovitosti v različnih panogah. Z nenehnim razvojem elektronske krmilne tehnologije in materialov s trajnimi magneti lahko predvidevamo, da bodo imeli motorji BLDC širše možnosti uporabe in boljšo zmogljivost.

Če vas zanimajo naši izdelki ali imate kakršna koli vprašanja, vas prosimo, da nam jih pošljetekontaktirajte nasin odgovorili vam bomo v 24 urah.