Kuinka BLDC-moottori toimii: Yksityiskohtainen selitys harjattomien tasavirtamoottoreiden periaatteista

Viimeisten kahden tai kolmen vuosikymmenen aikana elektroniikkatekniikan ja kestomagneettimateriaalien jatkuvan kehityksen ansiostaBLDC moottoritovat muuttuneet niche-moottoreista valtavirran tehoratkaisuiksi eri toimialoilla.BLDC moottoritNiitä on käytetty laajalti sovelluksissa, mukaan lukien kodinkoneet, sähkötyökalut, sähköajoneuvot ja teollisuusautomaatiolaitteet niiden korkean hyötysuhteen, korkean luotettavuuden ja pitkän käyttöiän ansiosta. Silti monet ihmiset eivät vieläkään tunne BLDC-moottoreiden toimintaperiaatteita. Tämä artikkeli selittää mitä sinun tulee ymmärtää BLDC-moottoreiden toimintaperiaatteesta, jotta saat yksityiskohtaisemman kuvan tästä uskomattomasta innovaatiosta nykyajan sähkötekniikassa.

BLDC-moottorin perusrakenne

Nyt, ennen kuin siirrymme toimintaperiaatteeseen, meidän tulisi tutustua sen perusrakenteeseen:

Staattori: Kiinnitetty moottorin koteloon, se koostuu yleensä laminoiduista piiteräslevyistä, ja sen ympärille on kierretty keloja useiden sähkömagneettinapojen luomiseksi.

Roottori: Roottori on yleensä asennettu akselille ja sisältää kestomagneetteja. BLDC-moottorit voidaan luokitella useisiin lajikkeisiin kestomagneettien eri kokoonpanojen perusteella.

Hall-anturit: Roottorin asennon ja elektronisen ohjausjärjestelmän takaisinkytkennän määrittämiseen.

Ohjain: Elektroninen ohjausjärjestelmä, joka määrittää staattorin käämien läpi kulkevan virran ajoituksen Hall-antureiden tai muiden takaisinkytkentämekanismien palautteen perusteella.

On syytä huomata, että ulkopuolisen BLDC-moottorin rakenne on ainutlaatuinen sisäroottorirakenteeseen verrattuna. Roottori on ulkopuolella ja staattori sisällä. Tämän tyyppinen muotoilu on erityisen yleistä sovelluksissa, jotka vaativat suurta vääntömomenttia, kuten drone-potkurien ohjauksessa.

Sähkömagnetismin periaatteet: BLDC-moottorin toiminnan perusta

Kaksi sähkömagnetismin perusperiaatetta määräävät BLDC-moottorin toiminnan:

Ampeerin laki: Kun virtaa kuljettava johdin on magneettikentässä, johtimeen kohdistuu voima. BLDC-moottorin staattori on rakennettu kierretyistä kuparikäämeistä, ja kun nämä käämit ovat jännitteisiä, ne luovat magneettikentän, joka vuorovaikuttaa roottorin kestomagneettien välillä ja muodostaa voiman, joka antaa roottorille mekaanisen liikkeen.

Faradayn sähkömagneettisen induktion laki: Johtimeen indusoituu sähkömotorinen voima, kun se leikkaa magneettikenttäviivoja tai on muuttuvassa magneettikentässä. Sitä käytetään laajalti anturittomassa ohjauksessa, jossa roottorin asento havaitaan tunnistamalla takaosan sähkömotoriset voimat.

Näitä periaatteita sovelletaan teollisuusharjattomien moottoreiden suunnittelussa. Ne saavuttavat tämän hienosäätämällä staattorikäämien läpi kulkevaa virtaa, mikä varmistaa suotuisan sähkömagneettisen vuorovaikutuksen roottorin kestomagneettien kanssa korkean hyötysuhteen ja vakauden saavuttamiseksi.

BLDC-moottorin kommutointiprosessi

BLDC-moottorin tärkein toimintamekanismi on nimeltään elektroninen kommutointi. Se on tärkein ja avaintekijä harjattomien moottoreiden ja perinteisten harjattujen moottoreiden välillä.

Kommutoinnin periaate: Kommutointi on prosessi, jossa virran suuntaa muutetaan moottorin kelojen suhteen siten, että roottorin ja staattorin välillä voi olla jatkuva sähkömagneettinen vuorovaikutus, joka luo jatkuvan vääntömomentin.

Kuusivaiheinen kommutointi: BLDC-moottoreiden perinteinen ohjausmenetelmä jakaa sähköjakson kuuteen vaiheeseen. Jokaisessa vaiheessa kaksi kolmivaihekäämeistä saa virtaa, kun taas yksi vaihe on pois päältä.

Hall-anturin palaute: Hall-anturit havaitsevat roottorin kestomagneettien asennon, jotta säädin voi määrittää, mihin käämiin tulee vetää ja virran suunta.

Anturiton ohjaus: Edistyksellisempi menetelmä on määrittää roottorin asento tarkkailemalla takasähkömotorista voimaa jännitteettömässä vaiheessa. Hall-antureita ei tarvita tämän monimutkaisen strategian toteuttamiseen, mikä parantaa käytön luotettavuutta.

Suuret BLDC-moottorit käyttävät yleensä monimutkaisempia ohjausstrategioita, kuten siniaaltokäyttöä tai vektoriohjausta tasaisemman vääntömomentin ja paremman hyötysuhteen saavuttamiseksi.

Ohjaimen rooli BLDC-moottorijärjestelmässä

BLDC-moottori ei voi toimia yksinään, ja se on yhdistettävä erikoistuneen elektronisen ohjaimen kanssa:

Moottoriohjain: Yleensä kolmivaiheinen siltainvertteri, joka perustuu tehoon MOSFET tai IGBT ja joka vaihtaa virtapolun ohjaussignaalin mukaan

Mikro-ohjain: vastaanottaa signaaleja paikkaanturista, suorittaa ohjausalgoritmeja ja luo PWM-signaaleja teholaitteiden ohjaamiseksi.

Suljetun silmukan ohjaus: Tarjoaa tarkan nopeuden tai sijainnin ohjauksen sovellustarpeiden mukaan.

Turvallinen suojatoiminto: ylivirtasuoja, ylikuumenemissuoja, alijännitesuoja jne.

48 V BLDC -moottorijärjestelmien sovellukset ovat yleisiä sähköpyörissä, pienissä sähköajoneuvoissa ja joissakin muissa teollisissa sovelluksissa. Sen ohjaimen ja käsittelypiirien on kestettävä suurempia jännitteitä ja virtoja, ja niillä on yleensä monimutkaisempi joukko suorituskyky- ja suojatoimintoja.

BLDC-moottorien suorituskykyominaisuudet ja sovellusskenaariot

Katsotaanpa nyt niiden suorituskykyetuja BLDC-moottorin toimintaperiaatteiden oppimisen jälkeen:

Korkea hyötysuhde: Koska harjojen ja kommutaattorien kitkahäviöt puuttuvat, niiden hyötysuhde on tyypillisesti yli 85 %, joissakin tapauksissa jopa yli 95 %.

Hyvät nopeus-vääntömomenttiominaisuudet: Tarjoaa laajan vääntömomentin.

Pidempi käyttöikä: Ilman mekaanisia kuluvia elementtejä käyttöikää rajoittavat viime kädessä vain laakerit.

Parempi lämmönpoistotehokkuus: Suora kosketus staattorin käämien ja moottorin kotelon välillä tehostaa lämmönpoistoa.

Matala kohina ja sähkömagneettiset häiriöt: Harjakommutaatio ei aiheuta kipinöitä tai kohinaa.

Erikoisrakenteensa ansiosta ulompi BLDC-moottori pystyy tuottamaan suuremman vääntömomentin alhaisilla nopeuksilla, mikä tekee niistä erityisen sopivia suoravetojärjestelmiin, kuten drone-potkurit ja tuulettimet jne. Vakauden ja kestävyyden ansiosta harjaton moottori tekee siitä virransyöttövaihtoehdon automaatiolaitteisiin ja tarkkuusinstrumentteihin.

BLDC-moottoreiden ohjausalgoritmit

Kehittynyt moderni BLDC-ohjaustekniikka on ohittanut tämän yksinkertaisen kuusivaiheisen kommutointimenetelmän:

Puolisuunnikkaan aallon ohjaus: Yleisin ohjausmenetelmä on puolisuunnikkaan muotoinen virran aaltomuoto. Se on helppo ottaa käyttöön, mutta se tuottaa huomattavan amplitudin vääntömomentin aaltoilua.

Sinimuotoinen ohjaus: moottorin käyttö sinivirralla, mikä voi vähentää moottorin vääntömomentin aaltoilua ja tehdä käyntistä tasaisemman.

Kenttäsuuntautunut ohjaus (FOC): Käyttämällä matemaattista muunnosa 3-vaihevirta muunnetaan pyöriväksi koordinaattijärjestelmäksi ohjaamista varten, mikä johtaa optimaaliseen vääntömomentin hallintaan ja energiatehokkuuteen.

Sensorin fuusioteknologia: Integroi useita palautesignaaleja (esim. Hall-anturit, kooderit ja virran näytteenotto) parantaakseen ohjaustarkkuutta ja kestävyyttä.

Suuritehoisten sovellusten haasteiden, kuten lämmönhallinnan, tehokkuuden optimoinnin ja dynaamisen vasteen, vuoksi Big BLDC -moottoreissa käytetään tyypillisesti kehittyneempiä ohjausalgoritmeja.

Johtopäätös: BLDC-moottorien toimintaperiaatteet ja edut

BLDC moottoritohjaa tarkasti staattorin käämien virtaa elektronisen ohjausjärjestelmän avulla ja vuorovaikutuksessa roottorin kestomagneettien kanssa saavuttaakseen tehokkaan sähköenergian muuntamisen mekaaniseksi energiaksi. Pienistä kulutuselektroniikkalaitteista suuriin teollisuuslaitteisiin, pienjännitesovelluksista 48 V:n BLDC-moottorijärjestelmiin, harjattomat DC-moottorit korkean hyötysuhteen, korkean luotettavuuden ja erinomaisen ohjaussuorituskyvyn ansiosta edistävät teknistä kehitystä ja energiatehokkuuden parantamista eri teollisuudenaloilla. Elektronisen ohjaustekniikan ja kestomagneettimateriaalien jatkuvan kehityksen myötä voimme ennakoida, että BLDC-moottoreilla on laajempi käyttömahdollisuus ja erinomainen suorituskyky.

Jos olet kiinnostunut tuotteistamme tai sinulla on kysyttävää, ota rohkeasti yhteyttäota meihin yhteyttäja vastaamme sinulle 24 tunnin kuluessa.