Як працює двигун BLDC: детальне пояснення принципів безщільних двигунів постійного струму

За останні два -три десятиліття, завдяки постійному прогресу електронних технологій та постійних матеріалів магнітів,BLDC Motorsперетворилися з нішевих двигунів на основні енергетичні рішення для різних галузей.BLDC Motorsшироко використовувались у додатках, включаючи побутові прилади, електроінструменти, електромобілі та обладнання промислової автоматизації завдяки їх високій ефективності, високій надійності та тривалому тривалості життя. Тим не менш, принципи роботи моторів BLDC досі не відомі багатьом людям. Ця стаття пояснить все, що вам потрібно, щоб зрозуміти принцип роботи моторів BLDC, щоб ви могли отримати більш детальний погляд на цю неймовірну інновацію в сучасній електротехніці.

Основна структура двигуна BLDC

Тепер, перш ніж потрапити в принцип роботи, ми повинні ознайомитись із його основною структурою:

СТАТОР: Фіксований всередині корпусу двигуна, він, як правило, складається з ламінованих сталевих листів, а котушки намотуються навколо нього, щоб створити кілька полюсів електромагніту.

Ротор: ротор зазвичай встановлюється на валу і містить постійні магніти. Мотори BLDC можна класифікувати на кілька різновидів на основі різних конфігурацій постійних магнітів.

Датчики залу: для визначення положення ротора та зворотного зв'язку до електронної системи управління.

Контролер: Електронна система управління, яка визначає терміни струму, який протікає через обмотки статора на основі зворотного зв'язку з датчиків залу або інших механізмів зворотного зв'язку.

Варто зазначити, що конструкція двигуна BLDC Outrunner є унікальною від внутрішньої структури ротора. Ротор знаходиться назовні, а статор всередині. Цей тип конструкції особливо поширений у програмах, які потребують високого крутного моменту, як у приводі гвинтів безпілотників.

Принципи електромагнетизму: основа роботи двигуна BLDC

Два основні принципи електромагнетизму визначають роботу двигуна BLDC:

Закон Ампера: Коли в магнітному полі перебуває диригент, що переносить, провідник буде підданий силі. Статор двигуна BLDC побудований із згорнутих мідних обмоток, і після того, як ці обмотки будуть напружені, вони створюють магнітне поле, яке взаємодіє між постійними магнітами ротора, щоб генерувати силу, яка забезпечує механічний рух для повороту ротора.

Закон Фарадея про електромагнітну індукцію: Електроморушна сила буде індукована в провіднику, коли він вирізає лінії магнітного поля або знаходиться в мінливому магнітному полі. Він широко використовується в без сенсорному керуванню, де положення ротора виявляється, відчуваючи задні електромоційні сили.

Ці принципи застосовуються в розробці промислових безщільницьких двигунів. Вони здійснюють це, тонко регулюючи струм, що протікає через обмотки статора, забезпечуючи сприятливу електромагнітну взаємодію з постійними магнітами ротора для досягнення високої ефективності та стабільності.

Процес комутації двигуна BLDC

Найважливіший робочий механізм двигуна BLDC називається електронною комутацією. Це найважливіший і ключовий фактор відмінності між безщільними двигунами та традиційними матовими двигунами.

Принцип комутації: комутація - це процес зміни напрямку поточного потоку щодо котушок двигуна, щоб існувати безперервна електромагнітна взаємодія між ротором і статором, що створює безперервний крутний момент.

Шестиетапна комутація: Традиційний метод управління двигунами BLDC ділить електричний цикл на шість кроків. На кожному кроці живляться два з трифазних вітрів, а одна фаза вимкнена.

Зворотній зв'язок з датчиком Холла: датчики залів виявляють положення постійних магнітів ротора, щоб контролер міг визначити, яка обмотка повинна бути заряджена та напрямком поточного.

Без сенсорного контролю: більш досконалий метод полягає у визначенні положення ротора шляхом моніторингу спини електромоційної сили на не енергоелектричній фазі, для реалізації цієї складної стратегії не потрібні датчики залів, що призводить до більшої надійності приводу.

Великі двигуни BLDC зазвичай приймають більш складні стратегії управління, такі як синусоїди або векторне управління, для досягнення більш плавного виходу крутного моменту та підвищення ефективності.

Роль контролера в моторній системі BLDC

Двигун BLDC не може працювати самостійно і його потрібно поєднувати зі спеціалізованим електронним контролером:

Драйвер двигуна: Зазвичай трифазний інвертор мосту на основі живлення MOSFET або IGBT, який перемикає шлях потоку відповідно до сигналу управління

Мікроконтролер: отримує сигнали від датчика положення, виконує алгоритми управління та генерує сигналів ШІМ для керування пристроями живлення.

Контроль із закритою петлею: забезпечує точне управління швидкістю або контроль положення на основі потреб програми.

Функція безпечного захисту: захист від надмірного потоку, захист від температури, захист від напруги тощо.

Застосування для моторних систем BLDC 48 В широко поширені в електричних велосипедах, невеликих електромобілях та деяких інших промислових програмах. Його контролер та схема поводження повинні мати справу з більш високими напругами та струмами і зазвичай мають більш складний набір функцій продуктивності та захисту.

Характеристики продуктивності та сценарії додатків моторів BLDC

Тепер давайте подивимось на їх переваги щодо ефективності після вивчення принципів роботи BLDC Motor Elerction:

Висока ефективність: Через відсутність втрат тертя від пензлів та комутаторів, їх ефективність, як правило, перевищує 85%, навіть вище 95% у деяких випадках.

Хороші характеристики швидкості швидкості: забезпечує широкий спектр виходу крутного моменту.

Більша тривалість життя: Без елементів механічного зносу тривалість життя лише в кінцевому підсумку обмежується підшипниками.

Поліпшення ефективності розсіювання тепла: прямий контакт між обмотками статора та корпусом двигуна для більш ефективного теплового розсіювання.

Низький шум та електромагнітні перешкоди: немає іскрів та шуму, що генеруються при комутації пензля.

Через свою спеціальну структуру двигун BLDC, що випускається, здатний забезпечити більш високий крутний момент на низьких швидкостях, що робить їх особливо придатними для систем прямого приводу, як, наприклад, безпілотники та вентилятори тощо. З перевагами стабільності та довговічності, безчесний двигун робить його вибором живлення в обладнанні автоматизації та точних інструментах.

Алгоритми управління моторами BLDC

Більш розроблена сучасна технологія управління BLDC перевершила цей простий шестиступеневий метод комутації:

Трапеція -контроль хвилі: Найосновніший метод управління - це трапецієподібна форма хвилі струму. Втілити просто, але створює крутні пульсації значної амплітуди.

Синусоїдальний контроль: керування двигуном синусоїдальним струмом, який може зменшити пульсацію крутного моменту і зробити запуск плавнішим.

Польовий контроль (FOC): Застосовуючи математичне перетворення, 3-фазний струм переводиться в систему координат оберту для управління, що призводить до оптимального контролю крутного моменту та енергоефективності.

Технологія синтезу датчиків: інтегрує декілька сигналів зворотного зв'язку (наприклад, датчики залів, кодерів та поточної вибірки) для кращої точності контролю та надійності.

Через проблеми з високою потужністю застосувань, таких як термічне управління, оптимізація ефективності та динамічна реакція, більш складні алгоритми управління, як правило, використовуються для великих двигунів BLDC.

Висновок: Принципи роботи та переваги моторів BLDC

BLDC MotorsТочно керувати струмом у обмотках статора через електронну систему управління та взаємодіяти з постійними магнітами ротора для досягнення ефективного перетворення електричної енергії в механічну енергію. Від невеликих споживчих електронних пристроїв до великого промислового обладнання, від низькольтажних застосувань до моторних систем BLDC 48 В, безчесних двигунів постійного струму, з їх високою ефективністю, високою надійністю та відмінними показниками контролю, сприяють технологічному прогресу та підвищенню енергоефективності в різних галузях. Завдяки безперервному розвитку технології електронного управління та постійних матеріалів магнітів, ми можемо передбачити, що мотори BLDC матимуть більш широку перспективу застосування та більш видатні показники.

Якщо ви зацікавлені в наших продуктах або маєте якісь питання, будь ласка, не соромтесяЗв’яжіться з намиІ ми відповімо вам протягом 24 годин.