Kuidas BLDC mootor töötab: harjadeta alalisvoolumootorite põhimõtete üksikasjalik selgitus

Viimase kahe kuni kolme aastakümne jooksul tänu elektroonilise tehnoloogia ja püsimagnetmaterjalide pidevale arengule,BLDC mootoridon muutunud nišimootoritest erinevate tööstusharude peavoolulahendusteks.BLDC mootoridon laialdaselt kasutatud rakendustes, sealhulgas kodumasinates, elektrilistes tööriistades, elektrisõidukites ja tööstusautomaatikaseadmetes tänu nende suurele tõhususele, suurele töökindlusele ja pikale elueale. BLDC mootorite tööpõhimõtted pole aga paljudele inimestele veel teada. See artikkel selgitab kõike, mida peate BLDC mootorite tööpõhimõtte kohta teadma, et saaksite üksikasjalikuma ülevaate sellest uskumatust uuendusest tänapäeva elektritehnikas.

BLDC mootori põhistruktuur

Nüüd, enne tööpõhimõtte juurde asumist, peaksime tutvuma selle põhistruktuuriga:

Staator: Mootori korpuse sisse kinnitatud, see koosneb tavaliselt lamineeritud räniterasest lehtedest ja selle ümber on keritud mähised, et luua mitu elektromagneti poolust.

Rootor: Rootor on tavaliselt paigaldatud võllile ja sisaldab püsimagneteid. BLDC mootoreid saab püsimagnetite erinevate konfiguratsioonide alusel liigitada mitmesse sorti.

Halli andurid: Rootori asendi ja tagasiside määramiseks elektroonilisele juhtimissüsteemile.

Kontroller: elektrooniline juhtimissüsteem, mis määrab Halli anduritelt või muudelt tagasisidemehhanismidelt saadava tagasiside põhjal staatori mähiste kaudu voolava voolu ajastuse.

Väärib märkimist, et välimine BLDC mootoristruktuur on sisemise rootori struktuuriga ainulaadne. Rootor on väljas ja staator on sees. Seda tüüpi konstruktsioon on eriti levinud rakendustes, mis nõuavad suurt pöördemomenti, näiteks droonipropellerite käitamisel.

Elektromagnetismi põhimõtted: BLDC mootori töö alus

BLDC mootori töö määravad kaks elektromagnetismi põhiprintsiipi:

Ampere'i seadus: kui voolu kandev juht on magnetväljas, mõjub juht sellele jõule. BLDC mootori staator on valmistatud mähitud vaskmähistest ja pärast nende mähiste pingestamist loovad need magnetvälja, mis interakteerub rootori püsimagnetite vahel, et tekitada jõud, mis tagab rootori pöörlemiseks mehaanilise liikumise.

Faraday elektromagnetilise induktsiooni seadus: juhis indutseeritakse elektromotoorjõud, kui see lõikab magnetvälja jooni või on muutuvas magnetväljas. Seda kasutatakse laialdaselt anduriteta juhtimises, kus rootori asend tuvastatakse tagumise elektromotoorjõudude tuvastamise teel.

Neid põhimõtteid rakendatakse tööstuslike harjadeta mootorite projekteerimisel. Nad saavutavad selle staatori mähiste kaudu voolava voolu peenreguleerimisega, tagades soodsad elektromagnetilised vastasmõjud rootori püsimagnetitega, et saavutada kõrge efektiivsus ja stabiilsus.

BLDC mootori kommutatsiooniprotsess

BLDC mootori kõige olulisemat töömehhanismi nimetatakse elektrooniliseks kommutatsiooniks. See on harjadeta mootorite ja traditsiooniliste harjaga mootorite vahel kõige olulisem ja peamine eristav tegur.

Kommutatsiooni põhimõte: Kommutatsioon on protsess, mille käigus muudetakse voolu voolu suunda seoses mootori poolidega, et rootori ja staatori vahel oleks pidev elektromagnetiline interaktsioon, mis tekitab pideva pöördemomendi.

Kuueastmeline kommutatsioon: BLDC mootorite traditsiooniline juhtimismeetod jagab elektritsükli kuueks etapiks. Igal etapil on kahe kolmefaasilise mähise toide, samas kui üks faas on välja lülitatud.

Halli anduri tagasiside: Halli andurid tuvastavad rootori püsimagnetite asukoha, nii et kontroller saab määrata, milline mähis tuleb pingestada ja voolu suund.

Anduriteta juhtimine: Täiustatud meetod on rootori asendi määramine, jälgides tagasivoolu elektromotoorjõudu pingevabas faasis. Selle keeruka strateegia rakendamiseks pole vaja Halli andureid, mille tulemuseks on ajami suurem töökindlus.

Suured BLDC mootorid kasutavad tavaliselt keerukamaid juhtimisstrateegiaid, nagu siinuslaine ajam või vektorjuhtimine, et saavutada sujuvam pöördemomendi väljund ja suurem tõhusus.

Kontrolleri roll BLDC mootorisüsteemis

BLDC mootor ei saa iseseisvalt töötada ja see tuleb kombineerida spetsiaalse elektroonilise kontrolleriga:

Mootori draiver: tavaliselt kolmefaasiline sillamuundur, mis põhineb võimsusel MOSFET või IGBT ja mis lülitab vooluteed vastavalt juhtsignaalile

Mikrokontroller: võtab vastu signaale asukohaandurilt, täidab juhtimisalgoritme ja genereerib toiteseadmete juhtimiseks PWM-signaale.

Suletud ahelaga juhtimine: võimaldab täpset kiiruse või asukoha juhtimist vastavalt rakenduse vajadustele.

Ohutu kaitsefunktsioon: ülevoolukaitse, ületemperatuuri kaitse, alapingekaitse jne.

48 V BLDC mootorisüsteemide rakendused on laialt levinud elektrijalgratastes, väikestes elektrisõidukites ja mõnes muus tööstuslikus rakenduses. Selle kontroller ja käsitsemisahel peavad toime tulema kõrgemate pingete ja vooludega ning neil on tavaliselt keerukam jõudlus- ja kaitsefunktsioonide komplekt.

BLDC mootorite jõudlusnäitajad ja rakenduse stsenaariumid

Nüüd vaatame nende jõudluse eeliseid pärast BLDC mootori tööpõhimõtete õppimist:

Kõrge kasutegur: Harjade ja kommutaatorite hõõrdekadude puudumise tõttu on nende efektiivsus tavaliselt üle 85%, mõnel juhul isegi üle 95%.

Hea kiiruse-pöördemomendi omadused: pakub laia valikut pöördemomente.

Pikem eluiga: ilma mehaaniliste kulumiselementideta piiravad eluiga lõppkokkuvõttes ainult laagrid.

Parem soojuse hajumise efektiivsus: otsekontakt staatori mähiste ja mootorikorpuse vahel tõhusamaks soojuse hajutamiseks.

Madal müra ja elektromagnetilised häired: harja kommutatsioonist ei teki sädemeid ega müra.

Tänu oma erilisele struktuurile on BLDC-mootor võimeline madalatel pööretel suuremat pöördemomenti tagama, muutes need eriti sobivaks otseajamisüsteemidele, nagu drooni propellerid ja ventilaatorid jne. Stabiilsuse ja vastupidavuse eeliste tõttu muudab harjadeta mootor automaatikaseadmete ja täppisinstrumentide toiteallika valikuks.

BLDC mootorite juhtimisalgoritmid

Arenenum kaasaegne BLDC juhtimistehnoloogia on ületanud selle lihtsa kuueastmelise kommutatsioonimeetodi:

Trapetsikujulise laine juhtimine: kõige põhilisem juhtimismeetod on trapetsikujuline voolu lainekuju. Seda on lihtne praktikas rakendada, kuid see tekitab märkimisväärse amplituudiga pöördemomendi lainetust.

Sinusoidne juhtimine: mootori juhtimine sinusoidse vooluga, mis võib vähendada mootori pöördemomendi pulsatsiooni ja muuta töö sujuvamaks.

Väljale orienteeritud juhtimine (FOC): matemaatilise teisenduse rakendamisel teisendatakse 3-faasiline vool juhtimiseks pöörlevasse koordinaatsüsteemi, mis tagab optimaalse pöördemomendi juhtimise ja energiatõhususe.

Andurite fusioonitehnoloogia: integreerib mitu tagasisidesignaali (nt Halli andurid, kodeerijad ja voolu proovivõtt), et tagada parem juhtimistäpsus ja töökindlus.

Suure võimsusega rakenduste väljakutsete tõttu, nagu soojusjuhtimine, tõhususe optimeerimine ja dünaamiline reaktsioon, kasutatakse Big BLDC mootorite puhul tavaliselt keerukamaid juhtimisalgoritme.

Järeldus: BLDC mootorite tööpõhimõtted ja eelised

BLDC mootoridjuhtida täpselt staatori mähiste voolu läbi elektroonilise juhtimissüsteemi ja suhelda rootori püsimagnetitega, et saavutada elektrienergia tõhus muundamine mehaaniliseks energiaks. Väikestest tarbeelektroonikaseadmetest suurte tööstusseadmeteni, madalpingerakendustest kuni 48 V BLDC mootorisüsteemideni – harjadeta alalisvoolumootorid, millel on kõrge kasutegur, kõrge töökindlus ja suurepärane juhtimisjõudlus, juhivad tehnoloogilist arengut ja energiatõhususe parandamist erinevates tööstusharudes. Elektroonilise juhtimistehnoloogia ja püsimagnetmaterjalide pideva arendamisega võime ette näha, et BLDC mootoritel on laiem kasutusvõimalus ja silmapaistvam jõudlus.

Kui olete meie toodetest huvitatud või teil on küsimusi, võtke julgelt ühendustvõtke meiega ühendustja me vastame teile 24 tunni jooksul.