Πώς λειτουργεί ένας κινητήρας BLDC: μια λεπτομερής εξήγηση των αρχών των κινητήρων DC χωρίς ψύξη

Τις τελευταίες δύο έως τρεις δεκαετίες, λόγω της συνεχούς προόδου της ηλεκτρονικής τεχνολογίας και των μόνιμων μαγνητικών υλικών,Motors BLDCέχουν μετατραπεί από εξειδικευμένους κινητήρες σε mainstream λύσεις ισχύος για διάφορες βιομηχανίες.Motors BLDCέχουν χρησιμοποιηθεί ευρέως σε εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των οικιακών συσκευών, των ηλεκτρικών εργαλείων, των ηλεκτρικών οχημάτων και του εξοπλισμού βιομηχανικού αυτοματισμού λόγω της υψηλής απόδοσης, της υψηλής αξιοπιστίας και της μεγάλης διάρκειας ζωής. Ωστόσο, οι αρχές λειτουργίας των κινητήρων BLDC δεν είναι ακόμα γνωστές σε πολλά άτομα. Αυτό το άρθρο θα εξηγήσει ό, τι χρειάζεστε για να συνειδητοποιήσετε για την αρχή λειτουργίας των κινητήρων BLDC, ώστε να μπορείτε να πάρετε μια πιο λεπτομερή άποψη αυτής της απίστευτης καινοτομίας στην σημερινή ηλεκτρολογία.

Η βασική δομή ενός κινητήρα BLDC

Τώρα, πριν φτάσουμε στην αρχή λειτουργίας, θα πρέπει να εξοικειωθούμε με τη βασική δομή της:

Στάτορας: Σταθερά μέσα στο περίβλημα του κινητήρα, αποτελείται γενικά από φύλλα από χάλυβα πυριτίου, και τα πηνία τραυματίζονται γύρω του για να δημιουργήσουν αρκετούς πόλους ηλεκτρομαγνήτη.

ROTOR: Ο ρότορας είναι συνήθως τοποθετημένος στον άξονα και περιέχει μόνιμους μαγνήτες. Οι κινητήρες BLDC μπορούν να ταξινομηθούν σε διάφορες ποικιλίες με βάση τις διάφορες διαμορφώσεις των μόνιμων μαγνητών.

Αισθητήρες αίθουσας: Για τον προσδιορισμό της θέσης του ρότορα και της ανατροφοδότησης στο ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου.

Ελεγκτής: Ένα ηλεκτρονικό σύστημα ελέγχου που καθορίζει το χρονοδιάγραμμα του ρεύματος που ρέει μέσα από τις περιελίξεις του στάτη με βάση την ανατροφοδότηση από τους αισθητήρες της αίθουσας ή άλλους μηχανισμούς ανατροφοδότησης.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η δομή του κινητήρα BLDC είναι μοναδική από τη δομή του εσωτερικού ρότορα. Ο ρότορας είναι έξω και ο στάτορας είναι μέσα. Αυτός ο τύπος σχεδιασμού είναι ιδιαίτερα διαδεδομένος σε εφαρμογές που απαιτούν υψηλή ροπή, όπως στην κίνηση των ελικοειδών drone.

Οι αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού: η θεμελίωση της λειτουργίας του κινητήρα Bldc

Δύο βασικές αρχές του ηλεκτρομαγνητισμού καθορίζουν τη λειτουργία ενός κινητήρα BLDC:

Ο νόμος του Ampere: Όταν ένας αγωγός που μεταφέρει ρεύμα βρίσκεται σε μαγνητικό πεδίο, ο αγωγός θα υποβληθεί σε δύναμη. Ο στάτορας ενός κινητήρα BLDC είναι κατασκευασμένος από περιτυλιγμένες χάλκινες περιελίξεις και μετά την ενεργοποίηση αυτών των περιελίξεων, δημιουργούν ένα μαγνητικό πεδίο που αλληλεπιδρά μεταξύ των μόνιμων μαγνητών του ρότορα για να δημιουργήσει μια δύναμη που παρέχει τη μηχανική κίνηση για να γυρίσει ο ρότορας.

Ο νόμος της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής του Faraday: Μια ηλεκτρομαγνητική δύναμη θα προκληθεί σε έναν αγωγό όταν κόβει τις γραμμές μαγνητικού πεδίου ή βρίσκεται σε μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο. Χρησιμοποιείται ευρέως σε έλεγχο χωρίς αισθητήρα, όπου η θέση του ρότορα ανιχνεύεται με την ανίχνευση των οπίσθιων δυνάμεων ηλεκτρομαγίων.

Αυτές οι αρχές εφαρμόζονται στο σχεδιασμό βιομηχανικών κινητήρων χωρίς ψήκτρες. Το επιτυγχάνουν αυτό, ρυθμίζοντας με λεπτό τρόπο το ρεύμα που ρέει μέσα από τις περιελίξεις του στάτη, εξασφαλίζοντας ευνοϊκές ηλεκτρομαγνητικές αλληλεπιδράσεις με τους μόνιμους μαγνήτες του ρότορα για να επιτύχουν υψηλή απόδοση και σταθερότητα.

Η διαδικασία μετακίνησης ενός κινητήρα BLDC

Ο σημαντικότερος μηχανισμός εργασίας στον κινητήρα BLDC ονομάζεται ηλεκτρονική μετακίνηση. Είναι ο πιο σημαντικός και βασικός παράγοντας διάκρισης μεταξύ των κινητήρων χωρίς ψήκτρες και των παραδοσιακών κινητήρων.

Αρχή της μετακίνησης: Η μετακίνηση είναι η διαδικασία αλλαγής της κατεύθυνσης της τρέχουσας ροής σε σχέση με τα πηνία του κινητήρα, έτσι ώστε να υπάρχει συνεχής ηλεκτρομαγνητική αλληλεπίδραση μεταξύ του ρότορα και του στάτορα, η οποία δημιουργεί συνεχή ροπή.

Εξαγωγή έξι σταδίων: Η παραδοσιακή μέθοδος ελέγχου των κινητήρων BLDC χωρίζει τον ηλεκτρικό κύκλο σε έξι βήματα. Σε κάθε βήμα, δύο από τα τριφασικά ακρίβεια τροφοδοτούνται, ενώ μια φάση είναι απενεργοποιημένη.

Ανατροφοδότηση αισθητήρα αίθουσας: Οι αισθητήρες της αίθουσας ανιχνεύουν τη θέση των μόνιμων μαγνητών του ρότορα, έτσι ώστε ο ελεγκτής να μπορεί να καθορίσει ποια περιέλιξη θα πρέπει να ενεργοποιηθεί και η τρέχουσα κατεύθυνση.

Έλεγχος χωρίς αισθητήρα: Μια πιο προηγμένη μέθοδος είναι να προσδιοριστεί η θέση του ρότορα παρακολουθώντας την οπίσθια ηλεκτρομαγνητική δύναμη στην μη ενεργοποιημένη φάση, δεν απαιτούνται αισθητήρες αίθουσας για την υλοποίηση αυτής της σύνθετης στρατηγικής, με αποτέλεσμα μεγαλύτερη αξιοπιστία της κίνησης.

Οι μεγάλοι κινητήρες BLDC υιοθετούν συνήθως πιο πολύπλοκες στρατηγικές ελέγχου, όπως το Sine Wave Drive ή το Vector Control, για να επιτευχθούν ομαλότερη παραγωγή ροπής και υψηλότερη απόδοση.

Ο ρόλος του ελεγκτή σε ένα σύστημα αυτοκινήτου Bldc

Ο κινητήρας BLDC δεν μπορεί να λειτουργήσει μόνη της και πρέπει να συνδυαστεί με έναν εξειδικευμένο ηλεκτρονικό ελεγκτή:

Ο οδηγός κινητήρα: Συνήθως ένας μετατροπέας τριών φάσεων με βάση το Power MOSFET ή το IGBT που μετατρέπει την τρέχουσα διαδρομή σύμφωνα με το σήμα ελέγχου

Microcontroller: Λαμβάνει σήματα από τον αισθητήρα θέσης, εκτελεί αλγόριθμους ελέγχου και δημιουργεί σήματα PWM για να οδηγήσει τις συσκευές ισχύος.

Έλεγχος κλειστού βρόχου: Παρέχει ακριβή έλεγχο ταχύτητας ή έλεγχο θέσης με βάση τις ανάγκες εφαρμογής.

Λειτουργία ασφαλούς προστασίας: Προστασία υπερβολικού ρεύματος, προστασία υπερ-θερμοκρασίας, προστασία κάτω από την τάση κ.λπ.

Οι εφαρμογές για συστήματα κινητήρα 48V BLDC είναι ευρέως διαδεδομένες σε ηλεκτρικά ποδήλατα, μικρά ηλεκτρικά οχήματα και ορισμένες άλλες βιομηχανικές εφαρμογές. Τα κυκλώματα ελεγκτή και χειρισμού πρέπει να αντιμετωπίζουν υψηλότερες τάσεις και ρεύματα και συνήθως έχουν ένα πιο περίπλοκο σύνολο λειτουργιών απόδοσης και προστασίας.

Τα χαρακτηριστικά απόδοσης και τα σενάρια εφαρμογής των κινητήρων Bldc

Τώρα ας ρίξουμε μια ματιά στα πλεονεκτήματα της απόδοσής τους αφού μάθουν τις αρχές λειτουργίας του κινητήρα BLDC:

Υψηλή απόδοση: Λόγω της απουσίας απώλειας τριβής από βούρτσες και μετακινούμενους, η αποτελεσματικότητά τους είναι συνήθως πάνω από 85%, ακόμη και πάνω από 95% σε ορισμένες περιπτώσεις.

Χαρακτηριστικά καλής ταχύτητας-ρύθμισης: Παρέχει ένα ευρύ φάσμα εξόδου ροπής.

Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής: Χωρίς μηχανικά στοιχεία φθοράς, η διάρκεια ζωής περιορίζεται τελικά από τα ρουλεμάν.

Βελτιωμένη απόδοση διάχυσης θερμότητας: Άμεση επαφή μεταξύ των περιελίξεων του στάτη και του περιβλήματος του κινητήρα για πιο αποτελεσματική διάχυση θερμότητας.

Χαμηλός θόρυβος και ηλεκτρομαγνητική παρεμβολή: Δεν υπάρχουν σπινθήρες και θόρυβος που παράγονται από τη μετακίνηση της βούρτσας.

Λόγω της ειδικής δομής του, ο κινητήρας BLDC Outrunner είναι πιο ικανός να παρέχει υψηλότερη ροπή σε χαμηλές ταχύτητες, καθιστώντας τα ιδιαίτερα κατάλληλα για τα άμεσα συστήματα κίνησης, όπως οι έλικες του drone και οι ανεμιστήρες κλπ. Με τα πλεονεκτήματα της σταθερότητας και της ανθεκτικότητας, ο κινητήρας χωρίς ψύξη καθιστά την επιλογή του τροφοδοτικού στον εξοπλισμό αυτοματοποίησης και στα όργανα ακρίβειας.

Οι αλγόριθμοι ελέγχου των κινητήρων BLDC

Η πιο αναπτυγμένη σύγχρονη τεχνολογία ελέγχου Bldc έχει ξεπεράσει αυτήν την απλή μέθοδο μεταγωγής έξι σταδίων:

Ελέγχου τραπεζοειδούς κύματος: Η πιο βασική μέθοδος ελέγχου είναι μια κυματομορφή τραπεζοειδούς ρεύματος. Είναι απλό να τεθεί σε εφαρμογή, αλλά παράγει ροπές ροπής σε σημαντικό εύρος.

Ομοποιοειδής έλεγχος: Οδήγηση του κινητήρα με ημιτονοειδές ρεύμα, το οποίο μπορεί να μειώσει την κυματισμό της ροπής του κινητήρα και να κάνει την πιο ομαλή.

Έλεγχος προσανατολισμού στον τομέα (FOC): Με την εφαρμογή ενός μαθηματικού μετασχηματισμού, το ρεύμα 3 φάσεων μεταφράζεται στο σύστημα περιστρεφόμενης συντεταγμένων για έλεγχο, οδηγώντας σε βέλτιστο έλεγχο ροπής και ενεργειακή απόδοση.

Τεχνολογία σύντηξης αισθητήρων: Ενσωματώνει πολλαπλά σήματα ανάδρασης (π.χ. αισθητήρες αίθουσας, κωδικοποιητές και τρέχουσα δειγματοληψία) για καλύτερη ακρίβεια ελέγχου και ευρωστία.

Λόγω των προκλήσεων στις εφαρμογές υψηλής ισχύος, όπως η θερμική διαχείριση, η βελτιστοποίηση της απόδοσης και η δυναμική απόκριση, οι πιο εξελιγμένοι αλγόριθμοι ελέγχου χρησιμοποιούνται συνήθως για τους μεγάλους κινητήρες BLDC.

Συμπέρασμα: Οι αρχές λειτουργίας και τα πλεονεκτήματα των κινητήρων Bldc

Motors BLDCΕλέγξτε με ακρίβεια το ρεύμα στις περιελίξεις του στάτη μέσω ενός ηλεκτρονικού συστήματος ελέγχου και αλληλεπιδρά με τους μόνιμους μαγνήτες του ρότορα για να επιτευχθεί αποτελεσματική μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια. Από τις μικρές ηλεκτρονικές συσκευές κατανάλωσης σε μεγάλο βιομηχανικό εξοπλισμό, από εφαρμογές χαμηλής τάσης έως συστήματα κινητήρων 48V Bldc, κινητήρες DC χωρίς ψήκτρες, με υψηλή απόδοση, υψηλή αξιοπιστία και εξαιρετική απόδοση ελέγχου, οδηγούν σε τεχνολογική πρόοδο και βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης σε διάφορες βιομηχανίες. Με τη συνεχή ανάπτυξη της τεχνολογίας ηλεκτρονικού ελέγχου και του μόνιμου μαγνητικού υλικού, μπορούμε να προβλέψουμε ότι οι κινητήρες BLDC θα έχουν μια ευρύτερη προοπτική εφαρμογής και πιο εξαιρετικές επιδόσεις.

Εάν ενδιαφέρεστε για τα προϊόντα μας ή έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, μη διστάσετεΕπικοινωνήστε μαζί μαςΚαι θα σας απαντήσουμε μέσα σε 24 ώρες.