Istosmjerni motor bez četkica - Prednosti, primjena i upravljanje

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Definicija

Istosmjerni motor bez četkica sastoji se od rotora u obliku trajnog magneta i statora u obliku višefaznih namotaja armature. Razlikuje se od konvencionalnog istosmjernog motora po tome što ne sadrži četke, a komutacija se vrši električno, koristeći elektronički pogon za napajanje namota statora.

U osnovi se BLDC motor može konstruirati na dva načina - postavljanjem rotora izvan jezgre i namota u jezgri, a drugog postavljanjem namota izvan jezgre. U prijašnjem rasporedu, magneti rotora djeluju kao izolator i smanjuju brzinu odvođenja topline iz motora i rade s malom strujom. Tipično se koristi u navijačima. U potonjem rasporedu, motor odvodi više topline, što uzrokuje povećanje njegovog okretnog momenta. Koristi se u pogonima tvrdog diska.




BLDC

BLDC

4-polni rad motora s 2 pola

Istosmjerni motor bez četkica pokreće se elektroničkim pogonom koji prebacuje opskrbni napon između namota statora dok se rotor okreće. Položaj rotora nadzire pretvarač (optički ili magnetski) koji opskrbljuje podatke elektroničkom regulatoru i na temelju tog položaja određuje se namot statora koji treba biti pod naponom. Ovaj se elektronički pogon sastoji od tranzistora (2 za svaku fazu) kojima se upravlja preko mikroprocesora.



BLDC DC

BLDC-DC

Magnetsko polje generirano permanentnim magnetima djeluje s poljem induciranim strujom u namotima statora, stvarajući mehanički moment. Elektronički sklopni krug ili pogon prebacuju dovodnu struju na stator tako da održavaju konstantan kut od 0 do 90 stupnjeva između polja koja međusobno djeluju. Hallovi senzori uglavnom se postavljaju na stator ili na rotor. Kad rotor prolazi kroz Hall senzor, zasnovan na sjevernom ili južnom polu, generira visoki ili niski signal. Na temelju kombinacije ovih signala definira se namot koji se napaja. Da bi motor nastavio raditi, magnetsko polje koje stvaraju namoti trebalo bi se pomicati dok se rotor pomiče kako bi sustigao polje statora.

BLDC istosmjerni motor

Krug

U četveropolnom, dvofaznom istosmjernom motoru bez četkica koristi se jedan Hall senzor koji je ugrađen na stator. Kako se rotor okreće, Hallov senzor prepoznaje položaj i razvija visoki ili niski signal, ovisno o polu magneta (sjever ili jug). Hallov senzor povezan je preko otpornika s tranzistorima. Kada se na izlazu senzora pojavi signal visokog napona, tranzistor spojen na zavojnicu A počinje provoditi, pružajući put protoku struje i tako napaja zavojnicu A. Kondenzator se počinje puniti do punog napona napajanja. Kad Hall senzor otkrije promjenu polariteta rotora, on razvija signal niskog napona na svom izlazu i budući da tranzistor 1 ne dobiva napajanje, on je u presječnom stanju. Napon razvijen oko kondenzatora je Vcc, što je opskrbni napon na 2ndtranzistor, a zavojnica B je sada pod naponom, dok kroz nju prolazi struja.

BLDC motori imaju fiksne trajne magnete, koji se okreću i fiksnu armaturu, uklanjajući probleme spajanja struje na armaturu u pokretu. I možda više polova na rotoru od statora ili relukcijskih motora. Potonji mogu biti bez trajnih magneta, samo polovi koji se induciraju na rotoru, a zatim uvlače u raspored vremenskim statorskim namotima. Elektronički regulator zamjenjuje sklop četke / komutatora četkanog istosmjernog motora, koji neprestano prebacuje fazu na namote kako bi se motor okretao. Regulator izvodi usporednu vremensku raspodjelu snage korištenjem poluprovodničkog kruga umjesto sustava četkica / komutatora.


BLDC motor

BLDC motor

7 Prednosti istosmjernih motora bez četkica

  • Bolje brzine u odnosu na okretni moment
  • Visok dinamički odziv
  • Visoka efikasnost
  • Dug radni vijek zbog nedostatka električnih gubitaka i gubitaka trenja
  • Rad bez buke
  • Rasponi većih brzina

Prijave:

Troškovi istosmjernog motora bez četkica opali su od njegove prezentacije zbog napretka u materijalima i dizajnu. Ovo smanjenje troškova, zajedno s brojnim žarišnim točkama koje ima preko istosmjernog motora s četkicama, čini istosmjerni motor bez četkica popularnom komponentom u brojnim prepoznatljivim primjenama. Aplikacije koje koriste BLDC motor uključuju, ali nisu ograničene na:

  • Potrošačke elektronike
  • Prijevoz
  • Grijanje i ventilacija
  • Industrijski inženjering
  • Modelno inženjerstvo

Načelo rada

Principi rada BLDC motora su jednaki kao kod četkanog istosmjernog motora, tj. povratne informacije o položaju unutarnjeg vratila. U slučaju četkanog istosmjernog motora, povratna sprega se provodi pomoću mehaničkog komutatora i četkica. Unutar BLDC motora to se postiže pomoću višestrukih senzora povratne sprege. U BLDC motorima uglavnom koristimo Hallov senzor, kad god magnetski polovi rotora prođu u blizini Hallovog senzora, oni generiraju VISOKI ili NISKI signal koji se mogu koristiti za određivanje položaja osovine. Ako se smjer magnetskog polja preokrene, razvijeni napon također će se obrnuti.

Upravljanje BLDC motorom

Upravljačka jedinica koju implementira mikroelektronika ima nekoliko izbora visoke tehnologije. To se može provesti pomoću mikrokontrolera, namjenskog mikrokontrolera, tvrdo ožičene mikroelektronske jedinice, PLC-a ili slične druge jedinice.

Analogni kontroler još uvijek koristi, ali ne može obrađivati ​​povratne informacije i u skladu s tim upravljati. S ovom vrstom upravljačkih krugova moguće je implementirati algoritme upravljanja visokih performansi, poput vektorskog upravljanja, orijentiranog upravljanja, upravljanja velikim brzinama koji su svi povezani s elektromagnetskim stanjem motora. Nadalje, kontrola vanjske petlje za različite zahtjeve dinamike, kao što su klizne komande motora, prilagodljivo upravljanje, prediktivno upravljanje ... itd. Također se primjenjuju konvencionalno.

Pored svega navedenog, nalazimo PIC (integrirani krug napajanja), ASIC (integrirani krugovi specifični za primjenu) ... itd. što može uvelike pojednostaviti konstrukciju upravljanja i energetske elektroničke jedinice. Na primjer, danas imamo kompletan PWM (Pulse Width Modulation) regulator u jednom IC-u koji može zamijeniti cijelu upravljačku jedinicu u nekim sustavima. Komplicirani IC upravljački program može pružiti cjelovito rješenje upravljanja svih šest prekidača snage u trofaznom pretvaraču. Brojni su slični integrirani krugovi koji se iz dana u dan sve više dodaju. Na kraju dana, sklop sustava možda će uključivati ​​samo dio upravljačkog softvera sa svim hardverom koji dolazi u pravom obliku i obliku.

PWM (Pulse Width Modulation) val može se koristiti za upravljanje brzinom motora. Ovdje je dan prosječni napon ili će se prosječna struja koja teče kroz motor mijenjati ovisno o vremenu UKLJUČIVANJA i ISKLJUČENJA impulsa koji kontroliraju brzinu motora tj. Radni ciklus vala kontrolira njegovu brzinu. Promjenom radnog ciklusa (vrijeme uključivanja) možemo promijeniti brzinu. Izmjenom izlaznih priključaka učinkovito će promijeniti smjer motora.

Kontrola brzine

Regulacija brzine BLDC motora ključna je za postizanje da motor radi željenom brzinom. Brzinom istosmjernog motora bez četkica može se upravljati kontrolom ulaznog istosmjernog napona. Što je napon veći, to je veća brzina. Kada motor radi u normalnom načinu rada ili radi ispod nazivne brzine, ulazni napon armature mijenja se kroz PWM model. Kada motor radi iznad nazivne brzine, protok slabi naprezanjem izlazne struje.

Regulacija brzine može biti regulacija brzine zatvorene ili otvorene petlje.

Kontrola brzine otvorene petlje - uključuje jednostavno upravljanje istosmjernim naponom koji se primjenjuje na stezaljke motora rezanjem istosmjernog napona. Međutim, to rezultira nekim oblikom ograničenja struje.

Regulacija brzine zatvorene petlje - Uključuje kontrolu ulaznog napona napajanja putem povratne informacije o brzini od motora. Tako se opskrbni napon kontrolira ovisno o signalu pogreške.

Regulacija brzine zatvorene petlje sastoji se od tri osnovne komponente.

  1. PWM krug za generiranje potrebnih PWM impulsa. To može biti mikrokontroler ili IC timer.
  2. Uređaj za otkrivanje stvarne brzine motora. To može biti senzor Hall efekta, infracrveni senzor ili optički koder.
  3. Motorni pogon za kontrolu rada motora.

Ova tehnika promjene napona napajanja na temelju signala pogreške može biti ili pomoću tehnike upravljanja pid-om ili pomoću neizrazite logike.

Primjena na kontrolu brzine istosmjernog motora bez četkica

Upravljanje istosmjernim motorom BLDC

Upravljanje istosmjernim motorom BLDC

Rad motora kontrolira se pomoću optičkog sprežnika i MOSFET-a, gdje se ulazna istosmjerna snaga kontrolira pomoću PWM tehnike iz mikrokontrolera. Kako se motor okreće, infracrveni LED koji se nalazi na osovini osvjetljava se bijelom svjetlošću zbog prisutnosti bijele mrlje na osovini i reflektira infracrvenu svjetlost. Fotodioda prima ovu infracrvenu svjetlost i prolazi kroz promjenu otpora, uzrokujući tako promjenu napona napajanja povezanog tranzistora i daje se impuls mikrokontroleru da generira broj okretaja u minuti. Ta se brzina prikazuje na LCD-u.

Potrebna brzina unosi se u tipkovnicu spojenu s mikrokontrolerom. Razlika između osjetljene brzine i željene brzine je signal pogreške, a mikrokontroler generira PWM signal prema signalu pogreške, na temelju nejasne logike kako bi dao ulaz jednosmjerne snage motoru.

Tako se pomoću upravljanja sa zatvorenom petljom može kontrolirati brzina istosmjernog motora bez četkica i može se okretati bilo kojom željenom brzinom.

Foto: