Како ради БЛДЦ мотор: Детаљно објашњење принципа ДЦ мотора без четкица

Током протекле две до три деценије, захваљујући сталном напретку електронске технологије и материјала перманентних магнета,БЛДЦ моторитрансформисали су се од нишних мотора у главна решења за напајање за различите индустрије.БЛДЦ моторисе широко користе у апликацијама, укључујући кућне апарате, електричне алате, електрична возила и опрему за индустријску аутоматизацију због своје високе ефикасности, високе поузданости и дугог века трајања. Ипак, принципи рада БЛДЦ мотора и даље нису познати многим појединцима. Овај чланак ће објаснити шта год треба да схватите о принципу рада БЛДЦ мотора, тако да можете добити детаљнији поглед на ову невероватну иновацију у данашњој електротехници.

Основна структура БЛДЦ мотора

Сада, пре него што пређемо на принцип рада, требало би да се упознамо са његовом основном структуром:

Статор: Фиксиран унутар кућишта мотора, обично се састоји од ламинираних челичних лимова од силикона, а завојнице су намотане око њега како би се створило неколико електромагнетних полова.

Ротор: Ротор обично је монтиран на осовину и садржи трајне магнете. БЛДЦ мотори се могу класификовати у неколико варијанти на основу различитих конфигурација трајних магнета.

Холови сензори: За одређивање положаја ротора и повратне информације електронском управљачком систему.

Контролер: Електронски контролни систем који одређује време струје која тече кроз намотаје статора на основу повратних информација са Холових сензора или других механизама за повратну спрегу.

Вриједно је напоменути да је структура БЛДЦ мотора ван снаге јединствена од структуре унутрашњег ротора. Ротор је споља, а статор унутра. Овај тип дизајна је посебно распрострањен у апликацијама које захтевају висок обртни момент, као у погону пропелера дронова.

Принципи електромагнетизма: основа рада мотора БЛДЦ

Два основна принципа електромагнетизма одређују рад БЛДЦ мотора:

Амперов закон: Када је проводник са струјом у магнетном пољу, проводник ће бити подвргнут сили. Статор БЛДЦ мотора је конструисан од намотаних бакарних намотаја, и након што се ови намотаји напајају, стварају магнетно поље које интерагује између трајних магнета ротора да би створило силу која обезбеђује механичко кретање ротора да се окреће.

Фарадејев закон електромагнетне индукције: Електромоторна сила ће се индуковати у проводнику када сече линије магнетног поља или се налази у променљивом магнетном пољу. Широко се користи у контроли без сензора, где се положај ротора детектује осећањем повратних електромоторних сила.

Ови принципи се примењују у дизајну индустријских мотора без четкица. Они то постижу тако што фино регулишу струју која тече кроз намотаје статора, обезбеђујући повољне електромагнетне интеракције са трајним магнетима ротора како би се постигла висока ефикасност и стабилност.

Процес комутације БЛДЦ мотора

Најважнији радни механизам у БЛДЦ мотору назива се електронска комутација. То је најважнији и кључни фактор разлике између мотора без четкица и традиционалних мотора са четкицом.

Принцип комутације: Комутација је процес промене смера струјног тока у односу на калемове мотора тако да постоји стална електромагнетна интеракција између ротора и статора, која ствара непрекидни обртни момент.

Комутација у шест корака: Традиционална метода управљања БЛДЦ мотора дели електрични циклус у шест корака. У сваком кораку се напајају два од трофазних намотаја, док је једна фаза искључена.

Повратна информација Холовог сензора: Холови сензори детектују положај трајних магнета ротора, тако да контролер може да одреди који намотај треба да буде под напоном и смер струје.

Контрола без сензора: Напреднија метода је одређивање положаја ротора праћењем задње електромоторне силе у фази без напајања, за имплементацију ове сложене стратегије нису потребни Холови сензори, што резултира већом поузданошћу погона.

Велики БЛДЦ мотори обично усвајају сложеније стратегије управљања, као што је погон синусног таласа или векторска контрола, како би се постигао глаткији излазни обртни момент и већа ефикасност.

Улога контролера у БЛДЦ моторном систему

БЛДЦ мотор не може да ради сам и мора да се комбинује са специјализованим електронским контролером:

Покретач мотора: Обично је трофазни инвертер моста заснован на повер МОСФЕТ-у или ИГБТ-у који пребацује струјни пут према контролном сигналу

Микроконтролер: Прима сигнале од сензора положаја, изводи контролне алгоритме и генерише ПВМ сигнале за покретање енергетских уређаја.

Контрола затворене петље: Пружа прецизну контролу брзине или контролу положаја на основу потреба апликације.

Функција безбедне заштите: заштита од прекомерне струје, заштита од превисоке температуре, заштита од поднапона итд.

Примене за 48В БЛДЦ моторне системе су широко распрострањене у електричним бициклима, малим електричним возилима и неким другим индустријским апликацијама. Његов контролер и кола за руковање морају да се баве вишим напонима и струјама и обично имају сложенији скуп перформанси и функција заштите.

Карактеристике перформанси и сценарији примене БЛДЦ мотора

Хајде сада да погледамо њихове предности у перформансама након што научимо принципе рада БЛДЦ мотора:

Висока ефикасност: Због одсуства губитака трења од четкица и комутатора, њихова ефикасност је обично изнад 85%, чак и изнад 95% у неким случајевима.

Карактеристике добре брзине и обртног момента: Пружа широк опсег излазног обртног момента.

Дужи век трајања: Без механичких хабајућих елемената, животни век  је на крају ограничен само лежајевима.

Побољшана ефикасност одвођења топлоте: Директан контакт између намотаја статора и кућишта мотора за ефикасније одвођење топлоте.

Низак ниво буке и електромагнетне сметње: нема варница и буке изазване комутацијом четкице.

Због своје специјалне структуре, БЛДЦ мотор са попречним погоном је способнији да обезбеди већи обртни момент при малим брзинама, што их чини посебно погодним за системе са директним погоном, као што су пропелери и вентилатори за беспилотне летелице, итд. Уз предности стабилности и издржљивости, мотор без четкица га чини избором за напајање у опреми за аутоматизацију и прецизним инструментима.

Алгоритми управљања БЛДЦ мотора

Развијенија модерна БЛДЦ технологија управљања надмашила је ову једноставну комутацију у шест корака:

Контрола трапезног таласа: Најосновнији метод контроле је трапезоидни таласни облик струје. Лако је применити у пракси али производи таласе обртног момента значајне амплитуде.

Синусоидна контрола: погон мотора синусоидном струјом, што може смањити таласање обртног момента мотора и учинити рад глаткијим.

Управљање оријентисано на поље (ФОЦ): Применом математичке трансформације, 3-фазна струја се преводи у ротирајући координатни систем ради контроле, што доводи до оптималне контроле обртног момента и енергетске ефикасности.

Технологија фузије сензора: Интегрише вишеструке повратне сигнале (нпр. Холове сензоре, енкодере и узорковање струје) за бољу тачност и робусност контроле.

Због изазова у апликацијама велике снаге, као што су управљање топлотом, оптимизација ефикасности и динамички одговор, софистициранији алгоритми управљања се обично користе за Биг БЛДЦ моторе.

Закључак: Принципи рада и предности БЛДЦ мотора

БЛДЦ моторипрецизно контролишу струју у намотајима статора кроз електронски контролни систем и комуницирају са трајним магнетима ротора како би се постигла ефикасна конверзија електричне енергије у механичку енергију. Од малих потрошачких електронских уређаја до велике индустријске опреме, од нисконапонских апликација до 48В БЛДЦ моторних система, ДЦ мотори без четкица, са својом високом ефикасношћу, високом поузданошћу и одличним перформансама управљања, покрећу технолошки напредак и побољшање енергетске ефикасности у различитим индустријама. Уз континуирани развој технологије електронске контроле и материјала са трајним магнетима, можемо предвидети да ће БЛДЦ мотори имати ширу перспективу примене и изванредне перформансе.

Ако сте заинтересовани за наше производе или имате било каква питања, слободноконтактирајте наса ми ћемо вам одговорити у року од 24 сата.