Как работи BLDC двигател: Подробно обяснение на принципите на безчетните DC мотори

През последните две до три десетилетия поради непрекъснатото развитие на електронните технологии и постоянните магнитни материали,BLDC моториса се трансформирали от нишови двигатели в основни мощни решения за различни индустрии.BLDC моториса били широко използвани в приложения, включително домакински уреди, електроинструменти, електрически превозни средства и оборудване за индустриална автоматизация поради тяхната висока ефективност, висока надеждност и дълъг живот. И все пак, принципите на експлоатация на BLDC моторите все още не са известни на много хора. Тази статия ще обясни всичко, което трябва да осъзнаете за принципа на работа на BLDC Motors, така че да можете да получите по-подробен поглед върху тази невероятна иновация в съвременното електротехника.

Основната структура на BLDC двигател

Сега, преди да влезем в принципа на работа, трябва да се запознаем с основната му структура:

Статор: Фиксиран вътре в корпуса на двигателя, той обикновено се състои от ламинирани силиконови стоманени листове, а намотките се навиват около него, за да създадат няколко електромагнитни полюса.

Ротор: Роторът обикновено се монтира на вала и съдържа постоянни магнити. BLDC двигателите могат да бъдат класифицирани в няколко разновидности въз основа на различните конфигурации на постоянните магнити.

Сензори за зала: За определяне на позицията на ротора и обратната връзка към електронната система за управление.

Контролер: Електронна система за управление, която определя времето на тока, която преминава през намотките на статора въз основа на обратната връзка от сензорите на Хол или други механизми за обратна връзка.

Заслужава да се отбележи, че структурата на двигателя на Outrunner BLDC е уникална от вътрешната структура на ротора. Роторът е навън, а статорът е вътре. Този тип дизайн е особено разпространен в приложения, които изискват висок въртящ момент, като в задвижването на витлата на дронове.

Принципите на електромагнетизма: основата на работата на двигателя BLDC

Два основни принципа на електромагнетизма определят работата на BLDC двигател:

Законът на Ampere: Когато проводникът за носене на ток е в магнитно поле, проводникът ще бъде подложен на сила. Статорът на BLDC двигател е конструиран от навити медни намотки и след като тези намотки се захранват, те създават магнитно поле, което взаимодейства между постоянните магнити на ротора, за да генерира сила, която осигурява механичното движение за завъртане на ротора.

Законът на Фарадей за електромагнитна индукция: Електромоторната сила ще бъде индуцирана в проводник, когато намали магнитно полето или е в променящо се магнитно поле. Той се използва широко при без сензори, където положението на ротора се открива чрез усещане на задните електромоторни сили.

Тези принципи се прилагат при проектирането на индустриални безчетни двигатели. Те постигат това чрез фино регулиране на тока, преминаващ през намотките на статора, като гарантират благоприятни електромагнитни взаимодействия с постоянните магнити на ротора за постигане на висока ефективност и стабилност.

Процесът на комутация на BLDC двигател

Най -важният работен механизъм в BLDC двигателя се нарича електронна комутация. Това е най -важният и ключов фактор на разграничение между безчетните двигатели и традиционните четки.

Принцип на комутация: Комутацията е процесът на промяна на посоката на текущия поток по отношение на намотките на двигателя, така че да съществува непрекъснато електромагнитно взаимодействие между ротора и статора, което създава непрекъснат въртящ момент.

Шест стъпка на комутацията: Традиционният метод на управление на BLDC двигатели разделя електрическия цикъл на шест стъпки. Във всяка стъпка се захранват две от трифазните намощници, докато една фаза е изключена.

Обратна връзка на сензора за зала: Сензорите за залата откриват позицията на постоянните магнити на ротора, така че контролерът да може да определи коя намотка трябва да се зареди с енергия и посоката на тока.

Контрол без сензори: По-усъвършенстваният метод е да се определи позицията на ротора чрез наблюдение на задната електромотивна сила в некоремираната фаза, не са необходими сензори за зала, за да се приложи тази сложна стратегия, което води до по-голяма надеждност на устройството.

Големите BLDC двигатели обикновено приемат по -сложни стратегии за контрол, като например задвижване на синусоида или векторно управление, за да се постигне по -плавен изход на въртящия момент и по -висока ефективност.

Ролята на контролера в BLDC моторна система

BLDC Motor не може да работи самостоятелно и трябва да се комбинира със специализиран електронен контролер:

Драйверът на двигателя: Обикновено трифазен мостов инвертор на базата на мощност MOSFET или IGBT, който превключва текущия път според контролния сигнал

Microcontroller: Получава сигнали от сензора за позиция, извършва алгоритми за управление и генерира PWM сигнали за задвижване на устройствата за захранване.

Контрол със затворен контур: Осигурява точен контрол на скоростта или контрол на позицията въз основа на нуждите на приложението.

Функция за безопасна защита: Прекомерна защита, свръх температурна защита, защита от напрежение и т.н.

Приложенията за 48V BLDC моторни системи са широко разпространени в електрически велосипеди, малки електрически превозни средства и някои други промишлени приложения. Неговата схема за управление и обработка трябва да се справи с по -високи напрежения и токове и обикновено има по -сложен набор от функции за производителност и защита.

Характеристиките на производителността и сценариите на приложението на BLDC Motors

Сега нека разгледаме техните предимства на ефективността, след като научихме принципите на BLDC двигател: Принципи:

Висока ефективност: Поради липсата на загуби от триене от четки и комутатори, тяхната ефективност обикновено е над 85%, дори над 95% в някои случаи.

Добри характеристики на скоростта на скоростта: осигурява широк диапазон от изход на въртящия момент.

По -голям живот: Без механични елементи на износване, продължителността на живота е в крайна сметка в крайна сметка от лагерите.

Подобрена ефективност на разсейване на топлината: Директен контакт между намотките на статора и корпуса на двигателя за по -ефективно разсейване на топлина.

Нисък шум и електромагнитни смущения: Няма искри и шум, генерирани от комутацията на четката.

Поради специалната си структура, Outrunner BLDC моторът е по -способен да осигури по -висок въртящ момент при ниски скорости, което ги прави особено подходящи за системи за директно задвижване, като витла на дронове и вентилатори и др. С предимствата на стабилността и издръжливостта, безчетният мотор го прави избор на захранване в оборудване за автоматизация и прецизни инструменти.

Алгоритмите за управление на BLDC двигатели

По-развитата съвременна технология за управление на BLDC надмина този прост метод за комутация в шест стъпки:

Контрол на трапецоидната вълна: Най -основният метод на контрол е трапецоидалната форма на вълната. Лесно е да се приложи на практика, но произвежда въртящ момент на значителна амплитуда.

Синусоидално управление: Шофиране на двигателя чрез синусоидален ток, което може да намали въртящия момент на двигателя и да направи течащия по -гладък.

Фел-ориентирано управление (FOC): Чрез прилагането на математическа трансформация, 3-фазовият ток се превежда в въртящата се координатна система за контрол, което води до оптимален контрол на въртящия момент и енергийна ефективност.

Технология на сензорно синтез: Интегрира множество сигнали за обратна връзка (например сензори, енкодери и текущо вземане на проби) за по -добра точност на управление и устойчивост.

Поради предизвикателствата в приложенията с висока мощност, като управление на термично, оптимизация на ефективността и динамичен отговор, по-сложните алгоритми за управление обикновено се използват за големи BLDC двигатели.

Заключение: принципите на работа и предимствата на BLDC Motors

BLDC моториПрецизно контролирайте тока в намотките на статора чрез електронна система за управление и взаимодействайте с постоянните магнити на ротора, за да постигнете ефективно преобразуване на електрическата енергия в механична енергия. От малки потребителски електронни устройства до голямо индустриално оборудване, от приложения с ниско напрежение до 48V BLDC моторни системи, безчетните DC двигатели, с високата си ефективност, високата надеждност и отличната ефективност на контрола, стимулират технологичния прогрес и подобряването на енергийната ефективност в различните индустрии. С непрекъснатото развитие на технологията за електронно управление и постоянните магнитни материали можем да предвидим, че BLDC Motors ще има по -широка перспектива за приложение и по -изключителна ефективност.

Ако се интересувате от нашите продукти или имате някакви въпроси, моля не се колебайтеСвържете се с насИ ние ще ви отговорим в рамките на 24 часа.