Harjadeta alalisvoolu (BLDC) mootorite põhimõtted ja õige viis nende kasutamiseks

Kõige põhilisem mootor on 'DC mootor (pintsmootor) '. Pange mähise magnetväljale ja läbib voolava voolu sellest läbi, tõrjuvad mähised ühel küljel magnetpostid ja köidab samal ajal teisel pool ning pöörleb selle toimingu all. Pöörlemise ajal pööratakse läbi mähise voolav vool, põhjustades selle pidevalt pöörlemise. Seal on osa mootori

Joonis 1: alalisvoolu mootori (harjatud mootori) töö skemaatiline diagramm.

Kommutaator vahetab voolu voolu mähises, pöörates pooluste suunda nii, et need pööraksid alati paremale. Pintslid varustavad kommutaatori toite, mis pöörleb võlliga.

Mootorid aktiivsed paljudes valdkondades

Oleme mootorid liigitanud toiteallika ja rotatsiooni põhimõtte järgi (joonis 2). Vaatame lühidalt igat tüüpi mootori omadusi ja kasutamist.

Joonis 2: Mootorite peamised tüübid

DC mootoreid (harjatud mootoreid), mida on lihtne ja hõlpsasti kontrollitav, kasutatakse sageli selliste rakenduste jaoks nagu optiliste kettasastide avamine ja sulgemine koduseadmetena. Neid kasutatakse ka autodes selliste rakenduste jaoks nagu elektripeeglite avamine ja sulgemine ja suunajuhtimine. Ehkki see on odav ja seda saab kasutada paljudes valdkondades, on sellel oma puudused. Kuna kommutaator puutub harjadega kokku, on sellel lühike eluiga ja pintslid tuleb perioodiliselt või garantii all asendada.

Astmemootor pöörleb sellele saadetud elektriliste impulsside arvuga. Liikumise hulk sõltub sellele saadetud elektriliste impulsside arvust, muutes selle positsiooni reguleerimiseks sobivaks.

Seda kasutatakse sageli kodus 'faksiaparaatide ja printerite paberi söötmiseks jne' jne. Kuna faksiaparaadi söötmisetapid sõltuvad spetsifikatsioonidest (graveering, peenus), on hüppelise mootor, mis pöörleb koos elektriliste impulsside arvuga v=Hooldusnõuanded

Mootorikomplektil on käigu reduktor, et saada toidu soojendamiseks sobivate pöördete arv. Induktsioonmootoreid mõjutab ka toiteallika sagedus, kuid revolutsioonide sagedus ja arv ei lange kokku. Varem kasutati neid vahelduvvoolu mootoreid ventilaatorites või pesumasinates.

Nagu näete, on mitmes valdkonnas aktiivsed mitmesugused mootorid. Millised on BLDC mootorite omadused (harjadeta mootorid ), mis muudavad need nii mitmekülgseks?

Kuidas BLDC mootor pöörleb?

'Bl ' sisse BLDC mootorid tähendavad 'harjadeta ', mis tähendab, et alalisvoolu mootorites (pintslitooteid) 'pintslid ' enam ei esine. DC -mootorite (harjamootorid) pintslite roll on rootoris olevate mähiste energistamine läbi kommutaatori. Niisiis, kuidas BLDC -mootor ilma harjadeta energiat rootoris sisaldub? Selgub, et BLDC mootorid kasutavad rootori jaoks püsimagneteid ja rootoris pole mähist. Kuna rootoris pole mähiseid, pole mootori pingestamiseks vaja kommutaatoreid ja pintsleid. Selle asemel kasutatakse mähist staaliks (joonis 3).

Fikseeritud püsimagnetite poolt alalisvoolu mootoris (harjamootor) loodud magnetväli ei liigu ja pöörleb, juhtides selle sees oleva mähise (rootori) loodud magnetvälja. Pöördete arvu muudetakse pinge muutmisega. BLDC mootori rootor on püsiv magnet ja rootorit pööratakse, muutes selle ümber olevate mähiste loodud magnetvälja suunda. Rootori pöörlemist juhitakse, kontrollides mähiste kaudu voolava voolu suunda ja suurust.

Joonis 3: BLDC mootori töö skemaatiline diagramm.

   

BLDC mootorite eelised

BLDC mootoritel on staatoril kolm mähist, millel kõigil on kaks juhtmest, kokku kuue plii juhtme jaoks mootoris. Tegelikkuses on tavaliselt vaja ainult kolme juhtmet, kuna need on sisemiselt juhtmega, kuid see on ikkagi üks rohkem kui eelnevalt kirjeldatud alalisvoolu mootor (harjatud mootor). See ei liigu puhtalt, ühendades positiivsed ja negatiivsed aku klemmid. Kuidas joosta a BLDC Motorit selgitatakse selle sarja teises osas. Seekord keskendume BLDC mootorite eelistele.

BLDC mootori esimene omadus on 'kõrge efektiivsus '. Pöörlemisjõudu (pöördemomenti) on võimalik kontrollida, et säilitada maksimaalne väärtus kogu aeg, samas kui alalisvoolu mootoritega (pintslimootorid) saab maksimaalset pöördemomenti hoida ainult ühe hetke jooksul pöörlemise ajal ja maksimaalset väärtust ei saa alati säilitada. Kui alalisvoolu mootor (pintslimootor) soovib saada sama palju pöördemomenti kui BLDC -mootor, saab see ainult magneti suurendada. Seetõttu suudab isegi väike BLDC mootor toota palju jõudu.

Teine funktsioon on 'Hea juhitavus ', mis on seotud esimesega. BLDC mootorid saavad pöördemomendi, revolutsioonide arvu jne, täpselt nii, nagu soovite, ja BLDC mootorid saavad täpselt tagasi revolutsioonide, pöördemomendi jms sihtmärki. Täpne kontroll pärssib mootori soojuse tootmist ja energiatarbimist. Aku ajami korral on võimalik sõiduaega hoolika juhtimise abil pikendada. Lisaks sellele iseloomustab seda vastupidavus ja madal elektriline müra. Ülaltoodud kaks punkti on harjadeta eelised.

Teisest küljest võivad alalisvoolu mootorid (harjatud mootorid) pintslite ja kommutaatori vahelise kontakti tõttu pika aja jooksul kuluda. Kontaktosa tekitab ka sädemeid. Eriti kui kommutaatori tühimik puudutab pintslit, on tohutu säde ja müra. Kui te ei soovi, et müra genereeritaks kasutamise ajal, võetakse arvesse BLDC mootorit.

Nendes piirkondades kasutatakse bldc mootoreid

Kus on BLDC mootoreid, millel on kõrge tõhusus, mitmekülgne käitlemine ja pika eluiga üldiselt? Neid kasutatakse sageli toodetes, mis saavad kasutada nende suurt tõhusust ja pika eluea ning mida kasutatakse pidevalt. Näiteks kodused seadmed. Inimesed on pikka aega kasutanud pesumasinaid ja kliimaseadmeid. Viimasel ajal on BLDC mootorid vastu võetud elektrifännidele ja neil on õnnestunud dramaatiliselt vähendada energiatarbimist.

Just suure tõhususe tõttu on energiatarbimist vähenenud. BLDC mootoreid kasutatakse ka tolmuimejates. Ühel juhul realiseeriti juhtimissüsteemi muutmise abil revolutsioonide arvu suur suurenemine. See näide näitab BLDC mootorite head juhitavust.

BLDC mootoreid kasutatakse ka kõvaketaste pöörlevas osas, mis on olulised salvestusmeediumid. Kuna see on mootor, mis peab pikka aega töötama, on vastupidavus oluline. Muidugi on selle eesmärk ka energiatarbimise äärmiselt mahasurumine. Kõrge efektiivsus on siin seotud ka elektrienergia madala tarbimisega.

BLDC mootorite jaoks on palju rohkem kasutusvõimalusi

Eeldatakse, et BLDC mootoreid kasutatakse laiemas põldude vahemikus ja neid kasutatakse paljudes väikestes robotites, eriti 'teenindusroboteid', mis pakuvad teenuseid muudes valdkondades kui tootmises. 'Positsioon on robotite jaoks oluline, nii et kas me ei peaks kasutama astmelisi mootoreid, mis töötavad elektriliste impulsside arvuga? ' Võib arvata. Kuid jõu kontrolli osas on BLDC mootorid sobivamad. Lisaks, kui kasutatakse astmemootoreid, tuleb teatud asendisse kinnitamiseks varustada selliseid struktuuri nagu roboti randme, nagu roboti randmed. Koos BLDC mootorid , saab koos välise jõuga tarnida ainult vajalikku jõudu, ohjeldades sellega energiatarbimist.

Seda saab kasutada ka transpordis. Lihtsaid alalisvoolumootoreid on eakate jaoks juba pikka aega kasutatud elektriautodes või golfikärudes, kuid hiljuti on vastu võetud suure kontrollitavusega BLDC mootorid. BLDC mootoreid kasutatakse ka droonides. Eriti mitmeteljelistel nagidega UAV-del, kuna see kontrollib lennu suhtumist, muutes propellerite pöörlemiste arvu, on BLDC mootorid, mis suudavad pöörlemist täpselt kontrollida.

Kuidas oleks sellega? BLDC mootorid on kvaliteetsed mootorid, millel on kõrge tõhusus, hea kontroll ja pikk eluiga. BLDC mootorite võimsuse maksimeerimine nõuab siiski korralikku juhtimist. Kuidas seda tuleks teha?

Ainuüksi ühenduse teel ei saa pöörleda

Rootori sisemine tüüpi BLDC mootor on tüüpiline BLDC mootori tüüp ning selle väliskülg ja sisemus on näidatud allpool (joonis 1). Pintsli alalisvoolumootoril (edaspidi alalisvoolu mootoriks) on rootoril mähis ja väljastpoolt püsiv magnet, samal ajal kui BLDC -mootoril on rootoril püsiv magnet ja väljastpoolt mähis ning BLCD -mootoril on püsiv magnet ilma rootoriga mähiseta, nii et rootorit ei tohi pingestada. See võimaldab mõista 'harjadeta tüüpi' ilma pintsliteta pingeteta.

Teisest küljest muutub DC mootoritega võrreldes kontroll keerukamaks. See ei ole ainult mootori kaablite ühendamine toiteallikaga. Isegi kaablite arv on erinev. See ei ole sama, mis 'Positiivsete (+) ja negatiivsete (-) klemmide ühendamine toiteallikaga'.

Joonis 1: BLDC mootori välimine ja sisemus

Joonis 2-A: BLDC mootori pöörlemispõhimõte

Üks mähis pannakse BLDC mootorisse 120 -kraadise intervalliga kokku kolme mähise jaoks, et kontrollida voolu pingestatud faasis või mähises

Nagu on näidatud joonisel 2-A, kasutavad BLDC mootorid kolme mähist. Neid kolme mähist kasutatakse pingestatud magnetilise voo genereerimiseks ja neid nimetatakse U, V ja W. Proovige seda mähist energiat anda. Praegune mähise U (edaspidi viidatud kui 'mähise ') tee registreeritakse faasina, v registreeritakse V-faasina ja W registreeritakse faasina W. Järgmisena vaatame faasi U-s. Vaatame faasi. Kui elektrit rakendatakse U-faasi jaoks, genereerib magnetiline voos noodi suunas, nagu joonisel 2-b. Tegelikult ei ole U, V ja W faasid samad kui U -faasi.

Tegelikult on U, V ja W kaablid kõik üksteisega ühendatud, nii et pole võimalik ainult U -faasi energiat anda. Siin tekitab U-faasist W-faasi energiat U ja W, nagu näidatud joonisel 2-C. U ja W kaks magnetilist voogu sünteesitakse joonisel 2-D näidatud suuremasse magnetvoogu. Püsiv magnet pööratakse nii, et see sünteesitud magnetvoog on samas suunas kui keskse püsiv magneti (rootor) N -poolus.

Joonis 2-B: BLDC mootori pöörlemispõhimõte

Voog on pingeliselt U-faasist W-faasini. Esiteks, keskendudes ainult mähise U -osale, leitakse, et magnetvoog genereeritakse nagu nooltes

Joonis 2-D: BLDC mootori pöörlemispõhimõtet, mis edastab elektrit faasi U-faasi W

Kui sünteesitud magnetvoo suund muudetakse, muutub ka püsiv magnet. Koos püsiva magneti asukohaga lülitage faas, mis on pinges U-faasis, V-faasis ja W-faasis, et muuta sünteesitud magnetvoo suunda. Kui see toiming toimub pidevalt, pöörleb sünteesitud magnetvoog, genereerides sellega magnetvälja ja pöörates rootori.

Joonis fig. 3 näitab energilise faasi ja sünteetilise magnetvoo vahelist seost. Selles näites pöörleb sünteetiline magnetvoog päripäeva, muutes energiseeriva režiimi järjestuses 1-6. Muutes sünteesitud magnetvoo suunda ja juhtides kiirust, saab rootori pöörlemiskiirust juhtida. Mootori juhtimise meetodit nende kuue pingestusrežiimi vahel vahetades nimetatakse '120-kraadise pingestamise juhtimiseks '.

Joonis 3: Rootori püsimagnetid pöörlevad nii, nagu neid tõmbaks sünteetiline magnetvoog ja mootori võll pöörleb selle tulemusel

Sile pöörlemine siinuslaine juhtimisel

Järgmisena, kuigi sünteesitud magnetvoo suunda pööratakse 120-kraadise pingega juhtseadis, on ainult kuus erinevat suunda. Näiteks kui muudate joonisel 3 'pingestatud režiimi 1 ', väärtuseks 'pingestatud režiim 2 ', muutub sünteetilise magnetvoo suund 60 kraadi. Seejärel pöörleb rootor justkui meelitatud. Järgmisena, vahetades 'pingestatud režiimist 2 ' 'pingestatud režiimiks 3 ', muutub sünteetilise magnetvoo suund uuesti 60 kraadi võrra. Rootor köidab selle muudatuse taas. Seda nähtust korratakse. Liikumine muutub jäigaks. Mõnikord tekitab see toiming ka müra.

See on siinuslaine juhtimine ', mis välistab 120-kraadise pingelise kontrolli puudused ja saavutab sujuva pöörlemise. 120-kraadise toitejuhtimise korral fikseeritakse sünteesitud magnetvoog kuues suunas. Seda kontrollitakse nii, et see varieeruks pidevalt. Joonisel 2-C toodud näites on U ja W genereeritud voolud sama suurusjärgu. Kui aga U-faasi, V-faasi ja W-faasi saab paremini juhtida, saab mähiseid teha erineva suurusega magnetilise voo genereerimiseks ja sünteesitud magnetvoo suunda saab täpselt juhtida. Kohandades iga U-faasi, V-faasi ja W-faasi praegust suurust, genereeritakse samal ajal sünteesitud magnetvoog. Selle voo pideva genereerimise juhtimisega pöörleb mootor sujuvalt.

Joonis 4: siinuslaine juhtimise siinuslaine juhtimine

Voolu 3 faasis saab juhtida, et genereerida sünteetilist magnetvoogu sujuvaks pöörlemiseks. Sünteetilist magnetvoogu saab genereerida suunas, mida ei saa genereerida 120-kraadise pingega kontrolli abil

Muunduri kasutamine mootori juhtimiseks

Mis saab U, V ja W etapi vooludest? Mõistmise lihtsamaks muutmiseks mõelge tagasi 120-kraadise pingelise kontrolli juurde ja heitke pilk. Vaadake uuesti jooniselt 3. joonisel. Eneseeritud režiimis 1 voolab voolu U -st W -ni; Energiseeritud režiimis 2 voolab vool U -st V. Nagu näete, muutub alati, kui mähiste kombinatsioon, milles voolu voolab, muutub ka sünteetiliste voo noolte suund.

Järgmisena vaadake pingestusrežiimi 4. Selles režiimis voolab vool W -st U -ni, energiseerimisrežiimi vastupidises suunas. DC Motors , sellise voolu suuna vahetamine toimub kommutaatori ja pintslite kombinatsiooni abil. Kuid BLDC mootorid ei kasuta sellist kontakttüübi meetodit. Voolu suuna muutmiseks kasutatakse muunduri vooluahelat. BLDC mootorite juhtimiseks kasutatakse tavaliselt muunduri vooluahelaid.

Inverteri vooluring reguleerib vooluväärtust, muutes igas faasis rakendatud pinget. Pinge reguleerimiseks kasutatakse tavaliselt PWM -i (impulsi laiuse laiuse modulatsiooni). Kui ON -suhe on kõrge, võib saada sama efekti kui pinge suurendamine. Kui ON suhe väheneb, saadakse sama efekt kui pinge vähendamine (joonis 5).

PWM -i realiseerimiseks on nüüd saadaval spetsiaalse riistvaraga varustatud mikroarvutid. Sinelaine juhtimise läbiviimiseks on vaja juhtida 3 faasi pingeid, nii et tarkvara on pisut keerulisem kui 120 -kraadise pingega juhtseadmed, kus pingestatud on ainult 2 faasi. Inverter on vooluring, mis on vajalik BLDC mootori juhtimiseks. Invertereid kasutatakse ka vahelduvvoolumootorites, kuid võib eeldada, et peaaegu kõiki BLDC mootoreid kasutatakse nn 'muunduri tüüpi' koduseadmetena.

Joonis 5: PWM -väljundi ja väljundpinge suhe

Pinge RMS -i väärtuse muutmiseks muutke teatud aja jooksul aja jooksul.

Mida kauem aega on, seda lähemal on RMS -i väärtus pingele, kui rakendatakse 100% pinget (õigel ajal).

BLDC mootorid, mis kasutavad asendiandureid, ülaltoodud on ülevaade BLDC mootorite juhtimisest, mis muudavad mähiste tekitatud sünteesitud magnetvoo suunda, põhjustades rootori püsimagnetite vastavalt muutumist.

Tegelikult on ülaltoodud kirjelduses veel üks punkt. See tähendab andurite olemasolu BLDC mootorites. BLDC mootoreid kontrollitakse koos rootori (püsiv magneti) asukohaga (nurk). Seetõttu on vajalik rootori asukoha omandamiseks andur. Kui pole andurit, kes teaks püsiva magneti suunda, võib rootor pöörduda ootamatu suunas. See pole nii, kui teabe edastamiseks on olemas andur.

Tabelis 1 on toodud BLDC mootorite positsioonide tuvastamise peamised tüübid. Sõltuvalt juhtimismeetodist on vaja erinevaid andureid. 120-kraadise pingestamise juhtimise korral on Hall efekti andur, mis suudab signaali iga 60 kraadi järel sisestada, et teha kindlaks, millist faasi tuleb pingestada. Teisest küljest on 'Vektori juhtimise ' jaoks (kirjeldatud järgmises osas), mis täpselt kontrollib sünteesitud magnetvoogu, tõhusamad on ülitäpsed andurid, näiteks nurgandurid või fotoelektrilised kooderid.

Nende andurite kasutamine võimaldab positsiooni tuvastada, kuid seal on mõned puudused. Andurid on tolmu suhtes vähem vastupidavad ja hooldus on hädavajalik. Samuti vähendatakse temperatuuri vahemikku, mille kaudu neid saab kasutada. Andurite kasutamine või selleks otstarbeks juhtmestiku lisamine põhjustab kulude tõusu ja ülitäpsed andurid on oma olemuselt kallid. See viis meetodi 'sensorita ' kasutuselevõtu juurde. See ei kasuta positsiooni tuvastamiseks andurit, kontrollides sellega kulusid ja välistades vajaduse anduriga seotud hoolduse järele. Põhimõte illustreerimiseks eeldatakse siiski, et teave on saadud positsiooniandurilt.

Anduri tüüp	Peamised rakendused	Omadused
Halli efekti andur	120 kraadi pingeline kontroll	Omandab signaali iga 60 kraadi järel. Madalam hind. Mitte kuumuskindel.
Optiline kooder	Siinuslaine juhtimine, vektori juhtimine	Neid on kahte tüüpi: järkjärguline tüüp (algse positsioonilt läbitud vahemaa on teada) ja absoluutset tüüpi (praeguse positsiooni nurk on teada). Eraldusvõime on kõrge, kuid tolmutakistus on nõrk.
Nurgaandur	Siinuslaine juhtimine, vektori juhtimine	Kõrge eraldusvõime. Saab kasutada isegi karmides ja karmides keskkondades.

Tabel 1: Asendi tuvastamiseks spetsialiseerunud andurite tüübid ja omadused

Kõrge efektiivsus säilitab kogu aeg vektorikontrolli abil

Sinelaine juhtimine muudab sünteesitud magnetvoo suunda sujuvalt, pingestades 3 faasi, nii et rootor pöörleb sujuvalt. U-faasi, V-faasi ja W-faasi 12-kraadise pinge juhtimislülitid 2 mootori pööramiseks, sinusoidne juhtimine aga voolude täpset kontrolli 3 faasis. Lisaks on juhtväärtus vahelduvvoolu väärtus, mis muutub kogu aeg, muutes selle kontrollimise keerukamaks.

See on koht, kus tuleb vektorjuhtimine. Vektori juhtimine lihtsustab juhtimist, arvutades kolme faasi vahelduvvoolu väärtused kahe faasi alalisvoolu väärtustena koordinaatide muundamise kaudu. Vektori juhtimise arvutused nõuavad aga rootori positsiooni teavet kõrge eraldusvõimega. Asendi tuvastamiseks on kaks meetodit, nimelt meetodil, mis kasutab positsioonindurid, näiteks fotoelektrilised kooderid või nurgandurid, ja anduritu meetodil, mis ekstrapoleerib iga faasi vooluväärtused. See koordinaatide teisendamine võimaldab pöördemomendiga (pöörlemisjõuga) seotud praegust väärtust otsest kontrollida, realiseerides sellega tõhusa kontrolli ilma liigse vooluta.

Vektori juhtimine nõuab aga koordinaatide muundamist, kasutades trigonomeetrilisi funktsioone või keerulist arvutuse töötlemist. Seetõttu kasutatakse enamikul juhtudel kõrge arvutusvõimsusega mikroarvuteid kontrollmikroarvutitena, näiteks FPU -dega varustatud mikroarvutitena (ujukomaühikud).

Harjadeta alalisvoolu mootor (BLDC: BrushlessDirectCurrentMotor), mida tuntakse ka kui elektrooniliselt konnatud mootorit (ECM või EC mootor) või sünkroonset alalisvoolu mootorit, on sünkroonmootor, mis kasutab alalisvoolu (DC) toiteallikat.

Harjadeta alalisvoolumootor (BLDC: harjadeta alalisvoolumootor) on sisuliselt püsiv magnetiline sünkroonmootor, millel on positsiooni tagasiside, mis kasutab alalisvoolu toitesisendit ja muundurit, et muuta see kolmefaasiliseks vahelduvvoolu toiteallikaks. A Harjadeta mootor (BLDC: harjadeta otsevoolu mootor) on isekommuteeritud tüüp (enese suunamine) ja seetõttu on selle juhtimiseks keerukam.

https://www.holrymotor.com/brushless-motors.html

BLDC mootor (BrushlessDirectCurrentMotor) juhtimine nõuab teadmist rootori asendi ja mehhanismi kohta, mille abil mootor parandatakse ja juhitakse. Suletud ahela kiiruse juhtimiseks on kaks lisanõudeid, rootori kiiruse/ või mootori voolu mõõtmine ja PWM-signaal mootori kiiruse võimsuse juhtimiseks.

BLDC mootorid (BrushlessDirectCurrentMotor) saavad sõltuvalt rakendusnõuetest kasutada kas külg- või keskpunktiga joondatud PWM-signaale. Enamikus ainult kiirusevahetuse tööt vajavate rakenduste abil kasutatakse kuut eraldi küljega joondatud PWM -signaali. See tagab kõrgeima eraldusvõime. Kui rakendus nõuab serveri positsioneerimist, energiapidustamist või energiaperioodi, on soovitatav täiendava keskpunktiga joondatud PWM-signaale.

Rootori asendi mõistmiseks kasutavad BLDC mootorid (BrushlessDirectCurrentMotor) Halli efekti andureid, et tagada absoluutse positsiooni tuvastamine. Selle tulemuseks on rohkem juhtmeid ja suuremaid kulusid. Anduritu BLDC juhtimine välistab vajaduse esiandurite järele ja selle asemel kasutab rootori asendi ennustamiseks mootori vastu elektromotoorset jõudu (elektromotoorne jõud). Anduritu juhtimine on kriitilise tähtsusega odavate muutuva kiirusega rakenduste jaoks nagu ventilaatorid ja pumbad. BLDC mootorite (harjadeta alalisvoolu mootorite) kasutamisel on vaja ka anduriteta juhtimist ka külmkapi ja kliimaseadmete kompressorite jaoks.

Seal on igasuguseid mootoreid ja BLDC mootor on tänapäeval kõige ideaalsem kiirusemootor. See ühendab alalisvoolumootorite ja vahelduvvoolumootorite eelised koos alalisvoolu mootorite hea kohanemise ja vahelduvvoolumootorite eelistega, näiteks lihtne struktuur, kommutatsiooni säde, usaldusväärne töö ja lihtne hooldus. Seetõttu on see turul väga populaarne ja seda kasutatakse laialdaselt autodes, koduseadmetes, tööstusseadmetes ja muudes põldudes.

Harjadeta alalisvoolumootor ületab harja DC mootori loomupärased defektid ja asendab mehaanilise kommutaatori elektroonilise kommutaatoriga, nii et harjadeta alalisvoolu mootoril on DC -mootori omadused hea kiiruse reguleerimise jõudlusega ning sellel on ka AC -mootori eelised lihtsa struktuuriga, ilma kommuteeritavate sädemeteta, usaldusväärsete töödeta ja kerge hooldamisega.

Harjadeta alalisvoolu mootor (BrushlessDirectCurrentMotor) on tänapäeval kõige ideaalsem kiiruse juhtimismootor. See ühendab alalisvoolumootorite ja vahelduvvoolumootorite eelised koos alalisvoolumootorite hea kohanemise ja vahelduvvoolu mootorite eelistega, näiteks lihtne struktuur, kommutatsiooni sädemed, usaldusväärne töö ja lihtne hooldus.

Harjadeta alalisvoolu mootor (harjadetaDirectCurrentMotor) Arenguajalugu

Harjadeta alalisvoolumootorid arendatakse harjamootorite põhjal ja nende struktuur on keerukam kui pintslimootorid. Harjadeta alalisvoolu mootor koosneb mootori kerest ja juhist. Erinevalt harjatud alalisvoolumootorist, harjadeta alalisvoolumootorit (harjadetaDirectCurrentMotor) ei kasuta mehaanilist pintsli seadet, vaid võtab kasutusele ruudukujulise laine enesekontrolli püsiva sünkroonmootori ja asendab süsinikharja kommutaatorit saali anduriga ning kasutab rootoorse püsiva magnetimaterjalina neodmium-rauda-booronit. (Tuleb märkida, et eelmisel sajandil elektrimootori sündimise ajal olid tekkinud praktilised mootorid harjadeta kujul.)

1740ndad: elektrimootori leiutise algus

Elektrimootori varajased mudelid ilmusid esmakordselt 1740. aastatel Šoti teadlase Andrew Gordoni töö kaudu. Teised teadlased, näiteks Michael Faraday ja Joseph Henry, jätkasid varajaste mootorite väljatöötamist, katsetades elektromagnetilisi väljasid ja avastades, kuidas muuta elektrienergiat mehaaniliseks energiaks.

1832: esimese kommutaatori alalisvoolu leiutis

Esimese DC -mootori, mis suutis masinate juhtimiseks piisavalt jõudu pakkuda, leiutas Briti füüsik William Sturgeon 1832. aastal, kuid selle rakendamine oli vähese võimsusega väljundi tõttu tugevalt piiratud, mis oli endiselt tehniliselt vigane.

1834: Esimene tõeline elektrimootor on ehitatud

Pärast Sturgeoni jälgedes tegi Thomas Davenport USA-st Vermontist ajaloo, leiutades 1834. aastal esimese ametliku akuga elektrimootori. See oli esimene elektrimootor, millel oli piisavalt võimsust oma ülesande täitmiseks, ja tema leiutist kasutati väikese printimise ajakirjanduse toiteks.

Homas ja Emily Davenporti patenteeritud mootor

1886: Praktilise DC mootori leiutis    

Aastal 1886 võeti kasutusele esimene praktiline alalisvoolu mootor, mis võis muutuva kaaluga püsivalt kiirustada. Frankjulian Sprague oli selle leiutaja.

Frank Julian Sprague'i 'utiliidi' mootor

Väärib märkimist, et kommunaalteenuste mootor oli vahelduvvoolu oravapaagi asünkroonmootori harjadeta vorm, mis mitte ainult ei kõrvaldanud sädemeid ja pingekadusid mähiste klemmides, vaid võimaldas ka energiat püsiva kiirusega kohale toimetada. Asünkroonsel mootoril oli aga palju ületamatuid puudusi, nii et motoorse tehnoloogia arendamine oli aeglane.

1887: AC induktsioonimootor patenteeritud

1887. aastal leiutas Nikola Tesla vahelduvvoolu induktsioonimootori (acinductionMotor), mille ta edukalt patenteeris aasta hiljem. See ei sobinud maanteesõidukites kasutamiseks, kuid hiljem kohandasid seda Westinghouse Engineers. 1892 kavandati esimene praktiline induktsioonmootor, millele järgnes pöörlev baasraua rootor, muutes mootori sobivaks autotööstuseks.

1891: kolmefaasilise mootori arendamine

1891. aastal alustas General Electric kolmefaasilise induktsioonimootori (Threephasemotor) väljatöötamist. Haava rootori disaini kasutamiseks allkirjastasid GE ja Westinghouse 1896. aastal litsentsimislepingu.

1955: DC harjadeta mootori ajastu algus

1955. aastal Ameerika Ühendriigid d. Harrison ja teised kandideerisid esimest korda Transistori kommutatsiooniliiniga pintsli DC -mootori mehaanilise harja patendi asemel, tähistades ametlikult tänapäevase harjadeta alalisvoolu mootori (BrushlessDirectCurrentMotor) sündi. Kuid sel ajal polnud mootori rootori asendi tuvastamise seadet, mootor ei olnud võimalust alustada.

1962: Esimene harjadeta alalisvoolu (BLDC) mootor leiutati tänu 1960. aastate alguses tahke osariigi tehnoloogia edusammudele. 1962. aastal leiutasid TGWILSON ja PHTRICKEY esimese BLDC mootori, mida nad nimetasid tahkis-kommuteeritud alalisvoolu mootoriks . Võtmeelement Harjadeta mootor oli see, et see ei vajanud füüsilist kommutaatorit, muutes selle arvutikeskuste draivide, robotite ja lennukite jaoks kõige populaarsemaks.

Nad kasutasid saali elemente rootori asendi tuvastamiseks ja mähise voolu faasimuutuse kontrollimiseks, et muuta harjadeta alalisvoolu mootorid, kuid neid piirasid transistori maht ja suhteliselt madal mootorivõimsus.

1970ndad kuni praeguseni: harjadeta alalisvoolu rakenduste kiire areng

Alates 1970. aastatest koos uute võimsuse pooljuhtseadmete (näiteks GTR, MOSFET, IGBT, IPM), arvutikontrolli tehnoloogia (mikrokontroller, DSP, uue juhtimisteooriate) kiire arenguga, aga ka suure jõudlusega harvaesineva maante-magnetiliste magnetiliste magnetiliste materjalide (näiteks samarium-nody-boroon), nagu samarium-boroon) kiire arengu kiire areng (nagu kaharbed), aga ka suure jõudlusega teooriad (näiteks harjakehad), aga ka suure jõudlusega. kiiresti arenenud. BrushlessDirectCurrentMotor) on kiiresti välja töötatud ja võime suureneb. Tehnoloogiapõhine tööstusareng koos Mac Classic Brushless DC mootori ja selle juhi kasutuselevõtuga 1978. aastal, samuti ruutlaine uurimine ja arendamine Pintsleerita mootor ja siinuslaineharjadeta alalisvoolu mootor 80ndatel hakkasid harjadeta mootorid tõesti praktilisse etappi sisenema ja kiiret arengut saama.

Harjadeta alalisvoolumootori üldstruktuur ja põhimõte

Harjadeta alalisvoolu mootor (harjadetaDirectCurrentMotor) koosneb sünkroonsest mootorist ja juhist, mis on tüüpiline mehhatrooniline toode. Sünkroonmootori staatori mähis tehakse enamasti kolmefaasiliseks sümmeetriliseks täheühenduseks, mis on väga sarnane kolmefaasilise asünkroonmootoriga.

BLDCM -juhtimissüsteemi struktuur sisaldab kolme peamist osa: mootori korpus, sõiduahela ja juhtimisahela. Tööprotsessis kogub ja töötleb juhtimisahela mootori pinge-, voolu- ja rootori asendi teave vastavate juhtimissignaalide genereerimiseks ning ajami vooluring juhib mootori kere pärast juhtsignaalide saamist.

Harjadeta alalisvoolu mootor (harjadetaDirectCurrentMotor) koosneb peamiselt mähiste mähistega staatorist, püsimagnetimaterjalist valmistatud rootori ja asendianduriga. Vajadusel võib asendiandurit ka mitte konfigureerimata jätta.

Staator

BLDC mootori staatori struktuur on sarnane induktsioonmootori omaga. See koosneb virnastatud terasest lamineerimistest, millel on aksiaalsed sooned mähiseks. BLDC mähised erinevad pisut tavalistes induktsioonmootorites.

BLDC mootori staator

Tavaliselt koosnevad enamik BLDC mootoreid kolmest staatori mähisest, mis on ühendatud tähega või 'y ' kujuga (neutraalne). Lisaks jagunevad mähiste ühenduste põhjal staatori mähised täiendavalt trapetsikujulisteks ja sinusoidaalseteks mootoriteks.

BLDC mootoriga elektromotoorse jõud

Trapetsikujulises mootoris on nii ajami voolul kui ka vastu elektromotoorsel jõudul trapetsikuju (sinusoidaalne sinusoidaalse mootori puhul). Tavaliselt kasutatakse autotööstuses ja robootikas (hübriidiautod ja robotrelvad) hinnaga 48 V (või vähem) hinnatud mootoreid.

Rootor

BLDC mootori rootori osa koosneb püsimagnetitest (tavaliselt haruldaste maade sulamist magnetid, näiteks neodüüm (ND), Samarium koobalt (SMCO) ja neodüümraudne booron (NDFEB).

Sõltuvalt rakendusest võib pooluste arv varieeruda kahest kuni kaheksast, põhjapoolus (n) ja lõunapoolus (id) paigutatakse vaheldumisi. Allolev skeem näitab kolme erinevat magnetposti paigutust.

a) Magnet asetatakse rootori perifeeriale.

(b) Rootor, mida nimetatakse elektromagnetiliselt manustatud rootoriks, milles on rootor südamikusse manustatud ristkülikukujuline püsiv magnet.

c) Magnet sisestatakse rootori südamikku. 

BLDC mootori rootori asendi andur (saali andur)

Kuna BLDC mootorites pole pintsleid, kontrollitakse kommutatsiooni elektrooniliselt. Mootori pööramiseks tuleb staatori mähised olla järjestikused ja rootori asukoht (st rootori põhja- ja lõunapoolused) tuleb teada saada, et täpseks pingeliseks staatori mähiste komplekti täpseks pingestada.

Rootori asukoha tuvastamiseks ja elektrisignaaliks teisendamiseks kasutatakse tavaliselt saali andureid (töötavat saali andureid (töötavad). Enamik BLDC mootoreid kasutab rootori asukoha tuvastamiseks kolme saali andurit, mis on manustatud staatorisse.

Halli andurid on teatud tüüpi andurid, mis põhinevad Halli efektil, mille avastas Ameerika füüsikuhall esmakordselt 1879. aastal metalliliste materjalidega, kuid mida ei kasutatud, kuna metalliliste materjalide saali efekt oli liiga nõrk. Pooljuhtimistehnoloogia väljatöötamisega hakkas saali efekti tõttu kasutama pooljuhtmaterjale, kuna saali efekt on märkimisväärne ning seda on rakendatud ja välja töötatud. Saali andur on andur, mis genereerib väljundpinge impulsi, kui vahelduv magnetväli möödub. Impulsi amplituud määratakse ergastusmagnetvälja välja tugevuse järgi. Seetõttu ei vaja saali andurid välist toiteallikat.

Saali anduri väljund on kõrge või madal sõltuvalt sellest, kas rootori põhjapoolus on lõunapoolus või põhjapooluse lähedal. Kolme anduri tulemuste kombineerimisega saab kindlaks määrata täpse pingestamise jada.

Erinevalt harjatud alalisvoolumootoritest, kus staatori ja rootor on täielikult vastupidised, seatakse armatuuri mähised staatori küljele ja kvaliteetset püsivat magnetmaterjali on rootori küljele seatud, BLDCM-i mootori kere struktuur koosneb staatori armatuuriarmaturi mäestikust, püsimagnetilisest mäestikust ja positsioonilisest anduritest ja kolmest phasist kerkist ühtlasi, mis on paigutatud ühtlaseks. Nurk faaside vahel vastavalt. See struktuur erineb puhtalt harjatud alalisvoolu mootorist ja sarnaneb vahelduvvoolu mootori staatori mähise struktuuriga, kuid ruudukujulise laine vahelduvvoolu võimsus tarnitakse mootorile ajamiskeemi abil selle töötamisel.

BLDCM valib täissilla, kolmefaasilise, tähega ühendatud, kuue oleku, kahe-kahe juhtivuse režiimi, kus kaks MOSFET-i on ajamiskeemil samal ajal pingestatud, ja vastavalt sellele on mootori kehas olevad kahefaasilised staatori mähised järjestikku. Iga elektrooniline faas muutub üks kord, staatori magnetiline dünaamiline potentsiaal FA keeras 60 ° ruumi elektrinurga, on astmeline magnetiline dünaamiline potentsiaal, 60 ° ajavahemiku intervall, FA tegi hüppe. Ehkki rootor pöörleb pidevalt, kuid staatori magnetilise impulsi pöörlemisrežiim on samm, mis erineb tegelikust vahelduvvoolu sünkroonmootori pöörlevast magnetilisest impulsist .BLDCM FA ja rootori magnetiline impulss FF -ruumi nurk on alati vahemikus 60 ° ~ 120 ° perioodiliste muutuste vahemik, mis on 30 °, ja magnet, mis magnet ja magnet, see, mis Staction Stamption ja mis antakse, mis saab Staction, mis saab Station, mis see saab, mis see näitab, mis see saab. Keskmine maksimaalne elektromagnetiline pöördemoment t, tugev lohise püsiv magneti rootor pidev pöörlemine.

Tööpõhimõte Harjadeta alalisvoolu mootor sarnaneb harja DC mootoriga. Lorentzi vägede seadus väidab, et kui praegune vedav juht paigutatakse magnetväljale, allub see jõule. Reaktsioonijõu tõttu allutatakse magnetile võrdsete ja vastupidiste jõududega. Kui vool läbitakse läbi mähise, genereeritakse magnetväli, mida ajendavad staatori magnetpostid, homopolaarsused tõrjuvad üksteist ja anisotroopsed poolused köidavad üksteist. Kui mähises oleva voolu suunda muudetakse pidevalt, siis muutuvad ka rootoris indutseeritud magnetvälja poolused pidevalt ja seejärel pöörleb rootor kogu aeg magnetvälja toimimisel.

BLDC mootorites on liikuvad püsimagnetid (rootor), samal ajal kui voolu kandv juht (staalik) on fikseeritud.

BLDC mootori tööskeem

Kui staatori mähis saab toiteallikast toite, saab sellest elektromagnet ja hakkab tootma õhuvahel ühtlast magnetvälja. Lüliti genereerib trapetsikujuga vahelduvpinge lainekuju, hoolimata asjaolust, et toiteallikas on alalisvool. Rootor pöörleb jätkuvalt elektromagnetilise staatori ja püsimagneti rootori vahelise interaktsioonijõu tõttu.

Lülitades mähised kõrgetele ja madalatele signaalidele, on vastavad mähised erutatud nagu põhja- ja lõunapoolused. Lõuna- ja põhjapostidega püsimagnetrootor on joondatud staatori poolustega, mis põhjustab mootori pöörlemist.

BLDC mootori tööskeemid ühe- ja kahepooluseliste BLDC mootorite jaoks

Harjadeta alalisvoolumootorid on kolmes konfiguratsioonis: ühefaasiline, kahefaasiline ja kolmefaasiline. Nende hulgas on kõige tavalisem kolmefaasiline BLDC.

(3) harjadeta alalisvoolu mootori sõidumeetodid

Sõidumeetod Harjadeta alalisvoolu mootori saab erinevate kategooriate kohaselt jagada erinevateks sõidumeetoditeks:

Vastavalt ajamilainekujule: ruudukujulise laine ajam on see ajami meetod mugav realiseerida, mootorit on lihtne realiseerida ilma positsioonianduri juhtimiseta.

Sinusoidaalne ajam: see ajamimeetod võib parandada mootori töö efekti ja muuta väljundmomendi vormiriietuse, kuid realiseerimisprotsess on suhteliselt keeruline. Samal ajal on sellel meetodil SPWM ja SVPWM (kosmosevektor PWM) kahel viisil, SVPWM on parem kui SPW.

(4) harjadeta alalisvoolu mootori eelised ja puudused

Eelised:

▷   Suur väljundvõimsus

▷ Vähesuurus ja kaal 

▷ Hea soojuse hajumine ja kõrge efektiivsus 

▷ Lai vahemik töökiirusi ja madal elektriline müra. 

▷ Kõrge usaldusväärsus ja madala hooldusnõuded. 

▷ kõrge dünaamiline vastus 

▷ Madal elektromagnetiline häire

Ebapiisav:

▶ Selle mootori juhtimiseks vajalik elektrooniline kontroller on kallis 

▶ Vajalik on keeruline ajam 

▶ Vaja on lisaasendi andureid (FOC -i ei kasutata)

5） Harjadeta alalisvoolu mootori pealekandmine

Harjadeta alalisvoolu mootoreid kasutatakse laialdaselt erinevates rakendusvajadustes, näiteks tööstuslik juhtimine (harjadeta alalisvoolumootorid mängivad olulist rolli tööstuslikus tootmises, nagu tekstiili, metallurgia, printimine, automatiseeritud tootmisliinid, CNC tööpinnad jne), autotööstus (mootorid leidub klaasipunktides, toiteustetes, autokonditsioneerides, autosõidukites, autosüsteemil, automatiseerides, automatiseerides, automatiseerimissüsteemides, automatiseerimissüsteemides, automatiseerides, automatiseerides, automatiseerides, automatiseerides, automatiseerides, automatiseerides, automatiseerides, automatiseerides. Kõvakettad ajamid, diskettide draivid, filmikaamerad jne, oma spindli ja tütarettevõtte liikumise juhitud kontrolli all, kõik on harjadeta alalisvoolumootorid .) Lisaks on tervishoiuseadmeid (harjadeta alalisvoolumootorite kasutamine on tavalisem, neid saab kunstliku südamega väikese verepumba juhtimiseks kasutada; riigis kasutatavad pintsleid ja positsioonil olevad koormused, mis on sellised, kui sellised koormused ja positsioonil olevad koormused, kirurgilise kiire tsentrifuugide, termiliste kuvamise ja termomeetria kirurgilise kiire aparaadi jaoks.

Erinevused harjadeta alalisvoolu mootorite ja harjatud alalisvoolu mootorite vahel

Projekti kategooria	Harjadeta alalisvoolu mootor	Pintsel alalisvool mootor
Struktuur	Püsiv magnet rootorina, elektrivedu staatorina	Püsiv magnet rootorina, elektrivedu staatorina
Mähised ja mähised	Harjatud motoorsed omadused, pikk eluiga, häireteta, hooldust ei toimu, madal müra, kõrge hind.	Soojuse hajumine
Hea	Vaene	Kommutatsioon
Elektrooniline lülituskommutaator elektrooniliste vooluringidega	Mehaaniline kontakt harja ja alaldi vahel	Rootori asendi andur
Saali elemendid, optilised kooderid jne või kontrapotentsiaalgeneraatorid	Ise levitamine pintslite poolt	Ise levitamine pintslite poolt
Ümberpööramine	Elektroonilise roolimisvahendi lülitusjärjestuse muutmine	Klemmipinge polaarsuse muutmine
Eeliste ja puuduste võrdlus	Head mehaanilised ja kontrollomadused, pikk eluiga, häireteta, madala hääl, kuid kõrgemad kulud.	Head mehaanilised omadused ja kontroll, kõrge müra, elektromagnetilised häired

Harjadeta alalisvoolu mootorite ja harjatud alalisvoolu mootorite võrdlus

Globaalsed BLDC mootori tavatootjad (TOP10)

Praegu on BLDC tööstuse tippfirmade hulka ABB, AMTEK, NIDEC, MINEBEA GROUP, Textronic, United Motion Technologies, Baldor Electronics, Põhja -Ameerika elektriettevõte, Schneider Electric ja Regalbeloit Corporation.

Sissejuhatus harjadeta alalisvoolumootoritesse

Harjadeta alalisvoolu mootor (BLDC) on sünkroonmootori tüüp, milles staatori genereeritud magnetväli ja rootori genereeritud magnetväli on sama sagedusega. Seda kasutatakse laialdaselt suure väljundvõimsuse, madala elektrilise müra, kõrge töökindluse, kõrge dünaamilise reageerimise, vähem elektromagnetilise häire ja parema kiiruse torkimise tõttu.

Harjadeta alalisvoolu mootori sisemine struktuur

A struktuur DC harjadeta mootor on näidatud allpool (näitena pilus, väline rootor, andurita mootor):

Harjadeta mootor koosneb esiküljest, keskmisest katest, magnetist, räni terasest lehest, emailitud traat, laager, pöörlev võll ja tagakatte. Nende hulgas moodustavad mootori rootori magnet, laager ja pöörlev võll; Mootori staator koosneb räni terasest lehest ja emailitud traadist. Esikülg, keskmine kate ja tagakaas koosnevad mootori kestast. Olulisi komponente kirjeldatakse järgmises tabelis:

	Komponendid	Kirjeldus
Rootor	Magnet	Harjadeta mootori oluline komponent. Valdav enamus harjadeta mootori jõudlusparameetritest on sellega seotud;
	Rotatsiooni telg	Rootori otseselt rõhutatud osa;
	Laager	On mootori sujuva töö garantii; Praegu kasutavad enamik harjadeta mootoreid sügava soone kuullaagreid;
Rootor	Räni terasest leht	Räni terasest leht on pesaga harjadeta mootori oluline osa, peamine funktsioon on vähendada magnettakistust ja osaleda magnetilise vooluahela töös;
	Emailitud traat	Mähise mähise pingestatud juhtina; Voolu vahelduva sageduse ja lainekuju kaudu moodustatakse staatori ümber magnetväli, et rootor pöörlemiseks juhtida;

Rootori kirjeldus

A rootor a Harjadeta alalisvoolumootor (BLDC) on valmistatud püsimagnetitest, mille mitu poosi on paigutatud vaheldumisi vastavalt N- ja S-poolusele (hõlmab pooluse parameetrit).

Rootori magneti ristlõige

Staatori kirjeldus

A -staator a Harjadeta alalisvoolumootor (BLDC) koosneb räni terasest lehest (joonis allpool), mille staatori mähised on asetatud aksiaalselt piki siseteljele lõigatud pesadesse (kaasatud on südamikupostide parameetri arv (pilude arv n)). Iga staatori mähis koosneb paljudest üksteisega ühendatud mähistest. Tavaliselt jaotatakse mähised kolme ühendatud tähemustris.

Kolmekordselt ühendatud tähehaava mähised vastavalt mähiste ühendamisviisile saab staatori mähised jagada trapetsikujulisteks ja sinusoidaalseteks mähisteks. Erinevus nende kahe vahel on peamiselt genereeritud vastu elektromotoorse jõu lainekuju. Nagu nimigi ütleb: trapetsikujuline staatori mähis tekitab trapetsikujulise vastu elektromotoorse jõu ja sinusoidaalne mähis toodab sinusoidaalset loenduri elektromotoorset jõudu. See on näidatud alloleval joonisel:   

PS: Kui mootorit tarnitakse ilma koormuseta, saab lainekuju mõõta ostsilloskoobi abil.

02 Harjadeta alalisvoolumootorite klassifikatsioon

Harjadeta alalisvoolu mootori klassifikatsiooni kirjeldus

Rootori jaotuse kohaselt saab harjadeta alalisvoolu mootori (BLDC) jagada sisemise rootori mootor, välise rootori mootor; Vastavalt ajamifaasile võib jagada ühefaasiliseks mootoriks, kahefaasiliseks mootoriks, kolmefaasiliseks mootoriks (kõige tavalisem kasutamine); vastavalt sellele, kas andur jaguneb sensoorseteks mootoriteks ja mittesensoorseteks mootoriteks jne; Mootorite klassifikatsioone on palju, kosmose põhjus, et mitte siin olla, et kirjeldada vendi, kes on huvitatud nende endi mõistmisest.

Sise- ja välimine rootori mootori kirjeldus

Harjadeta mootorid saab vastavalt rootori ja staatori reastruktuurile jagada rootori välisteks mootoriteks ja sisemisteks mootoriteks (nagu allpool näidatud).

Mootor	Kirjeldav
Välimine rootori mootor	Sisemine pingestatud mähise mähis toimib staaliks ja püsimagnetid ühendatakse rootoriga korpusega; Tavaliselt: rootor on väljas ja staatori sees;
Siseroo rootori mootor	Sisemised püsimagnetid on võlliga ühendatud rootorina, pingestatud mähise mähise ja kestaga staaliks. Tavaliselt: rootor sees, staator väljas;

Erinevus sisemise ja välise rootori mootori vahel

Lisaks erinevale rootorile ja staatori järjestamisele on sisemise ja välise rootori mootorite vahel ka erinevused järgmiselt:

Omadused	Siseroo rootori mootor	Välimine rootori mootor
Toitetihedus	Kõrgem	Madalam
Kiirus	Kõrgem	Madalam
Madalam stabiilsus	Madalam	Kõrgem
Maksumus	Suhteliselt kõrgem suhteliselt	Madalam
Soojuse hajumine	Keskpärane	Hullem parem
Pooluspaarid	Vähem	Rohkem

03 DC harjadeta mootori parameetrid

Harjadeta mootori parameetrid

Parameeter	Kirjeldus
Hinnatud pinge	Harjadeta mootorite jaoks sobivad need väga laia tööpinge jaoks ja see parameeter on tööpinge määratud koormustingimustes.
Kv väärtus	Füüsiline tähtsus: kiirus minutis alla 1 V tööpinge, see tähendab: kiirus (koormust puudub) = KV väärtus * Pintsleerivate mootorite tööpinge suuruse spetsifikatsioonidega: 1. Möödapingutuste arv on suur, KV väärtus on madal, maksimaalne väljundvool on väike ja pöördemoment on suur; 2.. Vähem mähise pöördeid, kõrge kv väärtus, maksimaalne väljundvool, väike pöördemoment;
Pöördemoment ja kiirus	Pöördemoment (hetk, pöördemoment): mootoris oleva rootori tekitatud sõidumomendi saab kasutada mehaanilise koormuse juhtimiseks; Kiirus: mootori kiirus minutis;
Maksimaalne vool	Maksimaalne vool, mis talub ohutult ja töötab
Küna struktuur	Tuumapostide arv (pesade arv n): Staatori räni terasest lehe pilude arv; Magnetiliste terastepostide arv (pooluse arv P): rootoril magnetrase arv;
Staatori induktiivsus	Induktiivsus staatori mõlemas otsas mootori puhkeasendis
Staatori takistus	Mootori iga faasi mähise alalisvoolu takistus 20 ℃ juures
Mootori iga faasi mähise alalisvoolu takistus 20 ℃ juures	Mootori mähise avamisel määratletud tingimustel on armatuuri mähises tekkinud lineaarse indutseeritud elektromotoorse jõu väärtus kiiruseühiku kohta

BLDC mootori juhtimine

BLDC mootori juhtimisalgoritmid

Harjadeta mootorid on enesekommuteeriva tüübiga (enesesuuna lülitamine) ja seetõttu on nende juhtimine keerulisem.

BLDC mootori juhtimine nõuab teadmisi rootori asendi ja mehhanismi kohta, mille abil mootor läbib rektifitseerimise. Suletud ahela kiiruse juhtimiseks on kaks lisanõudeid, st mootori kiiruse juhtimise juhtimiseks rootori kiiruse/ või mootori voolu mõõtmised ja PWM-signaalid.

BLDC mootoritel võivad sõltuvalt rakendusnõuetest olla kas kõrvaljoondatud või keskpunktiga PWM-signaalid. Enamik rakendusi nõuab ainult kiiruse muutmist ja kasutab 6 eraldi küljega joondatud PWM -signaali.

See tagab kõrgeima eraldusvõime. Kui rakendus nõuab serveri positsioneerimist, energiapidustamist või energiaperioodi, on soovitatav täiendava keskpunktiga joondatud PWM-signaale. Rootori positsiooni tajumiseks kasutavad BLDC mootorid Halli efekti andureid, et tagada absoluutse positsiooni tuvastamine. Selle tulemuseks on rohkem juhtmeid ja suuremaid kulusid. Anduritu BLDC juhtimine välistab vajaduse esiandurite järele ja selle asemel kasutab rootori asendi ennustamiseks mootori vastu elektromotoorset jõudu (elektromotoorne jõud). Anduritu juhtimine on kriitilise tähtsusega odavate muutuva kiirusega rakenduste jaoks nagu ventilaatorid ja pumbad. BLDC mootorite kasutamisel on vaja ka anduriteta juhtimist ka külmkapi ja kliimaseadmete kompressorite jaoks.

Ajavahetuseta sisestamine ja toidulisand

Enamik BLDC mootoreid ei vaja täiendavat PWM-i, laadimata aja sisestamist ega laadimisaja kompenseerimist. Ainsad BLDC rakendused, mis võivad neid funktsioone nõuda, on suure jõudlusega BLDC servomootorid, siinuslaine ergastatud BLDC mootorid, harjadeta vahelduvvoolu või arvuti sünkroonmootorid.

Juhtimisalgoritmid

BLDC mootorite kontrollimiseks kasutatakse palju erinevaid juhtimisalgoritme. Tavaliselt kasutatakse mootori pinge juhtimiseks lineaarsete regulaatoritena energiatransistore. See lähenemisviis ei ole suure võimsusega mootorite juhtimisel otstarbekas. Suure võimsusega mootorid peavad olema PWM-i kontrollitud ja vajavad käivitus- ja juhtimisfunktsioonide tagamiseks mikrokontrollerit.

Juhtimisalgoritm peab esitama järgmised kolm funktsiooni:

PWM -pinge mootori kiiruse juhtimiseks

Mootori parandamise ja peksastamise mehhanism

Rootori asendi ennustamise meetodid, kasutades vastupidist elektromotoorse jõu või saali andureid

Impulsi laiuse modulatsiooni kasutatakse ainult mootori mähiste jaoks muutuva pinge rakendamiseks. Tõhus pinge on võrdeline PWM -i töötsükliga. Kui saavutatakse alaldi kommutatsioon, on BLDC pöördemomendi kiiruse omadused samad kui järgmiste alalisvoolumootorite omadused. Muutuvat pinget saab kasutada mootori kiiruse ja muutuva pöördemomendi juhtimiseks.

Võimsuse transistori kommutatsioon võimaldab staatoris sobivat mähist genereerida sõltuvalt rootori asendist parim pöördemoment. BLDC mootoris peab MCU teadma rootori asukohta ja suutma kommutatsiooni õigel ajal teha.

BLDC motoorse trapetsooida kommutatsioon

Üks lihtsamaid meetodeid DC -harjadeta mootorid on kasutamine nn trapetsikujuliseks kommuteerimiseks.

Selle skemaatilise diagrammi BLDC mootorite redeli kontrolleri lihtsustatud plokkskeem

Selles skeemis juhivad voolu korraga mootor klemmid, kolmas mootor klemm on toiteallikast alati elektrooniliselt lahti ühendatud.    

Digitaalsignaalide saamiseks kasutatakse suurt mootorisse manustatud kolme saali seadet, mis mõõdavad rootori asukohta 60 -kraadises sektoris ja edastavad seda teavet mootori kontrollerile. Kuna praegune vool on kahel mähisel korraga võrdne ja kolmandal null, toodab see meetod praeguse kosmosevektori, millel on ainult üks kuuest ühisest suunast. Kui mootor on suunatud, lülitatakse mootor klemmidel voolu elektriliselt (leevendatud kommutatsioon) 60 -aastase pöörlemisastme kohta, seega on praegune kosmosevektor alati lähimas 90 -kraadises faasis nihkes.

30 kraadi positsioon

Trapetsikujuline kontroll: ajami lainekuju ja pöördemoment alaldi juures

Seetõttu on iga mähise praegune lainekuju trapetsikujuline, alustades nullist ja läheb positiivse vooluni, siis null ja siis negatiivne vool. See loob praeguse kosmosevektori, mis läheneb tasakaalustatud pöörlemisele, kui rootori pöörlemisel astub see üles 6 erinevas suunas.

Mootorirakendustes nagu kliimaseadmed ja külmikud ei ole saali andurite kasutamine konstant. Ühendamata mähistes indutseeritud vastupidiseid andureid saab kasutada samade tulemuste saavutamiseks.

Sellised trapetsikumissüsteemid on nende juhtimisahelate lihtsuse tõttu väga levinud, kuid need kannatavad parandamise ajal pöördemomendi pulsatsiooniprobleemide all.

Sinusoidaalne parandatud kommutatsioon BLDC mootoritele

Trapetsikujuline alaldi kommutatsioon ei ole tasakaalustatud ja täpse BLDC mootori juhtimise tagamiseks piisav. See on peamiselt seetõttu, et pöördemoment on tekkinud kolmefaasis Harjadeta mootor (sinusoidaalse laine loenduri elektromotoorse jõuga) on määratletud järgmise võrrandiga:

Pöörlev võlli pöördemoment = KT [irsin (O)+ISSIN (O+120)+ITSIN (O+240)]

Kus: o on pöörleva võlli elektrinurk KT on mootori IR pöördemomendi konstant, ja see faasivoolu jaoks, kui faasivool on sinusoidaalne: ir = i0sino; IS = I0SIN (+120O); IT = I0SIN (+240O)

saab: pöörlev võlli pöördemoment = 1,5i0 * kt (pöörleva võlli nurgast sõltumatu)

Sinusoidaalne alaldi kommuteeritud harjadeta mootorikontroller püüab juhtida kolme mootori mähist kolme vooluga, mis mootori pöörlemisel sujuvalt varieeruvad. Nende voolude sellega seotud faasid valitakse nii, et need toodaksid rootori voolu sujuvaid kosmosevektoreid rootori ortogonaalses suunas invariantsusega. See välistab põhjaosaga seotud pöördemomendi pulsatsiooni ja roolimpulsid.

Mootori voolu sileda sinusoidaalse modulatsiooni genereerimiseks mootori pöörlemisel on vajalik rootori asendi täpne mõõtmine. Esikuseadmed annavad ainult rootori positsiooni umbkaudse arvutuse, mis pole selleks otstarbeks piisav. Sel põhjusel on vaja kooderi või sarnase seadme nurga tagasisidet.

BLDC motoorse siinuslaine kontrolleri lihtsustatud plokkskeem

Kuna mähkimisvoolud tuleb ühendada, et saada sileda konstantse rootori voolu vektor ja kuna kõik staatori mähised on paigutatud 120 -kraadise nurga all, peavad iga traadi kalda voolud olema sinusoidsed ja olema faasinihe 120 kraadi. Kooderi positsiooniteavet kasutatakse kahe siinuse laine sünteesimiseks, mille faasinihe nende kahe vahel on 120 kraadi. Seejärel korrutatakse need signaalid pöördemomendi käsuga, nii et siinuslaine amplituud on võrdeline vajaliku pöördemomendiga. Selle tulemusel on kaks sinusoidaalset voolu käsku korralikult järk -järgult, tekitades seega pöörleva staatori voolu kosmosevektori ortogonaalses suunas.

Sinusoidaalse voolu käsk annab välja paar PI -kontrollerit, mis moduleerivad voolu kahes sobivas mootori mähises. Kolmandas rootori mähises olev vool on kontrollitud mähisevoolude negatiivne summa ja seetõttu ei saa seda eraldi kontrollida. Iga Pi -kontrolleri väljund saadetakse PWM -modulaatorisse ning seejärel väljundsillale ja kahele mootori klemmile. Kolmandale mootori klemmile kantav pinge on saadud kahe esimese mähise jaoks rakendatud signaalide negatiivsest summast, mida kasutatakse vastavalt kolme sinusoidaalse pinge jaoks, mis on vastavalt 120 kraadi kaugusel.

Selle tulemusel jälgib tegelik väljundvool lainekuju täpselt sinusoidaalse voolu käsusignaali ja sellest tulenev vooluvektor pöörleb sujuvalt, et kvantitatiivselt stabiliseerida ja soovitud suunas orienteerida.

Sinusoidaalset alaldi juhtimist stabiliseeritud kontrolli tulemust ei saa trapetsikujulise alaldi juhtimisel üldiselt saavutada. Kuna see on kõrge efektiivsuse tõttu madala mootoriga kiirusel, eraldub see suure mootori kiirusega. See on tingitud asjaolust, et kiiruse suurenedes peavad praegused tagasivoolu kontrollerid jälgima sinusoidaalset signaali sageduse suurenemise kohta. Samal ajal peavad nad kiiruse suurenedes ületama mootori vastu elektromotoorse jõu, mis suureneb amplituud ja sagedus.

Kuna PI-kontrolleritel on piiratud võimendus ja sagedusreaktsioon, põhjustavad praeguse juhtimissilmuse ajalised häired faasi viivituse ja suurenevad mootori voolul vead, mis suurenevad suurema kiirusega. See segab praeguse kosmosevektori suunda rootori suhtes, põhjustades seega nihke kvadratuuri suunast.

Kui see juhtub, saab teatud koguse vooluga toota vähem pöördemomenti, nii et pöördemomendi säilitamiseks on vaja rohkem voolu. Tõhusus väheneb.

See langus jätkub kiiruse suurenemisel. Mingil hetkel ületab voolu faasi nihkumine 90 kraadi. Kui see juhtub, vähendatakse pöördemoment nullini. Sinusoidaalse kombinatsiooni kaudu põhjustab kiirus ülaltoodud selles punktis negatiivset pöördemomenti ja seetõttu ei saa seda realiseerida.

Vahelduvvoolu mootori juhtimisalgoritmid

Skalaarkontroll

Skalaarjuhtimine (või V/Hz juhtimine) on lihtne meetod käsumootori kiiruse juhtimiseks

Käsumootori püsiv olekumudelit kasutatakse peamiselt tehnoloogia saamiseks, nii et mööduv jõudlus pole võimalik. Süsteemil pole praegust silmi. Mootori juhtimiseks varieerub kolmefaasiline toiteallikas ainult amplituudi ja sageduse poolest.

Vektori juhtimine või magnetvälja orientatsiooni juhtimine

Mootori pöördemoment varieerub sõltuvalt staatori ja rootori magnetväljadest ja tippudest, kui kaks välja on üksteise suhtes ortogonaalsed. Skalalpõhises kontrollis varieerub kahe magnetvälja nurk märkimisväärselt.

Vektori juhtimine suudab vahelduvvoolu mootorites uuesti ortogonaalsust luua. Pöördemomendi juhtimiseks genereerib igaüks DC -masina reageerimise saavutamiseks genereeritud magnetvoolu. AC käsuga mootori vektorjuhtimine sarnaneb eraldi ergastatud alalisvoolu mootori juhtimisega.

DC -mootoris tekitab ergutusvoolu tekitatud magnetvälja energia φf, kui on armatuuri voolu tekitatud armatuuri voo jaoks ortogonaalne. Need magnetväljad lahutatakse ja stabiliseeritakse üksteise suhtes. Selle tulemusel, kui armatuuri voolu juhitakse pöördemomendi juhtimiseks, ei mõjuta magnetvälja energiat ja realiseerub kiirem mööduv vastus.

Kolmefaasilise vahelduvvoolu mootori väljale orienteeritud juhtimine (FOC) koosneb alalisvoolu mootori töö jäljendamisest. Kõik kontrollitud muutujad muudetakse matemaatiliselt AC asemel alalisvooluks. selle sihtrühma sõltumatu juhtimismoment ja voog.

Välja orientatsioonikontrolli (FOC) on kaks meetodit: otsene fookus: Rootori magnetvälja suund (rootorfluxAngle) arvutatakse otse voogude vaatleja kaudse fookusega: rootori magnetvälja suund (rootorfluxangle) saadakse kaudselt rootori kiiruse ja libisemise (libisemise) hindamise või mõõtmise teel.

Vektorikontroll nõuab teadmisi rootori voo positsiooni kohta ja seda saab arvutada täiustatud algoritmide abil, kasutades teadmisi terminali voolude ja pingete kohta (kasutades vahelduvvoolu induktsioonimootori dünaamilist mudelit). Rakendus seisukohast on aga arvutusressursside vajadus kriitilise tähtsusega.

Vektori juhtimisalgoritmide rakendamiseks saab kasutada erinevaid lähenemisviise. Reaktsiooni ja stabiilsuse suurendamiseks saab kõik kasutada edasisuunalisi tehnikaid, mudeli hindamist ja adaptiivset kontrolli tehnikat.

AC -mootorite vektorjuhtimine: sügavam mõistmine

Vektori juhtimisalgoritmi keskmes on kaks olulist konversiooni: Clarki muundamine, pargi muundamine ja nende pöördvõrdeline. Clarki ja pargi üleminekute kasutamine võimaldab juhtida rootori voolu rootori piirkonda. See võimaldab rootori juhtimissüsteemil määrata pinge, mis tuleks rootorile tarnida, et maksimeerida pöördemomenti dünaamiliselt erineva koormuse korral.

Clarki muundamine: Clarki matemaatiline muundamine muudab kolmefaasilise süsteemi kahe koordinaaltüsteemiks:

Kus IA ja IB on ortogonaalse tugipunkti komponendid ja IO on ebaoluline homoplanari komponent

Kolmefaasiline rootori vool versus pöörlev võrdlussüsteem

Pargi muundamine: Pargi matemaatiline muundamine teisendab kahesuunalise staatilise süsteemi pöörleva süsteemvekteriks.

Kahefaasiline α, β-raami esitus arvutatakse Clarke teisendamise teel ja seejärel juhitakse vektori pöörlemismoodulisse, kus see pöörab nurka θ, et see vastaks rootori energia külge kinnitatud d-le. Ülaltoodud võrrandi kohaselt realiseerub nurga θ muundamine.

AC Mootori magnetväljale orienteeritud vektorjuhtimise põhistruktuur

Clarke'i teisenduses kasutatakse nii kolmefaasilisi voolusid IA, IB kui ka IC, mis on fikseeritud koordinaatide staatori faasis, muudetakse ISD-ks ja ISQ-ks, millest saavad elemendid pargi teisenduses d, q. Clarke'i teisendus põhineb mootori voogude mudelil. AC -i induktsioonimootori elektrilise pöördemomendi arvutamiseks kasutatakse voolusid ISD, ISQ ja hetkeline voolunurk θ, mis arvutatakse mootori voo arvutamiseks.

AC -mootorite vektorikontrolli põhialused

Neid tuletatud väärtusi võrreldakse üksteisega ja võrdlusväärtustega ning värskendab PI -kontroller.

Tabel 1: Mootorisisese juhtimise ja vektori juhtimise võrdlus:

Juhtimisparameeter	V/Hz kontroll	Yari kontroll	Andurita sagitaalne kontroll
Kiiruse reguleerimine	1%	0 001%	0 05%
Pöördemomendi reguleerimine	Vaene	+/- 2%	+/- 5%
Mootorimudel	Mitte	Nõudlus	Vaja on täpset mudelit
MCU töötlemisjõud	Madal	Kõrge	Kõrge +DSP

Vektoripõhise mootori juhtimise loomupärane eelis on see, et sama põhimõtet on võimalik kasutada sobiva matemaatilise mudeli valimiseks, et eri tüüpi vahelduvvoolu, PM-AC või BLDC mootoreid eraldi juhtida.

BLDC mootori vektorjuhtimine

BLDC mootor on põllule orienteeritud vektorjuhtimise peamine valik. FOC -ga harjadeta mootorid võivad saavutada suurema tõhususe, kuni 95%ja on ka suure kiirusega mootorite jaoks väga tõhusad.

Astmemootorite juhtimine

Stepper Motor Control võtab tavaliselt kasutusele kahesuunalise ajami voolu ja selle mootori astumine realiseerub mähise järjestuses. Tavaliselt on sellisel astmemootoril 3 ajamijärjestust:

1. 
   

   Ühefaasiline täis Step Drive:

   
   

Selles režiimis on mähis järgmises järjekorras, AB/CD/BA/DC (BA tähendab, et mähise AB on vastupidises suunas). Seda järjestust nimetatakse ühefaasiliseks täissastme režiimiks või lainepõhiseks režiimiks. Korraga on ainult üks lisatasu.

2. kahefaasiline täis astmeline draiv:

Selles režiimis laaditakse kaks faasi kokku, nii et rootor on alati kahe pooluse vahel. Seda režiimi nimetatakse kahefaasiliseks täielikuks sammuks, see režiim on bipolaarse mootori tavaline draivijärjestus, saabgnaalide negatiivsest summast, e mähise jaoks rakendatud signaalide negatiivsest summast, mida kasutatakse vastavalt kolme sinusoidaals

3. pool astme režiim:

See režiim saab ühefaasilise sammu ja kahefaasilise sammuga toite: ühefaasiline võimsus ja seejärel lisage topeltvõimsus ja seejärel ühefaasiline võimsus ... seetõttu töötab mootor poole sammuga sammuga. Seda režiimi nimetatakse poole sammu režiimiks ja mootori efektiivne astmenurk erutuse kohta vähendatakse poole võrra ja ka väljundmoment on madalam.

Ülaltoodud kolme režiimi saab kasutada vastupidises suunas (vastupäeva), kuid mitte siis, kui järjekord on vastupidine.

Tavaliselt on astmemootoril astmenurga vähendamiseks mitu poolust, kuid mähiste arv ja ajamijärjestus on konstantsed.

Üldine alalisvoolu mootori juhtimisalgoritm

Mootori üldjuhtimine, eriti mootori kahe vooluahela kasutamine: faasinurga juhtimine PWM Chopperi juhtimine

Faasinurga kontroll

Faasinurga juhtimine on kõige lihtsam meetod General Motorsi kiiruse juhtimiseks. Kiirust kontrollitakse, muutes Triac punkti kaarenurga. Faasinurga juhtimine on väga ökonoomne lahendus, kuid see pole eriti tõhus ja kalduvus elektromagnetilisele häiretele (EMI).

Üldmootorite faasinurga kontroll

Ülaltoodud diagramm illustreerib faasinurga juhtimise mehhanismi ja on TRIAC -i kiiruse kontrolli tüüpiline rakendus. Triac Gate'i impulsi faasiliikumine tekitab tõhusa pinge, mis annab seega erinevaid motoorseid kiirusi ja värava impulsi viivitamiseks kasutatakse ajastusviide loomiseks null-rist-tuvastamise vooluahelat.

PWM Chopperi juhtimine

PWM -i juhtimine on mootori üldise kiiruse juhtimiseks keerukam lahendus. Selles lahenduses lülitab MOFSET ehk IGBT toitepinge sisse kõrgsagedusliku rectionitud vahelduvvoolu pinge, et genereerida mootori ajaliselt muutuv pinge.

PWM Chopperi juhtimine General Motorsi jaoks

Lülitussagedusvahemik on müra kõrvaldamiseks üldiselt 10-20 kHz. See üldotstarbeline mootori juhtimismeetod võimaldab paremat voolu juhtimist ja paremat EMI jõudlust ning seetõttu suuremat tõhusust.