اصول موتورهای بدون برس DC (BLDC) و روش صحیح استفاده از آنها

اساسی ترین موتور 'موتور DC (موتور قلم مو) ' است. با قرار دادن سیم پیچ در یک میدان مغناطیسی و عبور از جریان جریان از طریق آن ، سیم پیچ توسط قطب های مغناطیسی از یک طرف دفع می شود و در همان زمان توسط طرف دیگر جذب می شود و در این عمل می چرخد. در طول چرخش ، جریان جریان از طریق سیم پیچ معکوس می شود و باعث می شود که به طور مداوم بچرخد. بخشی از موتور به نام 'actitator ' وجود دارد که توسط 'برس ها' تغذیه می شود ، که در بالای 'دنده فرمان ' قرار گرفته اند و به محض چرخش به طور مداوم حرکت می کنند. با تغییر موقعیت برس ها ، می توان جهت جریان را تغییر داد. جابجایی و برس ها ساختارهای ضروری برای چرخش موتور DC هستند.

شکل 1: نمودار شماتیک عملکرد یک موتور DC (موتور برس).

جابجایی جریان جریان را در سیم پیچ تغییر می دهد و جهت قطب ها را معکوس می کند تا همیشه به سمت راست بچرخند. برس ها قدرت را به کمیته ای که با شافت می چرخد ، تأمین می کند.

موتورهای فعال در بسیاری از زمینه ها

ما موتورها را بر اساس نوع منبع تغذیه و اصل چرخش طبقه بندی کرده ایم (شکل 2). بیایید نگاهی کوتاه به ویژگی ها و کاربردهای هر نوع موتور بیندازیم.

شکل 2: انواع اصلی موتورها

DC Motors (موتورهای برس) ، که ساده و کنترل آن ساده هستند ، اغلب برای برنامه هایی مانند باز و بسته شدن سینی های دیسک نوری در لوازم خانگی استفاده می شوند. آنها همچنین در اتومبیل برای برنامه هایی مانند باز و بسته شدن آینه های برقی و کنترل جهت استفاده می شوند. اگرچه ارزان است و در بسیاری از زمینه ها قابل استفاده است ، اما اشکالاتی دارد. از آنجا که کمیته با برس ها در تماس است ، طول عمر کوتاه دارد و برس ها باید به صورت دوره ای یا تحت ضمانت جایگزین شوند.

یک موتور پله با تعداد پالس های الکتریکی ارسال شده به آن می چرخد. میزان حرکت به تعداد تکانه های الکتریکی ارسال شده به آن بستگی دارد و باعث می شود آن برای تنظیم موقعیت مناسب باشد.

این غالباً در خانه برای 'تغذیه کاغذ از ماشین های فکس و چاپگرها ' و غیره استفاده می شود. از آنجا که مراحل تغذیه یک دستگاه فکس به مشخصات (حکاکی ، ظرافت) بستگی دارد ، یک موتور پله که با تعداد تکانه های الکتریکی می چرخد بسیار آسان است. حل مشکل آسان است که دستگاه به محض متوقف شدن سیگنال به طور موقت متوقف می شود. موتورهای همزمان ، که تعداد چرخش آنها با فرکانس منبع تغذیه متفاوت است ، در برنامه هایی مانند میزهای چرخشی 'برای اجاق های مایکروویو استفاده می شود.

مجموعه موتور دارای یک کاهش دهنده دنده برای به دست آوردن تعداد چرخش های مناسب برای گرم کردن مواد غذایی است. موتورهای القایی نیز تحت تأثیر فرکانس منبع تغذیه قرار می گیرند ، اما فرکانس و تعداد انقلاب ها همزمان نیستند. در گذشته از این موتورهای AC در فن ها یا ماشین های لباسشویی استفاده می شد.

همانطور که مشاهده می کنید ، طیف گسترده ای از موتورها در چندین زمینه فعال هستند. ویژگی های موتورهای BLDC چیست (موتورهای بدون برس ) که آنها را بسیار متنوع می کند؟

چگونه یک موتور BLDC می چرخد؟

'bl ' در BLDC Motors به معنی 'بدون برس ' است ، به این معنی که 'برس ها' در موتورهای DC (موتورهای برس) دیگر حضور ندارند. نقش برس در موتورهای DC (موتورهای برس) انرژی بخشیدن به سیم پیچ های موجود در روتور از طریق کمیته است. بنابراین چگونه یک موتور BLDC بدون برس سیم پیچ های موجود در روتور را انرژی می بخشد؟ به نظر می رسد که موتورهای BLDC از آهنرباهای دائمی برای روتور استفاده می کنند و هیچ سیم پیچ در روتور وجود ندارد. از آنجا که هیچ سیم پیچ در روتور وجود ندارد ، نیازی به کمیته ها و برس برای انرژی بخشیدن به موتور نیست. در عوض ، از سیم پیچ به عنوان استاتور استفاده می شود (شکل 3).

میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط آهنرباهای دائمی ثابت در یک موتور DC (موتور برس) با کنترل میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ (روتور) در داخل آن حرکت نمی کند و می چرخد. تعداد چرخش ها با تغییر ولتاژ تغییر می یابد. روتور یک موتور BLDC یک آهنربای دائمی است و روتور با تغییر جهت میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط کویل های اطراف آن چرخانده می شود. چرخش روتور

شکل 3: نمودار شماتیک عملکرد موتور BLDC.

   

مزایای موتورهای BLDC

Motors BLDC دارای سه سیم پیچ در استاتور است که هر کدام دارای دو سیم هستند ، برای کل شش سیم سرب در موتور. در واقعیت ، معمولاً فقط سه سیم مورد نیاز است زیرا آنها در داخل سیم داخلی هستند ، اما هنوز هم یکی بیشتر از موتور DC که قبلاً شرح داده شده است (موتور برس) است. با اتصال پایانه های باتری مثبت و منفی صرفاً حرکت نمی کند. در مورد نحوه اجرای BLDC Motor در قسمت دوم این سری توضیح داده خواهد شد. این بار قصد داریم به مزایای موتورهای BLDC توجه کنیم.

اولین ویژگی یک موتور BLDC 'راندمان بالا' است. کنترل نیروی چرخشی (گشتاور) برای حفظ حداکثر مقدار در همه زمان ها امکان پذیر است ، در حالی که با موتورهای DC (موتورهای قلم مو) ، حداکثر گشتاور فقط برای یک لحظه در طول چرخش قابل نگهداری است و حداکثر مقدار در همه زمان ها قابل حفظ نیست. اگر یک موتور DC (موتور قلم مو) بخواهد به اندازه یک موتور BLDC گشتاور بدست آورد ، فقط می تواند آهنربای خود را افزایش دهد. به همین دلیل حتی یک موتور کوچک BLDC می تواند قدرت زیادی تولید کند.

ویژگی دوم 'کنترل خوب ' است که مربوط به نمونه اول است. Motors BLDC می تواند گشتاور ، تعداد انقلاب ها و غیره را دقیقاً همانطور که می خواهید آنها را بدست آورند ، و موتورهای BLDC می توانند دقیقاً تعداد هدف انقلاب ها ، گشتاور و غیره را به طور دقیق تغذیه کنند. کنترل دقیق باعث سرکوب تولید گرما و مصرف انرژی موتور می شود. در مورد باتری درایو ، می توان با کنترل دقیق زمان درایو را تمدید کرد. علاوه بر این ، با دوام و سر و صدای الکتریکی کم مشخص می شود. دو نکته فوق مزایایی است که توسط Brushless ایجاد شده است.

از طرف دیگر ، DC Motors (موتورهای برس) به دلیل تماس بین برس ها و رفت و آمد در طی مدت طولانی ، در معرض سایش و پارگی قرار می گیرند. قسمت تماس با جرقه ها نیز ایجاد می کند. به خصوص هنگامی که شکاف کمیته برس را لمس می کند ، جرقه و سر و صدای بزرگی وجود خواهد داشت. اگر نمی خواهید در حین استفاده نویز ایجاد شود ، یک موتور BLDC در نظر گرفته می شود.

موتورهای BLDC در این مناطق استفاده می شود

موتورهای BLDC با راندمان بالا ، کنترل همه کاره و عمر طولانی به طور کلی استفاده می شوند؟ آنها اغلب در محصولاتی مورد استفاده قرار می گیرند که می توانند از راندمان بالا و عمر طولانی خود استفاده کنند و به طور مداوم مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال ، لوازم خانگی. مردم مدتهاست که از ماشین لباسشویی و تهویه هوا استفاده می کنند. به تازگی ، BLDC Motors برای طرفداران برقی اتخاذ شده است و موفق به کاهش چشمگیر مصرف برق شده است.

این به دلیل راندمان بالا است که مصرف برق کاهش یافته است. موتورهای BLDC نیز در جاروبرقی ها استفاده می شوند. در یک مورد ، با تغییر سیستم کنترل ، افزایش زیادی در تعداد انقلابها محقق شد. این مثال کنترل خوب موتورهای BLDC را نشان می دهد.

موتورهای BLDC همچنین در قسمت چرخشی دیسک های سخت ، که رسانه های مهم ذخیره سازی هستند ، استفاده می شود. از آنجا که این موتور است که باید برای مدت طولانی کار کند ، دوام مهم است. البته ، این هدف همچنین سرکوب مصرف برق است. راندمان بالا در اینجا همچنین مربوط به مصرف کم برق است.

کاربردهای بیشتری برای موتورهای BLDC وجود دارد

پیش بینی می شود موتورهای BLDC در طیف وسیع تری از زمینه ها مورد استفاده قرار گیرند ، و از آنها در طیف گسترده ای از روبات های کوچک ، به ویژه 'روبات های سرویس ' استفاده می شود که در مناطقی غیر از تولید خدمات ارائه می دهند. 'موقعیت یابی برای روبات ها مهم است ، بنابراین نباید از موتورهای پله ای استفاده کنیم که با تعداد پالس های الکتریکی اجرا می شوند؟ ' ممکن است چنین فکر کند. با این حال ، از نظر کنترل نیرو ، موتورهای BLDC مناسب تر هستند. علاوه بر این ، در صورت استفاده از موتورهای پله ای ، ساختاری مانند مچ دست ربات باید مقدار زیادی جریان را تأمین کند تا در یک موقعیت خاص ثابت شود. با موتورهای BLDC ، فقط قدرت لازم را می توان در رابطه با یک نیروی خارجی تأمین کرد ، بنابراین مصرف انرژی را مهار می کند.

همچنین می تواند در حمل و نقل استفاده شود. موتورهای DC ساده مدتهاست که در اتومبیل های برقی یا چرخ دستی های گلف برای افراد مسن استفاده می شوند ، اما اخیراً موتورهای BLDC با راندمان بالا با کنترل خوب اتخاذ شده اند. موتورهای BLDC نیز در هواپیماهای بدون سرنشین استفاده می شوند. به خصوص در پهپادهایی که دارای قفسه های چند محوری هستند ، از آنجا که با تغییر تعداد چرخش پروانه ها ، موتورهای BLDC که دقیقاً می توانند چرخش ها را کنترل کنند ، نگرش پرواز را کنترل می کنند.

چطور؟ موتورهای BLDC موتورهای با کیفیت بالایی با راندمان بالا ، کنترل خوب و عمر طولانی هستند. با این حال ، به حداکثر رساندن قدرت موتورهای BLDC نیاز به کنترل مناسب دارد. چگونه باید انجام شود؟

به تنهایی نمی تواند با اتصال بچرخد

موتور BLDC نوع روتور داخلی یک نوع معمولی از موتور BLDC است و نمای بیرونی و داخلی آن در زیر نشان داده شده است (شکل 1). یک موتور DC برس (از این پس از آن به عنوان موتور DC گفته می شود) دارای یک سیم پیچ روی روتور و یک آهنربای دائمی در قسمت بیرونی است ، در حالی که یک موتور BLDC دارای یک آهنربای دائمی روی روتور و یک کویل در قسمت بیرونی است و یک موتور BLCD دارای یک آهنربای دائمی و بدون سیم پیچ روی روتور است ، بنابراین نیازی به انرژی لازم برای انرژی دادن به روتور نیست. این امر امکان تحقق 'نوع بدون برس' را بدون برس برای انرژی بخشیدن فراهم می کند.

از طرف دیگر ، در مقایسه با موتورهای DC ، کنترل دشوارتر می شود. این فقط اتصال کابل های موتور به منبع تغذیه نیست. حتی تعداد کابل ها نیز متفاوت است. این همان 'اتصال پایانه های مثبت (+) و منفی (-) به منبع تغذیه' نیست.

شکل 1: بیرونی و داخلی موتور BLDC

شکل 2-A: اصل چرخش موتور BLDC

یک سیم پیچ در موتور BLDC در فواصل 120 درجه ، برای کل سه سیم پیچ قرار می گیرد تا جریان را در فاز یا سیم پیچ انرژی زده کنترل کند

همانطور که در شکل 2-A نشان داده شده است ، موتورهای BLDC از سه سیم پیچ استفاده می کنند. از این سه سیم پیچ برای تولید شار مغناطیسی در هنگام انرژی استفاده می شود و نامگذاری می شوند U ، V و W. سعی کنید این سیم پیچ را انرژی بخشید. مسیر فعلی در سیم پیچ U (از این پس به عنوان 'سیم پیچ') به عنوان فاز U ثبت می شود ، V به عنوان فاز V ثبت می شود ، و W به عنوان فاز W. ثبت می شود. در مرحله بعد ، نگاه کنید به فاز U. بیایید نگاهی به فاز U بیندازیم. با این حال ، در واقعیت ، مراحل U ، V و W همان مرحله U نیستند.

با این حال ، در واقعیت ، کابل های U ، V و W همه به یکدیگر متصل هستند ، بنابراین نمی توان فقط در مرحله U انرژی زد. در اینجا ، انرژی از فاز U به فاز W ، همانطور که در شکل 2-C نشان داده شده است ، شار مغناطیسی را در U و W ایجاد می کند. دو شار مغناطیسی U و W در شار مغناطیسی بزرگتر نشان داده شده در شکل 2-D سنتز می شوند. آهنربای دائمی به گونه ای چرخانده می شود که این شار مغناطیسی سنتز شده در همان جهت باشد که قطب N از آهنربای دائمی مرکزی (روتور) است.

شکل 2-B: اصل چرخش موتور BLDC

شار از فاز U به فاز W انرژی می یابد. اول ، با تمرکز فقط روی قسمت U سیم پیچ ، مشخص می شود که یک شار مغناطیسی مانند فلش ها تولید می شود

شکل 2-D: اصل چرخش موتور BLDC در حال عبور برق از فاز U به فاز W می توان تصور کرد که دو شار مغناطیسی سنتز شده است

اگر جهت شار مغناطیسی سنتز شده تغییر کند ، آهنربای دائمی نیز تغییر می کند. در رابطه با موقعیت آهنربای دائمی ، فاز انرژی یافته در فاز U ، فاز V و فاز W را تغییر دهید تا جهت شار مغناطیسی سنتز شده را تغییر دهید. اگر این عمل به طور مداوم انجام شود ، شار مغناطیسی سنتز شده می چرخد ، در نتیجه یک میدان مغناطیسی ایجاد می کند و روتور را می چرخاند.

شکل 3 رابطه بین فاز پرانرژی و شار مغناطیسی مصنوعی را نشان می دهد. در این مثال ، با تغییر حالت انرژی زا از 1-6 به ترتیب ، شار مغناطیسی مصنوعی در جهت عقربه های ساعت می چرخد. با تغییر جهت شار مغناطیسی سنتز شده و کنترل سرعت ، سرعت چرخش روتور قابل کنترل است. روش کنترل موتور با جابجایی بین این شش حالت انرژی ، 'کنترل انرژی 120 درجه ' نامیده می شود.

شکل 3: آهنرباهای دائمی روتور طوری می چرخند که گویی توسط یک شار مغناطیسی مصنوعی کشیده شده اند ، و شافت موتور در نتیجه می چرخد

چرخش صاف با استفاده از کنترل موج سینوسی

در مرحله بعد ، اگرچه جهت شار مغناطیسی سنتز شده تحت کنترل انرژی 120 درجه چرخانده می شود ، اما فقط شش جهت مختلف وجود دارد. به عنوان مثال ، اگر 'حالت انرژی 1 ' را در شکل 3 به 'حالت انرژی 2 ' تغییر دهید ، جهت شار مغناطیسی مصنوعی 60 درجه تغییر می کند. سپس روتور به نظر می رسد که انگار جذب می شود. در مرحله بعد ، با تغییر از 'حالت انرژی یافته 2 ' به 'حالت انرژی 3 ' ، جهت شار مغناطیسی مصنوعی دوباره با 60 درجه تغییر می کند. روتور دوباره به این تغییر جذب می شود. این پدیده تکرار خواهد شد. جنبش سفت خواهد شد. گاهی اوقات این عمل نیز سر و صدا خواهد کرد.

این 'کنترل موج سینوسی' است که کاستی های کنترل انرژی 120 درجه را از بین می برد و به چرخش صاف می رسد. در کنترل قدرت 120 درجه ، شار مغناطیسی سنتز شده در شش جهت ثابت است. کنترل می شود به گونه ای که به طور مداوم متفاوت باشد. در مثال در شکل 2-C ، شارهای تولید شده توسط U و W از همان بزرگی هستند. با این حال ، اگر فاز U ، فاز و فاز W را می توان بهتر کنترل کرد ، می توان سیم پیچ ها را برای تولید شار مغناطیسی در اندازه های مختلف ایجاد کرد و جهت شار مغناطیسی سنتز شده را می توان دقیقاً کنترل کرد. با تنظیم اندازه فعلی هر یک از فاز U ، فاز V و فاز W ، یک شار مغناطیسی سنتز شده در همان زمان تولید می شود. با کنترل نسل مداوم این شار ، موتور به آرامی می چرخد.

شکل 4: کنترل موج سینوسی کنترل موج سینوسی

جریان در 3 فاز را می توان برای تولید شار مغناطیسی مصنوعی برای چرخش صاف کنترل کرد. شار مغناطیسی مصنوعی را می توان در جهت تولید کرد که با کنترل انرژی 120 درجه قابل تولید نیست

استفاده از اینورتر برای کنترل موتور

در مورد جریان های موجود در هر مرحله از U ، V و W چیست؟ برای آسان تر کردن درک ، به کنترل انرژی 120 درجه فکر کنید و نگاهی بیندازید. دوباره به شکل 3 نگاه کنید. در حالت انرژی 1 ، جریان از U به W جریان دارد. در حالت انرژی 2 ، جریان جریان از U به V. همانطور که می بینید ، هر زمان که ترکیبی از کویل هایی که جریان در آن تغییر می کند ، جریان می یابد ، جهت فلش های شار مصنوعی نیز تغییر می کند.

در مرحله بعد ، به حالت انرژی بخش نگاه کنید. در این حالت ، جریان از W به U ، در جهت مخالف حالت انرژی 1. DC Motors ، تعویض جهت فعلی مانند این با ترکیبی از رفت و آمد و برس انجام می شود. با این حال ، موتورهای BLDC از چنین روش نوع تماس استفاده نمی کنند. از مدار اینورتر برای تغییر جهت جریان استفاده می شود. مدارهای اینورتر به طور کلی برای کنترل موتورهای BLDC استفاده می شوند.

مدار اینورتر با تغییر ولتاژ اعمال شده در هر مرحله ، مقدار فعلی را تنظیم می کند. برای تنظیم ولتاژ ، PWM (PulseWidthmodulation = مدولاسیون عرض پالس) معمولاً استفاده می شود. PWM روشی برای تغییر ولتاژ با تنظیم طول زمان پالس روشن/خاموش است ، و آنچه مهم است تغییر نسبت (چرخه وظیفه) بین زمان و زمان خاموش است. اگر نسبت ON زیاد باشد ، همان اثر افزایش ولتاژ را می توان بدست آورد. اگر نسبت ON کاهش یابد ، همان اثر کاهش ولتاژ به دست می آید (شکل 5).

به منظور تحقق PWM ، میکرو رایانه های مجهز به سخت افزار اختصاصی اکنون در دسترس هستند. برای انجام کنترل موج سینوسی ، کنترل ولتاژ 3 مرحله لازم است ، بنابراین این نرم افزار کمی پیچیده تر از کنترل انرژی 120 درجه است که در آن تنها 2 مرحله انرژی می یابد. اینورتر مدار لازم برای رانندگی موتور BLDC است. اینورترها همچنین در موتورهای AC استفاده می شوند ، اما می توان فرض کرد که تقریباً تمام موتورهای BLDC در لوازم خانگی 'اینورتر نوع' استفاده می شوند.

شکل 5: رابطه بین خروجی PWM و ولتاژ خروجی

به موقع در یک زمان خاص تغییر دهید تا مقدار RMS ولتاژ را تغییر دهید.

هرچه به موقع طولانی تر باشد ، مقدار RMS به ولتاژ نزدیکتر می شود که ولتاژ 100 ٪ اعمال می شود (به موقع).

موتورهای BLDC با استفاده از سنسورهای موقعیتی موارد فوق مروری بر کنترل موتورهای BLDC است که جهت شار مغناطیسی سنتز شده تولید شده توسط کویل ها را تغییر می دهد و باعث می شود آهنرباهای دائمی روتور به همین ترتیب تغییر کند.

در حقیقت ، نکته دیگری وجود دارد که در توضیحات فوق ذکر نشده است. یعنی حضور سنسورها در موتورهای BLDC. موتورهای BLDC در رابطه با موقعیت (زاویه) روتور (آهنربای دائمی) کنترل می شوند. بنابراین ، یک سنسور برای به دست آوردن موقعیت روتور ضروری است. اگر سنسری برای دانستن جهت آهنربای دائمی وجود نداشته باشد ، روتور ممکن است در یک جهت غیر منتظره قرار بگیرد. این موردی نیست که یک سنسور برای ارائه اطلاعات وجود داشته باشد.

جدول 1 انواع اصلی سنسورها برای تشخیص موقعیت در موتورهای BLDC را نشان می دهد. بسته به روش کنترل ، سنسورهای مختلفی مورد نیاز است. برای کنترل انرژی 120 درجه ، یک سنسور اثر هال که می تواند هر 60 درجه یک سیگنال را وارد کند مجهز است تا مشخص شود که کدام مرحله باید انرژی یابد. از طرف دیگر ، برای 'کنترل بردار' (که در بخش بعدی توضیح داده شده است) ، که دقیقاً کنترل شار مغناطیسی سنتز شده را کنترل می کند ، سنسورهای با دقت بالا مانند سنسورهای گوشه یا رمزگذارهای فوتوالکتریک موثرتر هستند.

استفاده از این سنسورها امکان تشخیص موقعیت را فراهم می کند ، اما اشکالاتی وجود دارد. سنسورها در برابر گرد و غبار مقاومت کمتری دارند و نگهداری آن ضروری است. دامنه دما که از آنها استفاده می شود نیز کاهش می یابد. استفاده از سنسورها یا افزودن سیم کشی برای این منظور باعث افزایش هزینه ها می شود و سنسورهای با دقت بالا ذاتاً گران هستند. این منجر به معرفی روش 'بدون سنسور' شد. از سنسور برای تشخیص موقعیت استفاده نمی کند ، بنابراین هزینه ها را کنترل می کند و نیاز به نگهداری مرتبط با سنسور را از بین می برد. با این حال ، به منظور نشان دادن اصل ، فرض بر این است که اطلاعات از سنسور موقعیت به دست آمده است.

نوع سنسور	برنامه های اصلی	خصوصیات
سنسور اثر سالن	کنترل انرژی 120 درجه	هر 60 درجه سیگنال را بدست می آورد. قیمت پایین مقاوم در برابر گرما نیست.
رمزگذار نوری	کنترل موج سینوسی ، کنترل بردار	دو نوع وجود دارد: نوع افزایشی (مسافت طی شده از موقعیت اصلی شناخته شده است) و نوع مطلق (زاویه موقعیت فعلی شناخته شده است). وضوح بالا است ، اما مقاومت در برابر گرد و غبار ضعیف است.
سنسور زاویه	کنترل موج سینوسی ، کنترل بردار	وضوح بالا حتی در محیط های ناهموار و خشن قابل استفاده است.

جدول 1: انواع و ویژگی های سنسورهای تخصصی برای تشخیص موقعیت

راندمان بالا در همه زمان ها با کنترل بردار حفظ می شود

کنترل موج سینوس با انرژی 3 فاز ، جهت شار مغناطیسی سنتز شده را به آرامی تغییر می دهد ، بنابراین روتور هموار می چرخد. کنترل انرژی 120 درجه 2 از فاز U ، فاز V و فاز W برای چرخش موتور سوئیچ می کند ، در حالی که کنترل سینوسی نیاز به کنترل دقیق جریان ها در 3 مرحله دارد. علاوه بر این ، مقدار کنترل یک مقدار AC است که همیشه تغییر می کند و کنترل آن را دشوارتر می کند.

این جایی است که کنترل بردار وارد می شود. کنترل بردار کنترل را با محاسبه مقادیر AC از سه مرحله به عنوان مقادیر DC دو مرحله از طریق تحول هماهنگ ساده می کند. با این حال ، محاسبات کنترل بردار نیاز به اطلاعات موقعیت روتور با وضوح بالا دارد. دو روش برای تشخیص موقعیت وجود دارد ، یعنی روش با استفاده از سنسورهای موقعیتی مانند رمزگذارهای فوتوالکتریک یا سنسورهای گوشه ای و روش بدون سنسور که مقادیر فعلی هر مرحله را برون سپاری می کند. این تحول مختصات امکان کنترل مستقیم مقدار جریان مرتبط با گشتاور (نیروی چرخشی) را فراهم می کند ، در نتیجه کنترل کارآمد را بدون جریان اضافی تحقق می بخشد.

با این حال ، کنترل بردار نیاز به تبدیل هماهنگ با استفاده از توابع مثلثاتی یا پردازش محاسبه پیچیده دارد. بنابراین ، در بیشتر موارد ، از میکرو رایانه های دارای قدرت محاسباتی بالا به عنوان میکرو رایانه های کنترل ، مانند ریزگردها مجهز به FPU (واحدهای نقطه شناور) استفاده می شوند.

یک موتور DC بدون برس (BLDC: BrushlessDirectCurrentMotor) ، همچنین به عنوان یک موتور الکترونیکی کمبود (ECM یا EC موتور) یا موتور DC همزمان شناخته می شود ، نوعی موتور همزمان است که از منبع تغذیه جریان مستقیم (DC) استفاده می کند.

یک موتور DC بدون برس (BLDC: موتور جریان مستقیم بدون برس) در اصل یک موتور همزمان مگنت دائمی با بازخورد موقعیت است که از ورودی قدرت DC و اینورتر برای تبدیل آن به منبع تغذیه سه فاز AC استفاده می کند. بوها موتور بدون برس (BLDC: موتور DirectCurrent بدون برس) یک نوع خودکشی (سوئیچینگ خود جهت گیری) است و بنابراین برای کنترل پیچیده تر است.

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

کنترل BLDC موتور (BrushlessDirectCurrentMotor) نیاز به دانش در مورد موقعیت روتور و مکانیسم است که توسط آن موتور اصلاح و هدایت می شود. برای کنترل سرعت حلقه بسته ، دو نیاز اضافی وجود دارد ، اندازه گیری سرعت روتور/ یا جریان موتور و یک سیگنال PWM برای کنترل قدرت سرعت موتور.

موتورهای BLDC (BrushlessDirectCurrentMotor) می توانند بسته به نیازهای کاربردی ، از سیگنال های PWM با هم تراز شده یا مرکز هم تراز استفاده کنند. بیشتر برنامه های کاربردی که فقط به عملکرد تغییر سرعت نیاز دارند ، از شش سیگنال PWM با هم تراز جداگانه استفاده می کنند. این بالاترین وضوح را ارائه می دهد. اگر برنامه نیاز به موقعیت یابی سرور ، ترمز انرژی یا وارونگی برق داشته باشد ، سیگنال های PWM با مرکز تکمیلی تکمیلی توصیه می شود.

برای حس موقعیت روتور ، BLDC Motors (BrushlessDirectCurrentMotor) از سنسورهای اثر سالن برای ارائه سنجش موقعیت مطلق استفاده می کنند. این منجر به استفاده از سیم های بیشتر و هزینه بالاتر می شود. کنترل BLDC بدون سنسور نیاز به سنسورهای سالن را از بین می برد و در عوض از نیروی الکتروموتوری ضد موتور (نیروی الکتروموتور) برای پیش بینی موقعیت روتور استفاده می کند. کنترل بدون سنسور برای برنامه های سرعت متغیر کم هزینه مانند فن ها و پمپ ها بسیار مهم است. در هنگام استفاده از Motors BLDC (موتورهای مستقیم بدون برس) برای یخچال و فریزر و کمپرسورهای تهویه مطبوع نیز لازم است.

انواع موتورها وجود دارد و موتور BLDC ایده آل ترین موتور سرعت در دسترس است. این مزیت های DC Motors و Motors AC را با عملکرد تنظیم خوب موتورهای DC و مزایای موتورهای AC مانند ساختار ساده ، بدون جرقه رفت و برگشت ، عملکرد قابل اعتماد و نگهداری آسان ترکیب می کند. بنابراین ، در بازار بسیار محبوب است و به طور گسترده در اتومبیل ، لوازم خانگی ، تجهیزات صنعتی و سایر زمینه ها مورد استفاده قرار می گیرد.

موتور DC بدون برس بر نقص ذاتی موتور DC برس غلبه می کند و جابجایی مکانیکی را با کماتور الکترونیکی جایگزین می کند ، بنابراین موتور DC بدون برس از ویژگی های موتور DC با عملکرد تنظیم سرعت خوب برخوردار است و همچنین دارای مزایای موتور AC با ساختار ساده ، بدون جرقه های جابجایی ، عملیات قابل اعتماد و نگهداری آسان است.

موتور DC بدون برس (BrushlessDirectCurrentMotor) ایده آل ترین موتور کنترل سرعت امروز است. این مزیت های DC Motors و Motors AC را با عملکرد خوب تنظیم موتورهای DC و مزایای موتورهای AC ، مانند ساختار ساده ، بدون جرقه های رفت و آمد ، عملکرد قابل اعتماد و نگهداری آسان ترکیب می کند.

تاریخچه توسعه مستقیم موتور جریان مستقیم (BrushlessDirectCurrentMotor)

موتورهای بدون برس بر اساس موتورهای برس توسعه داده می شوند و ساختار آنها پیچیده تر از موتورهای قلم مو است. موتور DC بدون برس از بدنه موتور و راننده تشکیل شده است. متفاوت از موتور DC برس ، موتور DC بدون برس (BrushlessDirectCurrentMotor) از دستگاه برس مکانیکی استفاده نمی کند ، اما موتور همزمان همزمان آهنربای مگنته دائمی خود را به خود جلب می کند ، و جابجایی برس کربن را با سنسور هال جایگزین می کند و از Neodymium-Iron-Boron به عنوان ماده آهنربای دائمی روتور استفاده می کند. (لازم به ذکر است که در زمان تولد موتور الکتریکی در قرن گذشته ، موتورهای عملی که بوجود آمده از فرم بدون برس بودند.)

1740s: آغاز اختراع موتور الکتریکی

مدل های اولیه موتور الکتریکی برای اولین بار در دهه 1740 از طریق کار دانشمند اسکاتلندی اندرو گوردون ظاهر شد. دانشمندان دیگر ، مانند مایکل فارادی و جوزف هنری ، همچنان به توسعه موتورهای اولیه ، آزمایش در زمینه های الکترومغناطیسی و کشف چگونگی تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی ادامه دادند.

1832: اختراع اولین موتور DC Commutator

اولین موتور DC که می تواند قدرت کافی برای رانندگی ماشین آلات را فراهم کند ، توسط فیزیکدان انگلیس ویلیام استورژون در سال 1832 اختراع شد ، اما کاربرد آن به دلیل تولید کم مصرف ، که هنوز هم از نظر فنی نقص داشت ، به شدت محدود بود.

1834: اولین موتور الکتریکی واقعی ساخته شده است

توماس داونپورت از ورمونت ، ایالات متحده ، در پی پله های استورژون ، با اختراع اولین موتور الکتریکی رسمی باتری در سال 1834 ، تاریخ را ساخت. این اولین موتور الکتریکی با قدرت کافی برای انجام کار خود بود ، و از اختراع وی برای برقراری یک چاپخانه کوچک استفاده می شد. در سال 1837 ، توماس داونپورت و همسرش ، امیلی دیوونپورت ، اولی را دریافت کردند.

موتور ثبت شده Homas و Emily Davenport

1886: اختراع موتور DC عملی    

در سال 1886 ، اولین موتور DC عملی که می تواند با سرعت ثابت با وزن متغیر کار کند ، معرفی شد. Frankjulian Sprague مخترع آن بود.

موتور 'ابزار ' فرانک جولیان اسپراگ

شایان ذکر است که موتور ابزار یک شکل بدون برس از موتور ناهمزمان قفس AC سنجاب بود که نه تنها جرقه ها و تلفات ولتاژ را در پایانه های سیم پیچ از بین می برد ، بلکه اجازه می داد تا با سرعت ثابت تحویل داده شود. با این حال ، موتور ناهمزمان نقایص غیر قابل عبور زیادی داشت ، به طوری که توسعه فناوری حرکتی کند بود.

1887: AC القاء موتور ثبت اختراع

در سال 1887 ، نیکولا تسلا موتور القایی AC (AcinductionMotor) را اختراع کرد ، که او یک سال بعد با موفقیت ثبت اختراع کرد. این برای استفاده در وسایل نقلیه جاده ای مناسب نبود ، اما بعداً توسط مهندسان وستینگهاوس تطبیق شد. در سال 1892 ، اولین موتور القایی عملی طراحی شد و به دنبال آن یک روتور چرخان بارید شده و باعث می شود موتور برای کاربردهای خودرو مناسب باشد.

1891: توسعه موتور سه فاز

در سال 1891 ، جنرال الکتریک توسعه موتور القایی سه فاز (Threephasemotor) را آغاز کرد. به منظور استفاده از طراحی روتور زخم ، GE و Westinghouse در سال 1896 توافق نامه مجوز متقابل را امضا کردند.

1955: آغاز دوران موتور بدون برس DC

در سال 1955 ، ایالات متحده د. هریسون و دیگران برای اولین بار با یک خط جابجایی ترانزیستور به جای حق ثبت اختراع برس مکانیکی برس DC ، به طور رسمی تولد موتور DC بدون برس مدرن (BrushlessDirectCurrentMotor) را به طور رسمی درخواست کردند. با این حال ، در آن زمان هیچ دستگاه تشخیص موقعیت روتور موتور وجود نداشت ، موتور توانایی شروع را نداشت.

1962: اولین موتور DC بدون برس (BLDC) به لطف پیشرفت در فناوری حالت جامد در اوایل دهه 1960 اختراع شد. در سال 1962 ، Tgwilson و Phtrickey اولین موتور BLDC را اختراع کردند ، که آنها را 'موتور DC متقاطع حالت جامد' نامیدند. عنصر اصلی موتور بدون برس این بود که نیازی به کمیته فیزیکی ندارد و آن را به محبوب ترین انتخاب برای درایوهای دیسک رایانه ، روبات ها و هواپیماها تبدیل می کند.

آنها از عناصر سالن برای تشخیص موقعیت روتور و کنترل تغییر فاز جریان سیم پیچ استفاده کردند تا موتورهای DC بدون برس عملی شوند ، اما با ظرفیت ترانزیستور و قدرت حرکتی نسبتاً کم محدود بودند.

دهه 1970 برای حال: توسعه سریع برنامه های موتور DC بدون برس

از دهه 1970 ، با ظهور دستگاه های نیمه هادی قدرت جدید (مانند GTR ، MOSFET ، IGBT ، IPM) ، توسعه سریع فناوری کنترل رایانه (میکروکنترلر) ، DSP ، تئوری های کنترل جدید) ، و همچنین مواد آهنربای دائمی با کارایی بالا (مانند موتوری سامانیوم ، جریان نویدیم ، بروندیم-برونمیمیوم برونمیمیوم ، باردار) به سرعت توسعه یافته است. BrushlessDirectCurrentMotor) به سرعت توسعه یافته است و ظرفیت در حال افزایش است. توسعه صنعتی مبتنی بر فناوری ، با معرفی MAC Classic Classic Brushless DC و راننده آن در سال 1978 و همچنین تحقیق و توسعه موج مربع موتور بدون برس و موتور بدون برس بدون برس در دهه 80 ، موتورهای بدون برس واقعاً شروع به ورود به مرحله عملی و پیشرفت سریع کردند.

ساختار و اصل کلی موتور DC بدون برس

موتور DC بدون برس (BrushlessDirectCurrentMotor) از موتور و راننده همزمان تشکیل شده است که یک محصول معمولی مکاترونیک است. سیم پیچ استاتور موتور همزمان بیشتر به اتصال ستاره متقارن سه فاز ساخته می شود ، که بسیار شبیه به موتور ناهمزمان سه فاز است.

ساختار سیستم کنترل BLDCM شامل سه قسمت اصلی است: بدنه موتور ، مدار رانندگی و مدار کنترل. در فرآیند کار ، ولتاژ موتور ، اطلاعات جریان و روتور توسط مدار کنترل جمع آوری و پردازش می شود تا سیگنال های کنترل مربوطه را تولید کند و مدار درایو پس از دریافت سیگنال های کنترل ، بدن موتور را هدایت می کند.

موتور DC بدون برس (BrushlessDirectCurrentMotor) عمدتاً از استاتور با سیم پیچ های سیم پیچ ، روتور ساخته شده از ماده آهنربای دائمی و یک سنسور موقعیت تشکیل شده است. سنسور موقعیت ، همانطور که لازم است ، می تواند بدون پیکربندی باقی بماند.

پتور

ساختار استاتور یک موتور BLDC شبیه به یک موتور القایی است. این لمینت های فولادی انباشته با شیارهای محوری برای سیم پیچ تشکیل شده است. سیم پیچ در BLDC کمی متفاوت از موتورهای القایی معمولی است.

استاتور موتور BLDC

به طور معمول ، بیشتر موتورهای BLDC از سه سیم پیچ استاتور متصل به یک ستاره یا شکل 'y ' (بدون خنثی) تشکیل شده اند. علاوه بر این ، بر اساس اتصال سیم پیچ ، سیم پیچ های استاتور بیشتر به موتورهای ذوزنقه ای و سینوسی تقسیم می شوند.

نیروی برق معکوس موتور BLDC

در یک موتور ذوزنقه ای ، هم جریان درایو و هم نیروی الکتروموتوری ضد پیشخوان دارای شکل ذوزنقه ای (سینوسی در مورد موتور سینوسی) است. به طور معمول ، موتورهای دارای امتیاز 48 ولت (یا کمتر) در خودرو و روباتیک (اتومبیل های ترکیبی و بازوهای ربات) استفاده می شوند.

روتور

قسمت روتور یک موتور BLDC از آهنرباهای دائمی (معمولاً آهنرباهای آلیاژ زمین نادر مانند Neodymium (ND) ، Samarium Cobalt (SMCO) و Neodymium Iron Boron (NDFEB) تشکیل شده است.

بسته به کاربرد ، تعداد قطب ها می توانند بین دو تا هشت متفاوت باشند ، با قطب شمالی (N) و قطب (های) جنوبی به طور متناوب قرار می گیرند. نمودار زیر سه ترتیب مختلف قطب های مغناطیسی را نشان می دهد.

(الف) آهنربا در حاشیه روتور قرار می گیرد.

(ب) روتور به نام یک روتور تعبیه شده الکترومغناطیسی که در آن یک آهنربای دائمی مستطیل شکل در هسته روتور تعبیه شده است.

ج) آهنربا در هسته روتور وارد می شود. 

سنسور موقعیت روتور موتور BLDC (سنسور سالن)

از آنجا که هیچ برس در موتورهای BLDC وجود ندارد ، رفت و آمد به صورت الکترونیکی کنترل می شود. برای چرخاندن موتور ، سیم پیچ های استاتور باید به صورت متوالی انرژی بگیرند و موقعیت روتور (یعنی قطب های شمالی و جنوبی روتور) باید شناخته شود تا به طور دقیق یک مجموعه خاص از سیم پیچ های استاتور را انرژی بخشد.

سنسورهای موقعیت با استفاده از سنسورهای هال (کار بر روی اصل اثر هال) معمولاً برای تشخیص موقعیت روتور و تبدیل آن به یک سیگنال الکتریکی استفاده می شوند. بیشتر موتورهای BLDC از سه سنسور سالن استفاده می کنند که در استاتور تعبیه شده اند تا موقعیت روتور را تشخیص دهند.

سنسورهای هال نوعی سنسور مبتنی بر اثر هال هستند که برای اولین بار در سال 1879 توسط سالن فیزیکدان آمریکایی در مواد فلزی کشف شد ، اما به دلیل استفاده از تالار در مواد فلزی بسیار ضعیف بود. با توسعه فناوری نیمه هادی ، شروع به استفاده از مواد نیمه هادی برای تولید اجزای سالن ، به دلیل اثر هال قابل توجه است و به کار رفته و توسعه یافته است. سنسور سالن سنسور است که هنگام عبور از یک میدان مغناطیسی متناوب ، پالس ولتاژ خروجی را تولید می کند. دامنه پالس با قدرت میدان میدان مغناطیسی تحریک تعیین می شود. بنابراین ، سنسورهای سالن به منبع تغذیه خارجی احتیاج ندارند.

خروجی سنسور سالن بسته به اینکه قطب شمالی روتور قطب جنوبی یا در نزدیکی قطب شمالی باشد ، زیاد یا پایین خواهد بود. با ترکیب نتایج سه سنسور ، توالی دقیق انرژی را می توان تعیین کرد.

بر خلاف موتورهای DC برس ، که در آن استاتور و روتور کاملاً معکوس شده اند ، سیم پیچ های آرماتور در سمت استاتور قرار گرفته و مواد آهنربای دائمی با کیفیت بالا در سمت روتور تنظیم شده است ، ساختار بدنه حرکتی BLDCM متشکل از سیم پیچ های آرماتور استاتور است ، روتور آهنربای دائمی ، و سنسورهای تنظیم شده از آرایش آرایش می کنند. زاویه الکتریکی به ترتیب بین مراحل. این ساختار با یک موتور DC کاملاً برس متفاوت است و شبیه به ساختار سیم پیچ استاتور یک موتور AC است ، اما قدرت AC موج مربع هنگام کار با مدار درایو به موتور عرضه می شود.

BLDCM یک حالت هدایت کامل ، سه فاز ، سیم سیم ، شش طبقه ، دو بر دو به دو حالت را انتخاب می کند که در آن دو MOSFET در همان زمان در مدار درایو انرژی می گیرند و بر این اساس ، سیم پیچ های استاتور دو فاز در بدنه موتور به صورت سری انرژی می گیرند. هر مرحله فاز الکترونیکی یک بار ، پتانسیل پویا مغناطیسی استاتور FA که به زاویه الکتریکی فضایی 60 درجه تبدیل شده است ، یک پتانسیل پویا مغناطیسی است ، فاصله زاویه الکتریکی 60 درجه ، FA پرش کرد. اگرچه روتور به طور مداوم می چرخد ، اما حالت چرخش حرکت مغناطیسی استاتور یک نوع پله است ، که متفاوت از حرکت مغناطیسی مغناطیسی موتور همگام AC واقعی است. FA FA و روتور حرکت مغناطیسی FF همیشه در محدوده 60 درجه 120 درجه از تغییرات دوره ای است ، میانگین آن با استفاده از Memance Momentration ، که تضمین می کند که آن را از بین می برد و این باعث می شود که Momentum Momentum و Rotor Rotor و Rotor Rotor و Rotor Rotor و Rotor Rotor را تضمین می کند. گشتاور الکترومغناطیسی T ، چرخش مداوم روتور آهنربای دائمی.

اصل کار از موتور DC بدون برس شبیه به موتور Brush DC است. قانون نیروی لورنتز بیان می کند که تا زمانی که یک هادی حامل فعلی در یک میدان مغناطیسی قرار گیرد ، تحت تأثیر نیرو قرار می گیرد. با توجه به نیروی واکنش ، آهنربا در معرض نیروهای برابر و مخالف قرار می گیرد. هنگامی که یک جریان از طریق یک سیم پیچ عبور می کند ، یک میدان مغناطیسی تولید می شود که توسط قطب های مغناطیسی استاتور هدایت می شود ، با هموپورهایی که یکدیگر را دفع می کنند و قطب های ناهمسانگرد که یکدیگر را به خود جلب می کنند. اگر جهت جریان در سیم پیچ به طور مداوم تغییر کند ، قطب های میدان مغناطیسی ناشی از روتور نیز به طور مداوم تغییر می کنند و سپس روتور تمام وقت تحت عمل میدان مغناطیسی می چرخد.

در موتورهای BLDC ، آهنرباهای دائمی (روتور) در حال حرکت هستند ، در حالی که هادی حامل جریان (استاتور) ثابت است.

نمودار عملکرد موتور BLDC

هنگامی که سیم پیچ استاتور از منبع تغذیه قدرت دریافت می کند ، به یک الکترومغناطیس تبدیل می شود و شروع به تولید یک میدان مغناطیسی یکنواخت در شکاف هوا می کند. سوئیچ با وجود این واقعیت که منبع تغذیه DC است ، یک شکل موج ولتاژ AC با شکل ذوزنقه ایجاد می کند. روتور به دلیل تعامل بین استاتور الکترومغناطیسی و روتور آهنربای دائمی ، به چرخش خود ادامه می دهد.

با جابجایی سیم پیچ ها به سیگنال های زیاد و پایین ، سیم پیچ های مربوطه به عنوان قطب های شمالی و جنوبی هیجان زده می شوند. روتور آهنربای دائمی با قطب های جنوبی و شمالی با قطب های استاتور تراز شده است که باعث چرخش موتور می شود.

نمودارهای عملیاتی موتور BLDC برای موتورهای BLDC یک قطبی و دو قطبی

موتورهای DC بدون برس در سه تنظیم قرار دارند: تک فاز ، دو فاز و سه فاز. در میان آنها ، BLDC سه فاز رایج ترین است.

(3) روشهای رانندگی موتور DC بدون برس

روش رانندگی از موتور DC بدون برس را می توان با توجه به دسته های مختلف به روشهای مختلف رانندگی تقسیم کرد:

با توجه به شکل موج درایو: درایو موج مربع ، این روش درایو مناسب است ، تحقق موتور بدون کنترل سنسور موقعیت آسان است.

درایو سینوسی: این روش درایو می تواند اثر موتور را بهبود بخشد و گشتاور خروجی را یکنواخت کند ، اما روند تحقق نسبتاً پیچیده است. در عین حال ، این روش دارای SPWM و SVPWM (وکتور فضایی PWM) دو روش است ، SVPWM از SPW بهتر است.

(4) مزایا و مضرات موتور DC بدون برس

مزایای:

▷   قدرت خروجی بالا

▷ اندازه و وزن کوچک 

dispition اتلاف گرم و راندمان بالا 

▷ طیف گسترده ای از سرعت کار و سر و صدای الکتریکی کم. 

▷ قابلیت اطمینان بالا و نیازهای نگهداری کم. 

▷ پاسخ پویا بالا 

interference تداخل الکترومغناطیسی کم

کافی نیست:

controller کنترل کننده الکترونیکی مورد نیاز برای کنترل این موتور گران است 

circuition مدار درایو پیچیده مورد نیاز است 

▶ سنسورهای موقعیت اضافی مورد نیاز هستند (از FOC استفاده نمی شود)

5） استفاده از موتور DC بدون برس

موتورهای DC بدون برس به طور گسترده ای در نیازهای مختلف کاربردی مانند کنترل صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند (موتورهای DC بدون برس نقش مهمی در تولید صنعتی مانند نساجی ، متالورژی ، چاپ ، خطوط تولید خودکار ، ابزار CNC ، و غیره) ، دستگاه خودرو (موتورها در جاروبرقی ، درهای برق ، تهویه مطبوع خودرو ، سیستم عامل ، ویندوزهای برق و سایر قسمت های کار را بازی می کنند. دستگاه های کپی ، درایوهای دیسک سخت ، درایوهای دیسک فلاپی ، دوربین های فیلم و غیره ، در دوک و کنترل محور حرکات فرعی خود ، همه دارند علاوه بر این ، تجهیزات مراقبت های بهداشتی (استفاده از موتورهای DC بدون برس ، می توان برای رانندگی یک پمپ خون کوچک در قلب مصنوعی استفاده کرد ؛ در کشور ، دستگاه های پر سرعت جراحی برای سانتریفیوژهای با سرعت بالا ، تصویربرداری حرارتی و دماسنج لیزر مادران

تفاوت بین موتورهای DC بدون برس و موتورهای برس DC

دسته پروژه	موتور DC بدون برس	قلم مو
ساختار	آهنربای دائمی به عنوان روتور ، درایو برقی به عنوان استاتور	آهنربای دائمی به عنوان روتور ، درایو برقی به عنوان استاتور
سیم پیچ و پیوندهای سیم پیچ	خصوصیات موتور برس ، عمر طولانی ، بدون تداخل ، نگهداری ، سر و صدای کم ، قیمت بالا.	اتلاف گرما
خوب	ضعیف	تخفیف
جابجایی سوئیچینگ الکترونیکی با مدارهای الکترونیکی	تماس مکانیکی بین برس و یکسو کننده	سنسور موقعیت روتور
عناصر سالن ، رمزگذارهای نوری و غیره یا ژنراتورهای پیشگیری	خود تحسین توسط برس ها	خود تحسین توسط برس ها
واژگونی	تغییر توالی سوئیچینگ دنده فرمان الکترونیکی	تغییر قطبیت ولتاژ ترمینال
مقایسه مزایا و معایب	خصوصیات مکانیکی و کنترل خوب ، عمر طولانی ، بدون تداخل ، صدای کم ، اما هزینه بالاتر.	خصوصیات و کنترل مکانیکی خوب ، سر و صدای زیاد ، تداخل الکترومغناطیسی

مقایسه موتورهای DC بدون برس و موتورهای DC برس

تولید کنندگان جریان اصلی موتور BLDC (TOP10)

در حال حاضر ، شرکت های برتر در صنعت BLDC شامل ABB ، AMTEK ، NIDEC ، گروه Minebea ، Textronic ، United Motion Technologies ، Baldor Electronics ، شرکت الکتریکی آمریکای شمالی ، Schneider Electric و Regalbeloit Corporation هستند.

آشنایی با موتورهای DC بدون برس

یک موتور DC بدون برس (BLDC) نوعی موتور همزمان است که در آن میدان مغناطیسی تولید شده توسط استاتور و میدان مغناطیسی تولید شده توسط روتور دارای همان فرکانس است. این ماده به دلیل مزایای آن از قدرت خروجی بالا ، سر و صدای الکتریکی کم ، قابلیت اطمینان زیاد ، پاسخ پویا بالا ، تداخل الکترومغناطیسی کمتر و سرعت بهتر استفاده می شود.

ساختار داخلی موتور DC بدون برس

ساختار a موتور بدون برس DC در زیر نشان داده شده است (روتور ، روتور خارجی ، موتور بدون سنسور به عنوان نمونه):

موتور بدون برس از پوشش جلویی ، پوشش میانی ، آهنربا ، ورق فولادی سیلیکون ، سیم مینا ، یاتاقان ، شافت چرخان و پوشش پشت تشکیل شده است. در میان آنها ، شافت بلبری ، یاتاقان و چرخان روتور موتور را تشکیل می دهد. استاتور موتور از ورق فولادی سیلیکون و سیم مینا تشکیل شده است. پوشش جلویی ، پوشش میانی و پشتی شامل پوسته موتور است. اجزای مهم در جدول زیر شرح داده شده است:

	اجزای	شرح
روتور	مغناطیس	یک مؤلفه مهم یک موتور بدون برس. اکثریت قریب به اتفاق پارامترهای عملکرد یک موتور بدون برس مربوط به آن است.
	محور چرخش	قسمت مستقیم استرس از روتور ؛
	حامل	ضمانت عملکرد موتور صاف است. در حال حاضر بیشتر موتورهای بدون برس از یاتاقان های توپ شیار عمیق استفاده می کنند.
روتور	ورق فولادی سیلیکون	ورق فولادی سیلیکون بخش مهمی از موتور بدون برس شکاف است ، عملکرد اصلی کاهش مقاومت مغناطیسی و شرکت در عملکرد مدار مغناطیسی است.
	سیم مینا	به عنوان هادی انرژی یافته سیم پیچ سیم پیچ. از طریق فرکانس متناوب و شکل موج جریان ، یک میدان مغناطیسی در اطراف استاتور تشکیل می شود تا روتور را برای چرخش هدایت کند.

توصیف روتور

روتور a موتور DC بدون برس (BLDC) از آهنرباهای دائمی با چندین جفت قطب به طور متناوب مطابق با N- و S-Pole (شامل پارامتر جفت قطب) ساخته شده است.

مقطع مگنت روتور

توصیف استاتور

استاتور یک موتور DC بدون برس (BLDC) از یک ورق فولادی سیلیکون (شکل زیر) تشکیل شده است که سیم پیچ های استاتور قرار داده شده در شکافهای برش محوری در امتداد محور داخلی (تعداد پارامتر قطب های هسته (تعداد شکاف های N) در آن دخیل است). هر سیم پیچ استاتور از تعدادی سیم پیچ متصل به یکدیگر تشکیل شده است. معمولاً سیم پیچ ها در یک الگوی ستاره سه متصل توزیع می شوند.

کویل های زخم ستاره سه گانه ، با توجه به نحوه اتصال کویل ها ، می توان سیم پیچ های استاتور را به سیم پیچ های ذوزنقه ای و سینوسی تقسیم کرد. تفاوت بین این دو عمدتا شکل موج نیروی الکتروموتوری ضد پیشخوان است. همانطور که از نام آن پیداست: سیم پیچ استاتوئیدال یک نیروی الکتروموتوری پیشخوان ذوزنقه ای تولید می کند و سیم پیچ سینوسی یک نیروی الکتروموتوری پیشخوان سینوسی تولید می کند. این در شکل زیر نشان داده شده است:   

PS: هنگامی که موتور بدون بار تأمین می شود ، شکل موج را می توان با اسیلوسکوپ اندازه گیری کرد.

02 طبقه بندی موتورهای DC بدون برس

توضیحات طبقه بندی موتور DC بدون برس

موتور DC بدون برس (BLDC) با توجه به توزیع روتور را می توان به موتور روتور داخلی ، موتور روتور خارجی تقسیم کرد. با توجه به فاز درایو می توان به موتور تک فاز ، موتور دو فاز ، موتور سه فاز (رایج ترین کاربرد) تقسیم شد. با توجه به اینکه سنسور به موتورهای حسی و موتورهای غیر حسی و غیره تقسیم می شود یا خیر. طبقه بندی های بسیاری از موتورها وجود دارد ، دلیل فضایی ، برای توصیف برادران علاقه مند به درک خودشان در اینجا نیست.

توضیحات موتور روتور داخلی و بیرونی

موتورهای بدون برس را می توان با توجه به ساختار ردیف روتور و استاتور به موتورهای روتور بیرونی و موتورهای روتور داخلی تقسیم کرد (همانطور که در زیر آمده است).

موتور	توصیفی
موتور روتور بیرونی	سیم پیچ سیم پیچ انرژی داخلی به عنوان استاتور عمل می کند و آهنرباهای دائمی به عنوان روتور به محفظه همراه می شوند. در مجالس مشترک: روتور بیرون است و استاتور در داخل است.
موتور روتور داخلی	آهنرباهای دائمی داخلی به عنوان روتور ، سیم پیچ سیم پیچ و پوسته به عنوان استاتور به شافت مرتبط می شوند. معمولاً: روتور در داخل ، استاتور در بیرون ؛

تفاوت بین موتور روتور داخلی و خارجی

علاوه بر توالی روتور و استاتور مختلف ، بین موتورهای روتور داخلی و خارجی نیز تفاوت هایی وجود دارد که به شرح زیر است:

خصوصیات	موتور روتور داخلی	موتور روتور بیرونی
چگالی قدرت	بالاتر	پایین
سرعت	بالاتر	پایین
ثبات پایین	پایین	بالاتر
هزینه	نسبتاً بالاتر	پایین
اتلاف گرما	متوسط	بدتر
جفت قطب	کمتر	بیشتر

03 پارامترهای موتور بدون برس DC

پارامترهای موتور بدون برس

پارامتر	شرح
ولتاژ دارای امتیاز	برای موتورهای بدون برس ، آنها برای طیف گسترده ای از ولتاژهای عملیاتی مناسب هستند و این پارامتر ولتاژ عملیاتی تحت شرایط بار مشخص است.
مقدار kV	اهمیت فیزیکی: سرعت در دقیقه در ولتاژ کار 1 ولت ، یعنی: سرعت (بدون بار) = kV مقدار * ولتاژ کار برای موتورهای بدون برس با مشخصات اندازه: 1. تعداد چرخش های سیم پیچ زیاد است ، مقدار KV کم است ، حداکثر جریان خروجی اندک است و گشتاور بزرگ است. 2. تعداد کمتری از سیم پیچ ، مقدار کیلوولت بالا ، حداکثر جریان خروجی ، گشتاور کوچک ؛
گشتاور و سرعت	گشتاور (لحظه ، گشتاور): گشتاور رانندگی تولید شده توسط روتور در موتور می تواند برای هدایت بار مکانیکی استفاده شود. سرعت: سرعت موتور در دقیقه ؛
حداکثر جریان	حداکثر جریان که می تواند با خیال راحت مقاومت کند و کار کند
ساخت و ساز از طریق ساختار	تعداد قطب های اصلی (تعداد شکاف N): تعداد شکافهای ورق فولادی سیلیکون استاتور. تعداد قطب های فولادی مغناطیسی (شماره قطب P): تعداد فولاد مغناطیسی روی روتور ؛
القاء استاتور	القاء در هر دو انتهای سیم پیچ استاتور یک موتور در حالت استراحت
مقاومت در برابر استاتور	مقاومت DC هر سیم پیچ موتور در 20
مقاومت DC هر سیم پیچ موتور در 20	در شرایط مشخص ، هنگامی که سیم پیچ موتور باز است ، مقدار نیروی الکتروموتوری ناشی از خطی تولید شده در سیم پیچ آرماتور در هر واحد سرعت

کنترل موتور BLDC

الگوریتم های کنترل موتور BLDC

موتورهای بدون برس از نوع خود سازگار (تعویض خود جهت گیری) هستند و بنابراین برای کنترل پیچیده تر هستند.

کنترل موتور BLDC نیاز به دانش در مورد موقعیت روتور و مکانیسم دارد که توسط آن موتور تحت فرمان اصلاح قرار می گیرد. برای کنترل سرعت حلقه بسته ، دو مورد اضافی وجود دارد ، یعنی اندازه گیری برای سرعت روتور/ یا سیگنال های موتور و سیگنال های PWM برای کنترل قدرت سرعت موتور.

موتورهای BLDC بسته به نیازهای کاربردی می توانند سیگنال های PWM با هم تراز یا مرکز هماهنگ داشته باشند. بیشتر برنامه ها فقط به عملکرد تغییر سرعت نیاز دارند و از 6 سیگنال PWM جداگانه جداگانه استفاده می کنند.

این بالاترین وضوح را ارائه می دهد. اگر برنامه نیاز به موقعیت یابی سرور ، ترمز انرژی یا وارونگی برق داشته باشد ، سیگنال های PWM با مرکز تکمیلی تکمیلی توصیه می شود. برای حس موقعیت روتور ، موتورهای BLDC از سنسورهای اثر سالن برای ارائه سنجش موقعیت مطلق استفاده می کنند. این منجر به استفاده از سیم های بیشتر و هزینه های بالاتر می شود. کنترل BLDC بدون سنسور نیاز به سنسورهای سالن را از بین می برد و در عوض از نیروی الکتروموتوری ضد موتور (نیروی الکتروموتور) برای پیش بینی موقعیت روتور استفاده می کند. کنترل بدون سنسور برای برنامه های سرعت متغیر کم هزینه مانند فن ها و پمپ ها بسیار مهم است. در هنگام استفاده از موتورهای BLDC ، کنترل بدون سنسور برای یخچال و کمپرسورهای تهویه مطبوع نیز لازم است.

درج و مکمل زمان بدون بار

بیشتر موتورهای BLDC نیازی به PWM مکمل ، درج زمان بدون بار یا جبران زمان بدون بار ندارند. تنها برنامه های BLDC که ممکن است به این ویژگی ها نیاز داشته باشد ، موتورهای Servo BLDC با کارایی بالا ، موتورهای BLDC هیجان زده موج Sine ، AC بدون برس یا PC Mangorous Motors هستند.

الگوریتم های کنترل

بسیاری از الگوریتم های کنترل مختلف برای تأمین کنترل موتورهای BLDC استفاده می شوند. به طور معمول ، ترانزیستورهای قدرت به عنوان تنظیم کننده خطی برای کنترل ولتاژ موتور استفاده می شوند. این رویکرد هنگام رانندگی موتورهای با قدرت بالا عملی نیست. موتورهای با قدرت بالا باید PWM کنترل شوند و برای ارائه توابع شروع و کنترل به میکروکنترلر نیاز دارند.

الگوریتم کنترل باید سه عملکرد زیر را ارائه دهد:

ولتاژ PWM برای کنترل سرعت موتور

مکانیسمی برای اصلاح و کمبود موتور

روشهای پیش بینی موقعیت روتور با استفاده از حسگرهای الکتروموتوری معکوس یا سنسورهای سالن

از مدولاسیون عرض پالس فقط برای اعمال ولتاژ متغیر در سیم پیچ های موتور استفاده می شود. ولتاژ مؤثر متناسب با چرخه وظیفه PWM است. هنگامی که تعدیل یکسو کننده مناسب به دست می آید ، ویژگی های سرعت گشتاور یک BLDC همانند موتورهای DC زیر است. ولتاژ متغیر می تواند برای کنترل سرعت و گشتاور متغیر موتور استفاده شود.

جابجایی ترانزیستور قدرت ، سیم پیچ مناسب در استاتور را قادر می سازد تا بسته به موقعیت روتور بهترین گشتاور را تولید کند. در یک موتور BLDC ، MCU باید موقعیت روتور را بشناسد و بتواند در زمان مناسب رفت و آمد کند.

جابجایی Trapezoidal موتور BLDC

یکی از ساده ترین روش ها DC Brushless Motors برای استفاده از آنچه به آن تراکم ذوزنقه گفته می شود استفاده می شود.

نمودار بلوک ساده از یک کنترلر نردبان برای موتورهای BLDC در این نمودار شماتیک

در این شماتیک ، جریان به طور همزمان توسط یک جفت پایانه حرکتی کنترل می شود ، در حالی که ترمینال حرکتی سوم همیشه به صورت الکترونیکی از منبع تغذیه جدا می شود.    

از سه دستگاه سالن تعبیه شده در موتور بزرگ برای تهیه سیگنال های دیجیتالی استفاده می شود که موقعیت روتور را در یک بخش 60 درجه اندازه گیری می کنند و این اطلاعات را در کنترل کننده موتور ارائه می دهند. از آنجا که جریان جریان در دو سیم پیچ به طور همزمان و صفر در سوم برابر است ، این روش یک بردار فضایی فعلی با تنها یکی از شش جهت مشترک تولید می کند. با هدایت موتور ، جریان در پایانه های موتور یک بار در هر 60 درجه چرخش به صورت الکتریکی تغییر می یابد (اصلاح شده اصلاح شده) ، بنابراین بردار فضای فعلی همیشه در نزدیکترین تغییر فاز 90 درجه است

موقعیت 30 درجه

کنترل ذوزنقه ای: شکل موج و گشتاور درایو در یکسو کننده

بنابراین شکل موج فعلی در هر سیم پیچ ، ذوزنقه است ، از صفر شروع می شود و به جریان مثبت می رود و سپس صفر و جریان منفی را انجام می دهد. این یک بردار فضایی فعلی تولید می کند که با چرخش روتور در 6 جهت مختلف به چرخش متعادل نزدیک می شود.

در کاربردهای حرکتی مانند تهویه مطبوع و یخچال ، استفاده از سنسورهای سالن ثابت نیست. از سنسورهای بالقوه معکوس ناشی از سیم پیچ های بدون اتصال می توان برای دستیابی به همان نتایج استفاده کرد.

چنین سیستم های درایو ذوزنقه به دلیل سادگی مدارهای کنترل آنها بسیار متداول هستند ، اما در هنگام اصلاح از مشکلات موج دار گشتاور رنج می برند.

جابجایی اصلاح شده سینوسی برای موتورهای BLDC

جابجایی یکسو کننده ذوزنقه برای تأمین کنترل موتور BLDC متعادل و دقیق کافی نیست. این امر عمدتا به این دلیل است که گشتاور در یک فاز سه فاز ایجاد می شود موتور بدون برس (با نیروی الکتروموتوری پیشخوان موج سینوسی) توسط معادله زیر تعریف شده است:

گشتاور شافت چرخان = kt [irsin (o)+issin (o+120)+itin (o+240)]

جایی که: o زاویه الکتریکی شافت چرخان Kt ثابت گشتاور موتور IR است ، و اگر جریان فاز سینوسی باشد ، برای جریان فاز است: IR = i0sino ؛ IS = i0sin (+120o) ؛ آن = i0sin (+240o)

دریافت: گشتاور شافت چرخان = 1.5i0 * kt (یک مستقل ثابت از زاویه شافت چرخان)

یکسو کننده سینوسی کنترل کننده موتور بدون برس را کاهش می دهد تا بتواند سه سیم پیچ موتور را با سه جریان هدایت کند که با چرخش موتور به راحتی سینوسی متفاوت است. مراحل مرتبط با این جریانها به گونه ای انتخاب می شوند که بردارهای فضایی صاف از جریان روتور را در جهت های متعامد به روتور با عدم تغییر ایجاد می کنند. این امر باعث از بین رفتن گشتاور و پالس های فرمان مرتبط با فرمان شمالی می شود.

به منظور ایجاد یک مدولاسیون سینوسی صاف از جریان موتور به عنوان موتور چرخش ، اندازه گیری دقیق موقعیت روتور مورد نیاز است. دستگاه های سالن فقط یک محاسبه خشن از موقعیت روتور ارائه می دهند که برای این منظور کافی نیست. به همین دلیل ، بازخورد زاویه ای از یک رمزگذار یا دستگاه مشابه مورد نیاز است.

نمودار بلوک ساده از یک کنترلر موج سینوس موتور BLDC

از آنجا که جریانهای سیم پیچ باید برای تولید یک بردار فضای جریان روتور ثابت صاف ترکیب شوند و از آنجا که هر یک از سیم پیچ های استاتور در زاویه ای از 120 درجه از هم قرار گرفته اند ، جریان های موجود در هر بانک سیم باید سینوسی باشد و تغییر فاز 120 درجه داشته باشد. اطلاعات موقعیت از رمزگذار برای سنتز دو موج سینوسی با تغییر فاز 120 درجه بین این دو استفاده می شود. سپس این سیگنال ها توسط دستور گشتاور ضرب می شوند تا دامنه موج سینوسی متناسب با گشتاور مورد نیاز باشد. در نتیجه ، دو فرمان جریان سینوسی به درستی مرحله ای هستند ، بنابراین یک بردار فضای جریان استاتور در حال چرخش در جهت متعامد تولید می کنند.

سیگنال فرمان جریان سینوسی یک جفت کنترل کننده PI را که جریان را در دو سیم پیچ موتور مناسب تعدیل می کند ، خروجی می کند. جریان در سیم پیچ روتور سوم مجموع منفی جریان های سیم پیچ کنترل شده است و بنابراین نمی توان به طور جداگانه کنترل کرد. خروجی هر کنترلر PI به یک تعدیل کننده PWM و سپس به پل خروجی و دو پایانه حرکتی ارسال می شود. ولتاژ اعمال شده به ترمینال حرکتی سوم از مجموع منفی سیگنال های اعمال شده در دو سیم پیچ اول ، به طور مناسب برای سه ولتاژ سینوسی در فاصله 120 درجه از هم جدا شده است.

در نتیجه ، شکل موج جریان خروجی واقعی به طور دقیق سیگنال فرمان جریان سینوسی را ردیابی می کند ، و بردار فضای جریان حاصل به راحتی می چرخد تا در جهت مورد نظر کمی تثبیت و گرا باشد.

نتیجه فرمان یکسو کننده سینوسی از کنترل تثبیت شده با فرمان یکسو کننده ذوزنقه به طور کلی قابل دستیابی نیست. با این حال ، به دلیل راندمان بالای آن در سرعت کم موتور ، با سرعت بالایی از موتور جدا می شود. این در حالی است که با افزایش سرعت ، کنترل کننده های بازگشت فعلی باید سیگنال سینوسی افزایش فرکانس را ردیابی کنند. در عین حال ، آنها باید با افزایش سرعت در دامنه و فرکانس افزایش یابد که در دامنه و فرکانس افزایش می یابد.

از آنجا که کنترل کننده های PI دارای افزایش و پاسخ فرکانس محدود هستند ، اختلالات متغیر زمان به حلقه کنترل فعلی باعث تاخیر فاز و خطاهای در جریان موتور می شود که با سرعت بالاتر افزایش می یابد. این امر در جهت بردار فضای فعلی با توجه به روتور تداخل می یابد ، بنابراین باعث جابجایی از جهت چهارگوش می شود.

هنگامی که این اتفاق بیفتد ، گشتاور کمتری را می توان با مقدار مشخصی از جریان تولید کرد ، بنابراین برای حفظ گشتاور جریان بیشتری لازم است. کارایی کاهش می یابد.

این کاهش با افزایش سرعت ادامه خواهد یافت. در مقطعی ، جابجایی فاز جریان بیش از 90 درجه است. وقتی این اتفاق بیفتد ، گشتاور به صفر کاهش می یابد. از طریق ترکیبی از سینوسی ، سرعت در این نقطه فوق منجر به گشتاور منفی می شود و بنابراین نمی توان تحقق یافت.

الگوریتم های کنترل موتور AC

کنترل مقیاس

کنترل مقیاس (یا کنترل V/هرتز) یک روش ساده برای کنترل سرعت یک موتور فرمان است

مدل حالت پایدار موتور فرمان عمدتاً برای به دست آوردن فناوری استفاده می شود ، بنابراین عملکرد گذرا امکان پذیر نیست. سیستم حلقه فعلی ندارد. برای کنترل موتور ، منبع تغذیه سه فاز فقط در دامنه و فرکانس متفاوت است.

کنترل بردار یا کنترل جهت گیری میدان مغناطیسی

گشتاور در یک موتور به عنوان تابعی از میدان ها و قله های مغناطیسی استاتور و روتور متفاوت است که این دو میدان برای یکدیگر متعامد هستند. در کنترل مبتنی بر مقیاس ، زاویه بین دو میدان مغناطیسی به طور قابل توجهی متفاوت است.

کنترل وکتور موفق به ایجاد ارتوگنومیکی دوباره در موتورهای AC می شود. به منظور کنترل گشتاور ، هرکدام جریان را از شار مغناطیسی تولید شده برای دستیابی به پاسخگویی یک دستگاه DC تولید می کنند. کنترل بردار یک موتور فرماندهی AC شبیه به کنترل یک موتور DC جداگانه است.

در یک موتور DC ، انرژی میدان مغناطیسی φf تولید شده توسط جریان تحریک اگر متعامد به شار آرماتور φa تولید شده توسط جریان آرماتور IA باشد. این میدان های مغناطیسی با توجه به یکدیگر جدا و تثبیت می شوند. در نتیجه ، هنگامی که جریان آرماتور برای کنترل گشتاور کنترل می شود ، انرژی میدان مغناطیسی بی تأثیر باقی می ماند و یک پاسخ سریعتر سریعتر تحقق می یابد.

کنترل میدان گرا (FOC) یک موتور AC سه فاز شامل تقلید از عملکرد یک موتور DC است. تمام متغیرهای کنترل شده به جای AC از نظر ریاضی به DC تبدیل می شوند. گشتاور و شار کنترل مستقل هدف آن.

دو روش کنترل جهت گیری میدانی (FOC) وجود دارد: کانون مستقیم: جهت میدان مغناطیسی روتور (rotorfluxangle) به طور مستقیم توسط یک کانون غیرمستقیم ناظر شار محاسبه می شود: جهت میدان مغناطیسی روتور (rotorfluxangle) با تخمین یا اندازه گیری سرعت روتور و لغزش و لغزش (لغزش) به طور غیرمستقیم بدست می آید.

کنترل بردار نیاز به دانش در مورد موقعیت شار روتور دارد و می تواند با استفاده از دانش جریان ها و ولتاژهای ترمینال (با استفاده از یک مدل پویا از یک موتور القایی AC) توسط الگوریتم های پیشرفته محاسبه شود. با این حال ، از دیدگاه اجرای ، نیاز به منابع محاسباتی بسیار مهم است.

از رویکردهای مختلف می توان برای اجرای الگوریتم های کنترل بردار استفاده کرد. تکنیک های تغذیه ای ، برآورد مدل و تکنیک های کنترل تطبیقی همه می توانند برای تقویت پاسخ و ثبات استفاده شوند.

کنترل بردار موتورهای AC: درک عمیق تری

در قلب یک الگوریتم کنترل بردار دو تبدیل مهم است: تبدیل کلارک ، تبدیل پارک و معکوس آنها. استفاده از انتقال Clark و Park امکان کنترل جریان روتور را به منطقه روتور امکان پذیر می کند. این به یک سیستم کنترل روتور اجازه می دهد تا ولتاژ را که باید به روتور تأمین شود ، برای به حداکثر رساندن گشتاور در زیر بارهای مختلف پویا تعیین کند.

تبدیل کلارک: تبدیل ریاضی کلارک یک سیستم سه فاز را به یک سیستم دو مختصات تغییر می دهد:

جایی که IA و IB مؤلفه های Datum متعامد هستند و IO مؤلفه هموپلانار بی اهمیت است

جریان روتور سه فاز در مقابل سیستم مرجع چرخشی

تبدیل پارک: تبدیل ریاضی پارک سیستم استاتیک دو جهته را به یک بردار سیستم چرخان تبدیل می کند.

بازنمایی فریم α ، دو فاز ، β توسط تبدیل کلارک محاسبه می شود و سپس به ماژول چرخش بردار تغذیه می شود که در آن زاویه θ را می چرخاند تا با قاب D ، Q متصل به انرژی روتور مطابقت داشته باشد. با توجه به معادله فوق ، تبدیل زاویه θ تحقق می یابد.

ساختار اساسی کنترل بردار میدان مغناطیسی موتور AC

تحول کلارک از جریانهای سه فاز IA ، IB و همچنین IC استفاده می کند ، که در مرحله استاتور هماهنگ ثابت قرار دارند ، به ISD و ISQ تبدیل می شوند که به عناصر موجود در پارک دگرگونی D ، q تبدیل می شوند. تحول کلارک مبتنی بر یک مدل از شارهای موتور است. جریان های ISD ، ISQ و زاویه شار آنی ، که از مدل شار موتور محاسبه می شود ، برای محاسبه گشتاور الکتریکی موتور القایی AC استفاده می شود.

اصول کنترل بردار موتورهای AC

این مقادیر مشتق شده با یکدیگر و مقادیر مرجع مقایسه می شوند و توسط کنترلر PI به روز می شوند.

جدول 1: مقایسه کنترل درون خط موتور و کنترل بردار:

پارامتر کنترل	کنترل V/هرتز	کنترل یاری	کنترل ساژیتال بدون سنسور
تنظیم سرعت	1 ٪	0 001 ٪	0 05 ٪
تنظیم گشتاور	ضعیف	+/- 2 ٪	+/- 5 ٪
مدل موتور	نه	تقاضا	یک مدل دقیق مورد نیاز است
قدرت پردازش MCU	کم	عالی	بالا +DSP

یک مزیت ذاتی کنترل موتور مبتنی بر بردار این است که می توان از همان اصل برای انتخاب مدل ریاضی مناسب برای کنترل جداگانه انواع مختلف موتورهای AC ، PM-AC یا BLDC استفاده کرد.

کنترل بردار موتور BLDC

موتور BLDC انتخاب اصلی برای کنترل بردار میدانی است. موتورهای بدون برس با FOC می توانند به راندمان بالاتری ، تا 95 ٪ دست یابند و همچنین برای موتورها با سرعت بالا بسیار کارآمد هستند.

کنترل موتور پله

کنترل موتور پله ای معمولاً جریان درایو دو طرفه را اتخاذ می کند و با تعویض سیم پیچ به ترتیب ، قدم موتور آن محقق می شود. معمولاً این نوع موتور پله ای دارای 3 دنباله درایو است:

1. 
   

   درایو کامل مرحله تک فاز:

   
   

در این حالت ، سیم پیچ به ترتیب زیر ، AB/CD/BA/DC از آن استفاده می شود (BA به این معنی است که سیم پیچ AB در جهت مخالف تأمین می شود). این دنباله حالت کامل فاز یا حالت موج محور نامیده می شود. در هر زمان ، فقط یک بار اضافی وجود دارد.

2. درایو کامل مرحله فاز دوگانه:

در این حالت ، دو مرحله با هم شارژ می شوند ، بنابراین روتور همیشه بین دو قطب است. این حالت به نام Biphase Full Step نامیده می شود ، این حالت توالی درایو معمولی موتور دو قطبی است ، می تواند حداکثر گشتاور را خروجی کند.

3. حالت نیمه مرحله:

این حالت مرحله تک فاز و دو مرحله با هم قدرت خواهد داشت: قدرت تک فاز ، و سپس دو برابر قدرت ، و سپس قدرت تک فاز ... بنابراین ، موتور با افزایش نیمه مرحله کار می کند. این حالت حالت نیمه مرحله ای نامیده می شود و زاویه مرحله موثر موتور در هر تحریک به نصف کاهش می یابد و گشتاور خروجی نیز پایین تر است.

از سه حالت فوق می توان برای چرخش در جهت مخالف (خلاف جهت عقربه های ساعت) استفاده کرد ، اما اگر سفارش معکوس شود.

معمولاً موتور پله به منظور کاهش زاویه پله ، قطب های مختلفی دارد ، اما تعداد سیم پیچ ها و دنباله درایو ثابت است.

الگوریتم کنترل موتور DC عمومی

کنترل سرعت موتور عمومی ، به ویژه استفاده از دو مدار موتور: کنترل زاویه فاز کنترل هلی کوپتر PWM

کنترل زاویه فاز

کنترل زاویه فاز ساده ترین روش برای کنترل سرعت جنرال موتورز است. سرعت با تغییر زاویه قوس نقطه TRIAC کنترل می شود. کنترل زاویه فاز یک راه حل بسیار اقتصادی است ، با این حال ، بسیار کارآمد نیست و مستعد تداخل الکترومغناطیسی (EMI) است.

کنترل زاویه فاز موتورهای جنرال

نمودار نشان داده شده در بالا مکانیسم کنترل زاویه فاز را نشان می دهد و یک کاربرد معمولی از کنترل سرعت TRIAC است. حرکت فاز پالس دروازه TRIAC یک ولتاژ کارآمد تولید می کند ، بنابراین سرعت حرکتی مختلف تولید می کند و از یک مدار تشخیص صفر عبور برای ایجاد مرجع زمان بندی برای تأخیر در پالس دروازه استفاده می شود.

کنترل هلی کوپتر PWM

کنترل PWM یک راه حل پیشرفته تر برای کنترل سرعت موتور عمومی است. در این محلول ، Mofset Power یا IGBT ولتاژ خط AC اصلاح شده با فرکانس بالا را روشن می کند تا ولتاژ متغیر زمان برای موتور ایجاد شود.

کنترل هلی کوپتر PWM برای جنرال موتورز

دامنه فرکانس سوئیچینگ به طور کلی 10-20 کیلوهرتز برای از بین بردن نویز است. این روش کنترل موتور هدف کلی امکان کنترل بهتر جریان و عملکرد بهتر EMI و بنابراین راندمان بالاتر را فراهم می کند.