A kefe nélküli DC (BLDC) motorok alapelvei és a használatuk megfelelő módja

A legalapvetőbb motor a 'DC motor (kefe motor) '. Azáltal, hogy egy tekercset egy mágneses mezőbe helyez, és áthalad egy áramló áramot rajta, a tekercset az egyik oldalon a mágneses pólusok tagadják, és a másik oldal vonzza egyszerre, és továbbra is forog. A forgás során a tekercsen átfolyó áram megfordul, és folyamatosan forog. Van egy olyan motor egy része, amelyet 'Commutator ' -nek hívnak, amelyet 'kefék' táplálnak, amelyek a 'Kormánycsoport ' fölött helyezkednek el, és folyamatosan mozognak, amikor forog. A kefék helyzetének megváltoztatásával az áram iránya megváltoztatható. A kommutátor és a kefék nélkülözhetetlen szerkezetek a DC motor forgásához.

1. ábra: A DC motor működésének vázlatos diagramja (szálcsiszolt motor).

A kommutátor átváltja az áram áramlását a tekercsben, megfordítva az oszlopok irányát, hogy mindig jobbra forogjanak. A kefék táplálják a kommutátorot, amely a tengelygel forog.

Sok területen aktív motorok

A motorokat kategorizáltuk az áramellátás típusa és a forgás alapelve szerint (2. ábra). Vessen egy rövid pillantást az egyes motorok típusainak jellemzőire és felhasználására.

2. ábra: A motorok fő típusai

A DC motorokat (csiszolt motorok), amelyek egyszerűek és könnyen kezelhetők, gyakran alkalmazzák olyan alkalmazásokhoz, mint például az optikai lemez tálcák kinyitása és bezárása az otthoni készülékekben. Autókban is alkalmazzák azokat alkalmazásokhoz, mint például az elektromos tükrök kinyitása és bezárása, valamint az irányítás. Noha olcsó és sok területen használható, hátrányai vannak. Mivel a kommutátor érintkezésbe kerül a kefékkel, rövid élettartammal rendelkezik, és a keféket rendszeresen vagy garancia alá kell cserélni.

A léptetőmotor forog a hozzá küldött elektromos impulzusok számával. A mozgás mennyisége attól függ, hogy hány elektromos impulzust küld, így alkalmas a helyzet beállítására.

Gyakran használják otthon a 'faxok és nyomtatók papír etetésére', stb., Mivel a faxgép táplálkozási lépései a specifikációktól (metszet, finomság) függnek, egy lépcsőzetes motor, amely az elektromos impulzusok számával forog, nagyon egyszerűen használható. Könnyű megoldani azt a problémát, hogy a gép ideiglenesen leáll, miután a jel leáll. A szinkron motorokat, amelyek forgásainak száma az áramellátás frekvenciájától függ, alkalmazzák az olyan alkalmazásokban, mint a '' forgóasztalok a mikrohullámú sütőkhez.

A motorkészletnek van egy fogaskerék -csökkentője, hogy megszerezze az ételek fűtésére alkalmas forgások számát. Az indukciós motorokat szintén befolyásolja a tápegység gyakorisága, de a frekvencia és a forradalmak száma nem egybeesik. A múltban ezeket az AC motorokat ventilátorokban vagy mosógépekben használták.

Mint láthatja, a motorok széles választéka több területen aktív. Melyek a BLDC motorok jellemzői (kefe nélküli motorok ), amelyek annyira sokoldalúvá teszik őket?

Hogyan forog egy BLDC motor?

A 'bl ' in A BLDC Motors azt jelenti, hogy 'kefe nélküli ', ami azt jelenti, hogy a 'kefék ' DC motorokban (kefe motorok) már nincsenek jelen. A kefék szerepe az egyenáramú motorokban (kefemotorokban) az, hogy a forgórészen keresztül a kommutátoron keresztül energiát adjon a forgórészben. Tehát hogyan táplálkozik a kefék nélküli BLDC motor a forgórész tekercsei? Kiderül, hogy a BLDC motorok állandó mágneseket használnak a forgórészhez, és a forgórészben nincs tekercs. Mivel a forgórészben nincsenek tekercsek, nincs szükség kommutátorokra és kefékre a motor energiájához. Ehelyett a tekercset használják állórészként (3. ábra).

A rögzített állandó mágnesek által létrehozott mágneses mező DC -motorban (kefe motor) nem mozog, és forog azáltal, hogy a tekercs (forgórész) által létrehozott mágneses mezőt vezérli. A forgások számát a feszültség megváltoztatásával változtatjuk meg. A BLDC motor rotorja állandó mágnes, és a forgórész forgatva van úgy, hogy megváltoztatják a körülötte lévő tekercsek által létrehozott mágneses mező irányát. A forgórész forgását a tekercseken átáramló áram irányának és nagyságának ellenőrzésével szabályozzuk.

3. ábra: A BLDC motoros működésének vázlatos diagramja.

   

A BLDC Motors előnyei

A BLDC Motorsnak három tekercse van az állórészen, mindegyik két vezetékkel, összesen hat ólomhuzalon a motorban. A valóságban általában csak három vezetékre van szükség, mert belsőleg vezetékes, de ez még mindig egy több, mint a korábban leírt DC motor (szálcsiszolt motor). Nem fog pusztán a pozitív és negatív akkumulátor -csatlakozók csatlakoztatásával mozog. Ami a futtatást illeti a A BLDC Motorot a sorozat második részletében magyarázzák. Ezúttal a BLDC Motors előnyeire összpontosítunk.

A BLDC motor első jellemzője a 'nagy hatékonyságú '. A forgási erőt (nyomatékot) lehet szabályozni, hogy a maximális értéket mindig fenntartsuk, míg az egyenáramú motorokkal (kefemotorok) a maximális nyomaték csak egyetlen pillanatig fenntartható a forgás során, és a maximális értéket nem lehet fenntartani mindig. Ha egy egyenáramú motor (kefe motor) annyi nyomatékot akar kapni, mint a BLDC motor, akkor csak növeli a mágnesét. Ez az oka annak, hogy még egy kis BLDC motor is képes sok energiát termelni.

A második szolgáltatás a 'jó irányíthatóság ', amely az elsőhez kapcsolódik. A BLDC Motors megkaphatja a nyomatékot, a forradalmak számát stb., Pontosan úgy, ahogy szeretné, és a BLDC Motors a forradalmak, nyomaték stb. Célszámát visszaküldheti. A pontos vezérlés elnyomja a motor hőtermelését és energiatermelését. Az akkumulátor -meghajtó esetében a meghajtó időtartamát gondos vezérléssel lehet meghosszabbítani. Ezen túlmenően a tartósság és az alacsony elektromos zaj jellemzi. A fenti két pont a kefe nélküli előnyök.

Másrészt a DC motorok (csiszolt motorok) kopásnak van kitéve, mivel a kefék és a kommutátor hosszú ideig érintkeznek. Az érintkezési rész szikrákat is generál. Különösen akkor, ha a kommutátor rése megérinti a kefét, hatalmas szikra és zaj lesz. Ha nem akarja, hogy a zajt felhasználás közben generálják, akkor a BLDC motort figyelembe veszik.

A BLDC motorokat ezeken a területeken használják

Hol vannak általában nagy hatékonyságú, sokoldalú kezelhetőség és hosszú élettartamú BLDC motorok? Gyakran használják azokat olyan termékekben, amelyek felhasználhatják nagy hatékonyságukat és hosszú élettartamukat, és folyamatosan használják őket. Például otthoni készülékek. Az emberek már régóta használnak mosógépeket és légkondicionálókat. A közelmúltban a BLDC Motors -t fogadták el az elektromos ventilátorok számára, és sikerült drámai módon csökkenteni az energiafogyasztást.

A nagy hatékonyság miatt csökkent az energiafogyasztás. A BLDC motorokat porszívókban is használják. Az egyik esetben a vezérlőrendszer megváltoztatásával a forradalmak számának jelentős növekedése valósult meg. Ez a példa bemutatja a BLDC motorok jó ellenőrzhetőségét.

A BLDC motorokat a merevlemezek forgó részén is használják, amelyek fontos tárolási közegek. Mivel ez egy olyan motor, amelynek hosszú ideig kell futnia, a tartósság fontos. Természetesen annak célja is, hogy rendkívül elnyomja az energiafogyasztást. A nagy hatékonyság itt is kapcsolódik az alacsony villamosenergia -fogyasztáshoz.

Sokkal több felhasználás van a BLDC motorok számára

A BLDC motorokat várhatóan szélesebb mezőben fogják használni, és ezeket a kis robotok széles skáláján fogják használni, különösen a 'szolgáltató robotok' -ban, amelyek a gyártástól eltérő területeken szolgáltatást nyújtanak. '' A helymeghatározás fontos a robotok számára, tehát nem kellene olyan lépcsőzetes motorokat használnunk, amelyek az elektromos impulzusok számával futnak? 'Gondolhatjuk. Az erővezérlés szempontjából azonban a BLDC motorok megfelelőbbek. Ezen túlmenően, ha léptetőmotorokat használnak, akkor egy olyan szerkezetet, mint a robot csuklóját, nagy mennyiségű árammal kell ellátni, hogy egy bizonyos helyzetben rögzítsék. Vel BLDC motorok , csak a szükséges energiát lehet biztosítani egy külső erővel együtt, ezáltal megfékezve az energiafogyasztást.

A szállításhoz is használható. Az egyszerű DC motorokat már régóta használják az időskorúak elektromos autókban vagy golfkocsikban, de a közelmúltban nagy hatékonyságú BLDC motorokat fogadtak el, amelyek jó irányíthatósággal rendelkeznek. A BLDC motorokat drónokban is használják. Különösen a többtengelyes állványokkal rendelkező UAV-kban, mivel ez irányítja a repülési hozzáállást azáltal, hogy megváltoztatja a hajtókörök forgásainak számát, a BLDC motorokat, amelyek pontosan képesek a forgás előnyeit, előnyösek.

Mit szólnál hozzá? A BLDC Motors kiváló minőségű motorok, nagy hatékonysággal, jó irányítással és hosszú élettel. A BLDC motorok teljesítményének maximalizálása azonban megfelelő irányítást igényel. Hogyan kell megtenni?

Nem lehet önmagában a csatlakozással forogni

A belső forgórész típusú BLDC motor tipikus BLDC motor típusú, és külső és belső tere az alábbiakban látható (1. ábra). A kefe DC motornak (a továbbiakban DC motornak nevezve) tekercs van a forgórészen és egy állandó mágnes, míg a BLDC motornak állandó mágnese van a forgórészen, és egy tekercsnek van egy tekercse, és egy BLCD motornak van egy állandó mágnese, tekercs nélkül a forgórészen, így nincs szükség a rotorra. Ez lehetővé teszi a 'kefe nélküli típus ' megvalósítását kefék nélkül az energiához.

Másrészt, a DC motorokhoz képest, a vezérlés nehezebbé válik. Nem csak a motor kábeleinek a tápegységhez való csatlakoztatása. Még a kábelek száma is különbözik. Nem ugyanaz, mint a ', a pozitív (+) és a negatív (-) csatlakozók csatlakoztatása az áramellátáshoz'.

1. ábra: A BLDC motor külső és belseje

2-A ábra: BLDC motor forgási alapelve

Az egyik tekercset a BLDC motorba helyezzük 120 fokos időközönként, összesen három tekercsre, hogy az energiát vagy tekercset ellenőrizzék

Amint a 2-A ábrán látható, a BLDC motorok három tekercset használnak. Ezt a három tekercset használják a mágneses fluxus előállításához, ha energiát adnak, és U, V és W. Az U tekercs jelenlegi útját (a továbbiakban: 'tekercs') az U-fázisnak rögzítik, a V-t az V fázisként rögzítik, és W-t a W. fázisként rögzítik, az U. fázist nézzük meg. Vessen egy pillantást az U fázisra, amikor az u fázisra az elektromos áramot alkalmazzuk, a mágneses fluxus a nyíl irányába generálódik, amint a 2-b ábra mutatja. A valóságban azonban az U, V és W fázisok nem megegyeznek az U fázissal.

A valóságban azonban az U, V és W kábelei mind összekapcsolódnak egymással, tehát nem lehet csak az U fázist energiát adni. Itt az U fázistól a W fázisig történő energizáció mágneses fluxust generál U-ban és W-ben, a 2-C. Ábra szerint. Az U és W két mágneses fluxusát a 2-D ábrán bemutatott nagyobb mágneses fluxusba szintetizálják. Az állandó mágnes úgy forgatható, hogy ez a szintetizált mágneses fluxus ugyanabba az irányban legyen, mint a központi állandó mágnes N pólusa (rotor).

2-B ábra: A BLDC motor forgási elve

A fluxus az U-fázisból a W-fázisba energiát ad. Először, ha csak a tekercs U részére összpontosít, azt találtuk, hogy mágneses fluxus jön létre, mint a nyilakban

2-D ábra: A BLDC motor forgásának elve az U-fázisból a W-fázisból áthaladó villamos energiát úgy tekinthető, mint két szintetizált mágneses fluxus előállítását

Ha a szintetizált mágneses fluxus iránya megváltozik, akkor az állandó mágnes is megváltozik. Az állandó mágnes helyzetével összefüggésben kapcsolja be az U-fázisban, a V-fázisban és a W-fázisban felmelegített fázist, hogy megváltoztassa a szintetizált mágneses fluxus irányát. Ha ezt a műveletet folyamatosan hajtják végre, akkor a szintetizált mágneses fluxus forog, ezáltal mágneses mezőt generál és forgatja a forgórót.

FÜGE. A 3. ábrán látható az energiájú fázis és a szintetikus mágneses fluxus közötti kapcsolat. Ebben a példában az energizációs mód 1-6-ról történő megváltoztatásával a szintetikus mágneses fluxus az óramutató járásával megegyező irányba forog. A szintetizált mágneses fluxus irányának megváltoztatásával és a sebesség szabályozásával a forgórész forgási sebessége szabályozható. A motor vezérlésének módszerét e hat energiamódos mód közötti váltás útján '120 fokos energiaszabályozás vezérlésnek' nevezzük.

3. ábra: A forgórész állandó mágnesei úgy forognak, mintha szintetikus mágneses fluxussal húznák őket, és a motor tengelye ennek eredményeként forog.

Sima forgás szinuszhullám -szabályozással

Ezután, bár a szintetizált mágneses fluxus irányát 120 fokos energiával ellátott kontroll alatt forgatják, csak hat különböző irány létezik. Például, ha megváltoztatja a 'Energizált 1 ' módot a 3. ábrán 'Energizált üzemmód 2 ' -re, akkor a szintetikus mágneses fluxus iránya 60 fokkal változik. A rotor ezután úgy forog, mintha vonzza. Ezután az 'Energizált üzemmód 2 ' -re 'Energizált 3 ' -re váltásával a szintetikus mágneses fluxus iránya ismét 60 fokkal megváltozik. A rotor ismét vonzza ezt a változást. Ez a jelenség megismétlődik. A mozgás merev lesz. Időnként ez a fellépés is zajt okoz.

A „szinuszhullám-vezérlés” kiküszöböli a 120 fokos energiájú vezérlés hiányosságait, és sima forgást ér el. A 120 fokos teljesítményszabályozásban a szintetizált mágneses fluxus hat irányba van rögzítve. Úgy vezérelhető, hogy folyamatosan változjon. A 2-C ábra példájában az U és W által generált fluxusok azonos nagyságrendűek. Ha azonban az U-fázis, a V-fázis és a W-fázis jobban szabályozható, akkor a tekercsek mindegyikét különféle méretű mágneses fluxus előállítására lehet előállítani, és a szintetizált mágneses fluxus iránya pontosan szabályozható. Az egyes U-fázisok, V-fázisok és W-fázisok jelenlegi méretének beállításával egyidejűleg szintetizált mágneses fluxust generálnak. A fluxus folyamatos előállításának szabályozásával a motor simán forog.

4. ábra: Szinuszhullám -szabályozás Szinuszhullám -szabályozás

A 3 fázisban az áram szabályozható, hogy szintetikus mágneses fluxust hozzon létre a sima forgás érdekében. A szintetikus mágneses fluxust olyan irányba lehet generálni, amelyet nem lehet 120 fokos energiával rendelkező kontroll előállítani

Inverter használata a motor vezérlésére

Mi a helyzet az u, v és w fázisán lévő áramokkal? A megértés megkönnyítése érdekében gondoljon vissza a 120 fokos energiájú vezérlésre, és nézzen meg. Nézze meg újra a 3. ábrát. 1. energiájú üzemmódban, az áram U -ról W -re áramlik; A 2. energiájú üzemmódban az áram U -tól V -ig terjed. Mint láthatja, amikor a tekercsek kombinációja, amelyben az áram áramlik, a szintetikus fluxus nyilak iránya is megváltozik.

Ezután nézze meg a 4. energiamódolási módot. Ebben az üzemmódban az áram W -ről U -ra áramlik, az 1 -es energiamód ellenkező irányába. DC motorok , az ilyen irányváltást a kommutátor és a kefék kombinációja végzi. A BLDC motorok azonban nem használnak ilyen kapcsolattartási módszert. Az áram irányának megváltoztatására egy inverter áramkört használnak. Az inverter áramköröket általában a BLDC motorok vezérlésére használják.

Az inverter áramkör beállítja az aktuális értéket az alkalmazott feszültség megváltoztatásával az egyes fázisokban. A feszültség beállításához a PWM -t (impulzusszélesModuláció = impulzusszélesség -moduláció) használják. A PWM egy módszer a feszültség megváltoztatására az impulzus be- és kikapcsolási időtartamának beállításával, és fontos az, hogy az arányok (vámciklus) az időben és a szabadidő között megváltoztassák az arányt. Ha az ON arány magas, akkor ugyanaz a hatás, mint a feszültség növelése. Ha az ON arány csökken, akkor ugyanazt a hatást kapjuk, mint a feszültségcsökkentés (5. ábra).

A PWM megvalósítása érdekében most már rendelkezésre állnak a dedikált hardverrel felszerelt mikrokomputerek. A szinuszhullám -szabályozás végrehajtásához a 3 fázis feszültségének szabályozására van szükség, így a szoftver valamivel összetettebb, mint a 120 fokos energiával ellátott vezérlés, ahol csak 2 fázis energiájú. Az inverter egy olyan áramkör, amely a BLDC motor vezetéséhez szükséges. Az invertereket AC motorokban is használják, de feltételezhető, hogy szinte az összes BLDC motort használják az úgynevezett 'inverter-típusú' otthoni készülékekben.

5. ábra: A PWM kimenet és a kimeneti feszültség közötti kapcsolat

Változtassa meg az időben egy bizonyos időpontot, hogy megváltoztassa a feszültség RMS -értékét.

Minél hosszabb ideig tart, annál közelebb van az RMS -érték a feszültséghez, ha 100% feszültséget alkalmaznak (időben).

BLDC motorok pozícióérzékelőkkel A fentiek áttekintése a BLDC motorok vezérléséről, amelyek megváltoztatják a tekercsek által generált szintetizált mágneses fluxus irányát, ami a forgórész állandó mágneseinek ennek megfelelően megváltozik.

Valójában van egy másik pont, amelyet a fenti leírás nem említ. Vagyis az érzékelők jelenléte a BLDC motorokban. A BLDC motorokat a forgórész helyzetével (szöge) (állandó mágnes) összefüggésben kell szabályozni. Ezért szükség van egy érzékelőre a forgórész helyzetének megszerzéséhez. Ha nincs érzékelő az állandó mágnes irányának megismerésére, akkor a forgórész váratlan irányba fordulhat. Nem ez a helyzet, amikor van egy érzékelő az információk szolgáltatására.

Az 1. táblázat a BLDC Motors helyzetérzékelésének fő típusait mutatja. A vezérlési módszertől függően különböző érzékelőkre van szükség. A 120 fokos energiaszabályozás vezérléséhez egy Hall Effect Sensor, amely 60 fokonként beírhat egy jelet, fel van szerelve annak meghatározására, hogy melyik fázist kell energiával ellátni. Másrészt a 'vektorvezérlés ' (a következő szakaszban leírtak), amely pontosan szabályozza a szintetizált mágneses fluxust, a nagy pontosságú érzékelők, például a sarokérzékelők vagy a fotoelektromos kódolók hatékonyabbak.

Ezen érzékelők használata lehetővé teszi a helyzet felismerését, de vannak néhány hátrány. Az érzékelők kevésbé ellenállnak a pornak, és a karbantartás elengedhetetlen. A hőmérsékleti tartomány, amelyen keresztül használható, szintén csökken. Az érzékelők használata vagy a vezetékek hozzáadása erre a célra a költségek emelkedését okozza, és a nagy pontosságú érzékelők eredendően drágák. Ez vezetett a 'Sensorless ' módszer bevezetéséhez. Nem használ érzékelőt a helyzetérzékeléshez, ezáltal ellenőrizze a költségeket, és kiküszöböli az érzékelővel kapcsolatos karbantartás szükségességét. Az elv szemléltetése céljából azonban feltételezzük, hogy az információt a helyzetérzékelőből szerezték be.

Érzékelőtípus	Fő alkalmazások	Jellemzők
Csarnok effektus érzékelő	120 fokos energiavezérlés	60 fokonként megvásárolja a jelet. Alacsonyabb ár. Nem hőálló.
Optikai kódoló	Szinuszhullám -szabályozás, vektorvezérlés	Kétféle típus létezik: növekményes típus (az eredeti helyzetből megtett távolság ismert) és az abszolút típus (az aktuális helyzet szöge ismert). A felbontás magas, de a por ellenállás gyenge.
Szögérzékelő	Szinuszhullám -szabályozás, vektorvezérlés	Nagy felbontás. Használható még robusztus és durva környezetben is.

1. táblázat: A pozíció észlelésére szakosodott érzékelők típusai és jellemzői

A nagy hatékonyságot a vektorvezérlés mindig fenntartja

A szinuszhullám -szabályozás simán megváltoztatja a szintetizált mágneses fluxus irányát 3 fázis energiájával, így a rotor simán forog. A motor forgatásához a 120 fokos energiaszabályozási vezérlés az U-fázis, a V-fázis és a W-fázis 2-je, míg a szinuszos vezérléshez az áramok pontos ellenőrzése szükséges a 3 fázisban. Sőt, a kontroll érték olyan váltakozó áramú érték, amely folyamatosan megváltozik, megnehezítve a szabályozást.

Itt érkezik a vektorvezérlés. A vektorvezérlés egyszerűsíti a szabályozást azáltal, hogy a három fázis AC -értékeit a két fázis DC -értékeként kiszámítja a koordináta -transzformáció révén. A vektorvezérlő számítások azonban nagy felbontáskor igényelnek forgórészpozíciós információkat. Két módszer létezik a helyzetérzékelésre, nevezetesen a helyzetérzékelők, például a fotoelektromos kódolók vagy a sarokérzékelők felhasználásával, és az érzékszertelen módszer, amely extrapolálja az egyes fázisok aktuális értékeit. Ez a koordináta -transzformáció lehetővé teszi a nyomatékkal (forgási erő) kapcsolódó aktuális érték közvetlen szabályozását, ezáltal a hatékony kontrollt a túlzott áram nélkül.

A vektorvezérlés azonban koordináta -transzformációt igényel trigonometrikus függvények vagy komplex számítási feldolgozás felhasználásával. Ezért a legtöbb esetben a nagy számítási teljesítményű mikrokomputereket használják kontroll mikrokomputerekként, például FPU -kkal felszerelt mikrokomputerként (lebegőpontos egységek).

A kefe nélküli DC motor (BLDC: BrushlessDirectCurrentMotor), más néven elektronikusan kommutált motor (ECM vagy EC motor) vagy szinkron DC motor, egy olyan szinkronmotor típus, amely közvetlen áram (DC) tápegységet használ.

A kefe nélküli egyenáramú motor (BLDC: kefe nélküli közvetlen árammotor) alapvetően egy állandó mágneses szinkron motor, pozíciós visszacsatolással, amely DC teljesítményt és egy invertert használ, hogy azt háromfázisú AC tápegységgé alakítsa. A A kefe nélküli motor (BLDC: kefe nélküli közvetlen áramú motor) egy ön által kommutált típus (önirányító váltás), ezért bonyolultabb a vezérléshez.

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

A BLDC motor (kefelessDirectCurrentMotor) vezérlés megköveteli a rotor helyzetének és mechanizmusának ismeretét, amellyel a motort kijavítják és irányítják. A zárt hurkú sebességszabályozáshoz két további követelmény van: a rotorsebesség/ vagy a motor áramának mérése és a PWM jel a motor sebességteljesítményének szabályozására.

A BLDC Motors (BrushlessDirectCurrentMotor) az alkalmazási követelményektől függően bármelyik oldalsó vagy középpontba állítható PWM jeleket használhatja. A legtöbb, csak sebességváltási műveletet igénylő alkalmazás hat különálló oldalra igazított PWM jelet fog használni. Ez biztosítja a legnagyobb felbontást. Ha az alkalmazásnak kiszolgáló pozicionálását, energiafékezését vagy teljesítmény-visszafordítást igényel, a kiegészítő központhoz igazított PWM jelek ajánlottak.

A rotor helyzetének érzékeléséhez a BLDC Motors (kefelessDirectCurrentMotor) a Hall Effect érzékelőket használja az abszolút helyzetérzékelés biztosításához. Ennek eredményeként több vezeték és magasabb költségek használata van. Az érzékelhetetlen BLDC vezérlés kiküszöböli a hallérzékelők szükségességét, és ehelyett a motor elleni elektromotív erőt (elektromotív erő) használja a forgórész helyzetének előrejelzésére. Az érzékelhetetlen vezérlés kritikus fontosságú az olcsó változó sebességű alkalmazásokhoz, például ventilátorokhoz és szivattyúkhoz. A hűtőszekrényhez és a légkondicionáló kompresszorokhoz szenzor nélküli vezérlés is szükséges, ha a BLDC motorokat (kefe nélküli egyenáramú motorok) használják.

Van mindenféle motor, és a BLDC motor ma a legideálisabb sebességű motor. Egyesíti az egyenáramú motorok és a váltóáramú motorok előnyeit, a DC motorok jó beállítási teljesítményével, valamint az AC motorok, például egyszerű szerkezetű, kommutációs szikra, megbízható működés és egyszerű karbantartás előnyeivel. Ezért nagyon népszerű a piacon, és széles körben használják autókban, háztartási készülékekben, ipari berendezésekben és egyéb területeken.

A kefe nélküli egyenáramú motor legyőzi a kefe DC motor velejáró hibáit, és a mechanikus kommutátort elektronikus kommutátorral helyettesíti, így a kefe nélküli DC motor jó sebességszabályozási teljesítményű DC -motor tulajdonságai vannak, és az AC motor előnyei egyszerű szerkezetűek, nincs kommutációs szikra, megbízható működés és egyszerű karbantartás.

A kefe nélküli egyenáramú motor (acheLlessDirectCurrentMotor) a mai napig a legideálisabb sebességszabályozó motor. Egyesíti az egyenáramú motorok és a váltóáramú motorok előnyeit, a DC motorok jó beállítási teljesítményével és az AC motorok előnyeivel, például az egyszerű szerkezet nélkül, a kommutációs szikrák nélkül, a megbízható működés és az egyszerű karbantartás.

Kefe nélküli egyenáramú motor (kefelessDirectCurrentMotor) Fejlesztési előzmények

A kefe nélküli egyenáramú motorokat a kefe motorok alapján fejlesztették ki, és szerkezetük összetettebb, mint a kefe motorok. A kefe nélküli egyenáramú motor a motoros testből és a vezetőből áll. A csiszolt egyenáramú motortól eltérően, a kefe nélküli egyenáramú motor (kefelessDirectcurrentMotor) nem használ mechanikus kefe-eszközt, hanem a négyzethullámú, önkontroll állandó mágneses szinkronmotort alkalmazza, és helyettesíti a szénkefe kommutátort a Hall Sensor-val, és a neodyium-vas-boront használja a rotor állandó mágneses anyagának. (Meg kell jegyezni, hogy az elektromos motor születésekor a múlt században a felmerült gyakorlati motorok kefe formájúak voltak.)

1740 -es évek: Az elektromos motor feltalálásának kezdete

Az elektromos motor korai modelljei először az 1740 -es években jelentek meg Andrew Gordon skót tudós munkáján keresztül. Más tudósok, mint például Michael Faraday és Joseph Henry, tovább fejlesztették a korai motorokat, kísérleteztek az elektromágneses mezőkkel és felfedezték, hogyan lehet az elektromos energiát mechanikai energiává alakítani.

1832: Az első kommutátor DC motor találmánya

Az első DC -motort, amely elegendő energiát tudott biztosítani a gépek vezetéséhez, William Sturgeon brit fizikus 1832 -ben találta ki, de alkalmazása alacsony teljesítménye miatt súlyosan korlátozott volt, ami még mindig technikailag hibás volt.

1834: Az első valódi elektromos motor épül

A Sturgeon lépéseit követve, az USA-ban (Vermont), Thomas Davenport, az első hivatalos akkumulátorral működő elektromos motor 1834-ben feltalálásával. Ez volt az első elektromos motor, amelynek elegendő energiája van a feladat elvégzéséhez, és találmánya egy kis nyomtatáshoz használt.

Homas és Emily Davenport szabadalmaztatott motorja

1886: A gyakorlati DC motor feltalálása    

1886 -ban bevezették az első gyakorlati DC motort, amely változó súlyú állandó sebességgel futhatott. Frankjulian Sprague volt a feltalálója.

Frank Julian Sprague 'segédprogramja' motorja

Érdemes megjegyezni, hogy a közüzemi motor az AC mókus-ketrec aszinkron motor kefe formájú formája volt, amely nemcsak kiküszöbölte a szikrákat és a feszültségveszteségeket a kanyargós terminálokon, hanem lehetővé tette az energia állandó sebességgel történő szállítását is. Az aszinkron motornak azonban sok leküzdhetetlen hibája volt, így a motoros technológia fejlődése lassú volt.

1887: AC indukciós motor szabadalmaztatott

1887 -ben Nikola Tesla feltalálta az AC indukciós motort (AcinductionMotor), amelyet egy évvel később sikeresen szabadalmaztatott. Nem volt alkalmas a közúti járművekben való felhasználásra, de később a Westinghouse mérnökei adaptálták. 1892-ben az első gyakorlati indukciós motort tervezték, majd egy forgó rúd-szélsebességgel, így a motor alkalmas az autóipari alkalmazásokhoz.

1891: A háromfázisú motor fejlesztése

1891-ben a General Electric megkezdte a háromfázisú indukciós motor (Threephasemotor) fejlesztését. A sebrotor kialakításának felhasználása érdekében a GE és a Westinghouse 1896-ban keresztirányú megállapodást írt alá.

1955: A DC kefe nélküli motor korszakának kezdete

1955 -ben az Egyesült Államok d. Harrison és mások először jelentkeztek egy tranzisztoros kommutációs vonallal, a kefe DC motoros mechanikus kefe szabadalom helyett, hivatalosan jelölve a modern kefe nélküli DC motor születését (BrushlessDirectCurrentMotor). Abban az időben azonban nem volt motoros forgórész helyzetérzékelő eszköz, a motor nem volt képes elindulni.

1962: Az első kefe nélküli DC (BLDC) motort az 1960-as évek elején a szilárdtest-technológia fejlődésének köszönhetően találták meg. 1962-ben Tgwilson és Phtrickey kitalálta az első BLDC motort, amelyet 'szilárdtestű kommutált DC motornak' hívtak. A A kefe nélküli motor az volt, hogy nem igényel fizikai kommutátort, így a számítógépes meghajtók, robotok és repülőgépek legnépszerűbb választása.

Hall -elemeket használtak a forgórész helyzetének észlelésére és a kanyargós áram fázisváltozásának vezérlésére, hogy a kefe nélküli DC motorok praktikusak legyenek, de a tranzisztor kapacitása és a viszonylag alacsony motoros teljesítmény korlátozta őket.

Az 1970 -es évek bemutatása: A kefe nélküli DC motoros alkalmazások gyors fejlesztése

Az 1970-es évek óta, új teljesítményű félvezető eszközök (például GTR, MOSFET, IGBT, IPM) megjelenésével, a számítógépes vezérlési technológia gyors fejlesztésével (mikrovezérlő, DSP, új kontroll elméletek), valamint a nagyteljesítményű ritkaföldes tartós mágneses anyagok (például a Samarium Cobalt Cobalt, a Nodymium-Boron-boron), a kefe-kushálatlanok (például gyorsan fejlett. A kefelessDirectCurrentMotor) gyorsan fejlesztették ki, és a kapacitás növekszik. Technológia-vezérelt ipari fejlődés, a Mac Classic Kefe nélküli DC motor bevezetésével és annak járművezetőjével, 1978-ban, valamint a négyzethullámú kutatás és fejlesztéssel A kefe nélküli motor és a szinuszhullámú kefe nélküli egyenáramú motor a 80-as években, a kefe nélküli motorok valóban elkezdtek belépni a gyakorlati szakaszba, és gyors fejlődést kaptak.

Kefe nélküli egyenáramú motor általános szerkezete és alapelve

A kefe nélküli egyenáramú motor (kefelessDirectCurrentMotor) szinkron motorból és meghajtóból áll, amely egy tipikus mechatronikus termék. A szinkron motor állórész-tekercse többnyire háromfázisú szimmetrikus csillagcsatlakozássá válik, amely nagyon hasonló a háromfázisú aszinkron motorhoz.

A BLDCM vezérlőrendszer szerkezete három fő alkatrészt tartalmaz: a motoros test, a hajtóáramkör és a vezérlő áramkör. A munkafolyamat során a motoros feszültséget, az áram- és forgórész -információkat a vezérlőáramkör összegyűjti és feldolgozza a megfelelő vezérlőjelek előállításához, és a hajtóáramkör a vezérlőjelek fogadása után meghajtja a motor testét.

A kefe nélküli egyenáramú motor (kefelessDirectCurrentMotor) főként egy tekercselést tartalmazó állórészből, állandó mágneses anyagból és helyzetérzékelőből készült forgórészből áll. A helyzetérzékelő, szükség szerint, szintén nem hagyható konfigurálva.

Állórész

A BLDC motor állórész -szerkezete hasonló az indukciós motorhoz. Ez a tengelyirányú hornyokkal rakott acélleminációkból áll. A BLDC tekercsei kissé különböznek a hagyományos indukciós motorokban.

BLDC motoros állórész

Általában a legtöbb BLDC motor három stator tekercsből áll, amelyek csillag vagy 'y' alakban vannak csatlakoztatva (nincs semleges). Ezenkívül a tekercsek összekapcsolása alapján az állórész tekercseit tovább osztják trapéz és szinuszos motorokra.

BLDC motoros fordított elektromotív erő

Egy trapéz motorban mind a meghajtó áram, mind az ellen elektromotív erő trapéz alakú (szinuszos szinuszos motor esetén szinuszos). Általában a 48 V -os (vagy annál kevesebb) névleges motorokat használják az autóiparban és a robotikában (hibrid autók és robotfegyverek).

Forgórész

A BLDC motor forgórész része állandó mágnesekből (általában ritka földi ötvözött mágnesek, például neodímium (ND), Samarium Cobalt (SMCO) és Neodímium Iron Boron (NDFEB) áll.

Az alkalmazástól függően a pólusok száma két és nyolc között változhat, az északi pólus (N) és a déli pólus (ek) váltakozva. Az alábbi ábra a mágneses oszlopok három különböző elrendezését mutatja.

(A) A mágneset a forgórész perifériájára helyezik.

(b) Az elektromágnesesen beágyazott rotornak nevezett rotor, amelybe egy téglalap alakú állandó mágnes beágyazódik a forgórész magjába.

(C) A mágneset beillesztik a forgórész magjába. 

BLDC motoros forgórész helyzetérzékelő (Hall -érzékelő)

Mivel a BLDC motorokban nincsenek kefék, a kommutáció elektronikusan vezérelhető. A motor elforgatása érdekében az állórész tekercseit egymás után kell fellépni, és a forgórész helyzetét (azaz a forgórész északi és déli pólusait) meg kell ismerni annak érdekében, hogy egy meghatározott állórész -tekercsek egy meghatározott készletét pontosan energiájához.

A Hall -érzékelőkkel (a Hall Effect elven működő alapelve) használó helyzetérzékelőket általában használják a forgórész helyzetének észlelésére és az elektromos jelre konvertálására. A legtöbb BLDC motor három Hall -érzékelőt használ, amelyet az állórészbe ágyaznak be a forgórész helyzetének felismerésére.

A Hall Sensors a Hall Effect alapján egyfajta érzékelő, amelyet az American Physicist Hall 1879 -ben fedezett fel fémes anyagokban, de nem használták fel, mert a fémes anyagokban a csarnokhatás túl gyenge volt. A félvezető technológia fejlesztésével félvezető anyagokat kezdett el használni a csarnokok alkatrészeinek előállításához, mivel a Hall -effektus jelentős, és ezt alkalmazták és fejlesztették. A Hall Sensor egy olyan érzékelő, amely kimeneti feszültségimpulzusot generál, amikor egy váltakozó mágneses mező elhalad. Az impulzus amplitúdóját a gerjesztő mágneses mező mező erőssége határozza meg. Ezért a csarnok érzékelők nem igényelnek külső tápegységet.

A Hall érzékelő kimenete magas vagy alacsony lesz attól függően, hogy a forgórész északi pólusa a déli pólus vagy az északi pólus közelében van -e. A három érzékelő eredményeinek kombinálásával meg lehet határozni az energia pontos szekvenciáját.

A csiszolt DC motorokkal ellentétben, ahol az állórész és a forgórész teljesen megfordul, a armatúra-tekercsek az állórész oldalán vannak beállítva, és a magas színvonalú állandó mágneses anyagot a forgórész oldalán állítják be, a BLDCM motoros testszerkezete az állórész-armatúra-tekercsekből, az állandó mágneses forgórész és a pozícióérzékelők és a háromfázisú bokrok egyenletes elrendezéséből áll, és a 120-os itermenstrek elrendeződött, és a 120-os bőkegységből állnak, és az egyenletes elrendezésű különbségtermékekből állnak, és az állványtermékek egyenletesen elrendeznek, és a háromfázisú bőkegy vannak. Elektromos szög a fázisok között. Ez a szerkezet különbözik a tisztán szálcsiszolt egyenáramú motortól, és hasonló a váltakozó áramú motor állórész -tekercses szerkezetéhez, de a négyzethullámú AC teljesítményt a motorhoz a motorhoz szállítják.

A BLDCM egy teljes híd, háromfázisú, csillagvezetékes, hatállamú, két-két vezetési módot választ ki, amelyben két MOSFET-et egyidejűleg a meghajtó áramkörében energiájú, és ennek megfelelően a motor testének kétfázisú állórész-tekercsei sorozatokban vannak energiával. Minden elektronikus fázisváltáskor az állórész mágneses dinamikus potenciálja 60 ° -os tér elektromos szöge, egy lépés mágneses dinamikus potenciál, a 60 ° -os elektromos szög intervalluma, az FA ugrást hajtott végre. Noha a forgórész folyamatosan forog, de az állórész mágneses lendületének forgási módja egy lépcsőfok, amely különbözik a valódi AC szinkron motor forgó mágneses lendületétől. Abldcm FA és a rotor mágneses lendülete Az FF térszöge mindig a 60 ° ~ 120 ° tartományban van, az átlagos érték, az átlagos érték, amely biztosítja, hogy az állvány és a forgórész -mágneses ff, az fF -t, az átlagos értéket kapja, amely biztosítja, hogy az állvány és a forgókorong, a FF fF -t. Elektromágneses nyomaték T, az erős húzó állandó mágnes rotor folyamatos forgás.

A dolgozó elve A kefe nélküli egyenáramú motor hasonló a kefe DC motorhoz. Lorentz erõjogi törvénye kimondja, hogy mindaddig, amíg az áramszívó karmestert mágneses mezőbe helyezik, az erőnek kell alávetni. A reakcióerő miatt a mágnes egyenlő és ellentétes erőknek vannak kitéve. Amikor egy áramot átjutnak egy tekercsen, mágneses mezőt generálnak, amelyet az állórész mágneses pólusai hajtanak, és a homopolaritások egymást tagadják, és az anizotróp oszlopok vonzzák egymást. Ha a tekercsben az áram irányát folyamatosan megváltoztatják, akkor a forgórészben indukált mágneses mező oszlopai szintén folyamatosan megváltoznak, majd a forgórész folyamatosan forog a mágneses mező hatása alatt.

A BLDC motorokban az állandó mágnesek (rotor) mozgásban vannak, míg az áram-hordozó vezető (STATOR) rögzítve van.

BLDC motoros üzemeltetési diagram

Amikor az állórész tekercse megkapja az energiát az áramellátásból, az elektromágnesessé válik, és egységes mágneses mezőt generál a légrésben. A kapcsoló trapéz alakú AC feszültség hullámformát generál, annak ellenére, hogy a tápegység DC. A forgórész továbbra is forog az elektromágneses állórész és az állandó mágnes -forgórész közötti interakciós erő miatt.

A tekercsek magas és alacsony jelekre történő váltásával a megfelelő tekercsek izgatottak, mint északi és déli pólusok. A déli és északi pólusokkal rendelkező állandó mágnes -forgórész az állórész -oszlopokhoz igazodik, ami a motor forgását okozza.

BLDC motoros üzemeltetési diagramok egypólusú és kétpólusú BLDC motorokhoz

A kefe nélküli egyenáramú motorok három konfigurációban kaphatók: egyfázisú, kétfázisú és háromfázisú. Közülük a háromfázisú BLDC a leggyakoribb.

(3) Kefe nélküli egyenáramú motoros vezetési módszerek

A vezetési módszer A kefe nélküli egyenáramú motor különféle vezetési módszerekre osztható különböző kategóriák szerint:

A meghajtó hullámforma: négyszöghullámú meghajtó szerint ez a meghajtó módszer kényelmes megvalósítani, könnyen megvalósítható a motor helyzetérzékelő vezérlése nélkül.

Szinuszos meghajtó: Ez a meghajtó módszer javíthatja a motor futóhatását és a kimeneti nyomatékot egyenletessé teheti, de a megvalósítási folyamat viszonylag bonyolult. Ugyanakkor ez a módszer SPWM és SVPWM (Space Vector PWM) kétféle módon, az SVPWM jobb, mint az SPW.

(4) A kefe nélküli DC motor előnyei és hátrányai

Előnyök:

▷   Nagy kimeneti teljesítmény

▷ Kis méret és súly 

▷ Jó hőeloszlás és nagy hatékonyság 

▷ A működési sebesség széles választéka és az alacsony elektromos zaj. 

▷ Magas megbízhatóság és alacsony karbantartási követelmények. 

▷ Magas dinamikus válasz 

▷ Alacsony elektromágneses interferencia

Elégtelen:

▶ A motor vezérléséhez szükséges elektronikus vezérlő drága 

▶ Komplex meghajtó áramkörre van szükség 

▶ extra pozícióérzékelőkre van szükség (a fókát nem használják)

5 A kefe nélküli egyenáramú motor alkalmazása

A kefe nélküli DC motorokat széles körben használják különféle alkalmazási igényekhez, például az ipari ellenőrzéshez (a kefe nélküli DC -motorok fontos szerepet játszanak az ipari termelésben, például a textil, a kohászat, a nyomtatás, az automatizált gyártósorok, a CNC szerszámok stb. Lemez meghajtók, hajlékonylemez -meghajtók, filmkamerák stb., Az orsóban és a leányvállalatukban vezérelt ellenőrzésükben Kefe nélküli DC motorok .) Ezen túlmenően az egészségügyi berendezések (a kefe nélküli egyenáramú motorok használata gyakoribb volt, felhasználható egy kis vérszivattyút a mesterséges szívben; az országban a nagysebességű centrifugák műtéti nagysebességű készülékei, az infravörös lézermodulátorok hőmozgásának hőmozgását és hőmozigait, az állandó rakományt, az állandó rakományt.

Különbségek a kefe nélküli egyenáramú motorok és a szálcsiszolt DC motorok között

Projektkategória	Kefe nélküli egyenáramú motor	Kefe DC motor
Szerkezet	Állandó mágnes mint forgórész, elektromos meghajtó mint állórész	Állandó mágnes mint forgórész, elektromos meghajtó mint állórész
Tekercsek és tekercsek linkek	Csiszolt motoros jellemzők, hosszú élettartam, nincs beavatkozás, karbantartás nélkül, alacsony zaj, magas ár.	Hőeloszlás
Jó	Szegény	Kommutáció
Elektronikus kapcsoló kommutátor elektronikus áramkörökkel	Mechanikus érintkezés a kefe és az egyenirányító között	Rotor helyzetérzékelő
Előcsarnok elemek, optikai kódolók stb. Vagy ellenpotenciális generátorok	Önterjedő kefékkel	Önterjedő kefékkel
Visszafordít	Az elektronikus kormány felszerelésének váltási sorrendjének megváltoztatása	A terminál feszültség polaritásának megváltoztatása
Az előnyök és a hátrányok összehasonlítása	Jó mechanikai és kontroll jellemzők, hosszú élettartam, nincs interferencia, alacsony hang, de magasabb költség.	Jó mechanikai jellemzők és kontroll, nagy zaj, elektromágneses interferencia

A kefe nélküli egyenáramú motorok és a szálcsiszolt DC motorok összehasonlítása

Globális BLDC motor mainstream gyártók (TOP10)

Jelenleg a BLDC iparág legfontosabb vállalatai között szerepel az ABB, az Amtek, a NIDEC, a Minebea Group, a Textronic, az United Motion Technologies, a Baldor Electronics, az észak -amerikai elektromos vállalat, a Schneider Electric és a RegalBeloit Corporation.

Bevezetés a kefe nélküli DC motorokba

A kefe nélküli egyenáramú motor (BLDC) egy olyan szinkronmotor típus, amelyben az állórész által generált mágneses mező és a forgórész által generált mágneses mező azonos frekvenciájú. Széles körben használják a nagy teljesítményű teljesítmény, az alacsony elektromos zaj, a nagy megbízhatóság, a nagy dinamikus válasz, a kevesebb elektromágneses interferencia és a jobb sebesség-tork előnyei miatt.

Kefe nélküli egyenáramú motor belső szerkezete

A A DC kefe nélküli motor az alábbiakban látható (réselt, külső forgórész, szenzor nélküli motor példaként):

A kefe nélküli motor elülső burkolatból, középső burkolatból, mágnesből, szilícium acéllemezből, zománcozott huzalból, csapágyból, forgó tengelyből és hátsó burkolatból áll. Közülük a mágnes, a csapágy és a forgó tengely képezi a motor forgórészét; A motor állórésze szilícium acéllemezből és zománcozott huzalból áll. Az elülső burkolat, a középső borító és a hátlap a motor héját tartalmazza. A fontos alkatrészeket a következő táblázat ismerteti:

	Alkatrészek	Leírás
Forgórész	Mágnes	A kefe nélküli motor fontos eleme. A kefe nélküli motor teljesítményparamétereinek túlnyomó többsége hozzá kapcsolódik;
	Forgási tengely	A rotor közvetlenül stresszes része;
	Hordozó	A sima motoros üzemeltetés garanciája; Jelenleg a legkefe nélküli motorok mély horonygömbcsapágyakat használnak;
Forgórész	Szilícium acéllemez	A szilícium acéllemez a réselt kefe nélküli motor fontos része, a fő funkció a mágneses ellenállás csökkentése és a mágneses áramkör működésében való részvétel;
	Zománcozott huzal	Mint a tekercses tekercs energiájú vezetője; Az áram váltakozó frekvenciáján és hullámformáján keresztül mágneses mező alakul ki az állórész körül, hogy a forgórész forogjon;

Rotorleírás

A A kefe nélküli egyenáramú motor (BLDC) állandó mágnesekből készül, több póluspárral, amelyet felváltva elrendeznek az N- és S-Pole szerint (a pólus-pár paraméterrel).

Rotormágnes keresztmetszete

Állórész leírás

A A kefe nélküli egyenáramú motor (BLDC) egy szilícium acéllemezből (alább ábra) áll, a tengelyirányban a belső tengely mentén tengelyirányban vágott állórész -tekercsekkel (a magoszlopok paraméter száma (n résidő -szám) szerepel). Minden állórész tekercse számos tekercsből áll, amelyek összekapcsolódnak egymással. Általában a tekercsek háromcsatlakozott csillagmintázatban vannak elosztva.

A hármashoz csatlakoztatott csillagsebességű tekercsek, a tekercsek összekapcsolása szerint, az állórész tekercseit trapéz és szinuszos tekercsekre lehet osztani. A kettő közötti különbség elsősorban a generált ellen elektromotív erő hullámformája. Ahogy a neve is sugallja: A trapézos állórész tekercse trapéz alakú elektromotív erőt eredményez, és a szinuszos kanyargós szinuszos ellen elektromotív erőt eredményez. Ezt az alábbi ábra mutatja:   

PS: Ha a motort terhelés nélkül szállítják, a hullámforma oszcilloszkóppal mérhető.

02 A kefe nélküli egyenáramú motorok osztályozása

Kefe nélküli egyenáramú motor osztályozási leírás

A kefe nélküli egyenáramú motor (BLDC) a forgórész eloszlásának megfelelően felosztható belső forgórészmotorra, külső forgórészmotorra; A meghajtó fázis szerint egyfázisú motorra, kétfázisú motorra, háromfázisú motorra (a leggyakoribb felhasználás); annak szerint, hogy az érzékelőt felosztják-e az érzékszervi motorokra és a nem szenzoros motorokra, és így tovább; A motorok sok osztályozása van, az űr oka, hogy ne legyen itt, hogy leírja a saját megértésük iránt érdeklődő testvéreket.

Belső és külső forgórész motorleírás

A kefe nélküli motorokat fel lehet osztani a külső forgórészmotorokra és a belső forgórészmotorokra a forgórész és az állórész sorszerkezete szerint (az alább látható módon).

Motor	Leíró
Külső forgórészmotor	A belső energikus tekercsek tekercse állóként szolgál, és az állandó mágneseket a lakáshoz kapcsolják a forgórészként; Általános értelemben: a rotor kívül van, és az állórész van benne;
Belső forgórészmotor	A belső állandó mágnesek a tengelyhez kapcsolódnak, mint a forgórész, az energikus tekercs tekercs és a héj, mint az állórész. Általában: rotor belül, az állórész kívül;

Különbség a belső és a külső forgórészmotor között

A különböző rotor- és állórész -szekvenálás mellett a belső és a külső forgórészmotorok között a következők is vannak:

Jellemzők	Belső forgórészmotor	Külső forgórészmotor
Teljesítménysűrűség	Magasabb	Alacsonyabb
Sebesség	Magasabb	Alacsonyabb
Alacsonyabb stabilitás	Alacsonyabb	Magasabb
Költség	Viszonylag magasabb viszonylag magasabb	Alacsonyabb
Hőeloszlás	Középszerű	Rosszabb jobb
Póluspárok	Kevesebb	Több

03 DC kefe nélküli motorparaméterek

Kefe nélküli motorparaméterek

Paraméter	Leírás
Névleges feszültség	A kefe nélküli motorok esetében alkalmasak a működési feszültség nagyon széles tartományához, és ez a paraméter a működési feszültség meghatározott terhelési körülmények között.
KV -érték	Fizikai jelentőség: sebesség / perc / 1 V -os munkaerő -feszültség alatt, azaz: sebesség (nincs terhelés) = KV -érték * Munka feszültség a kefe nélküli motorok számára, méretarányos előírásokkal: 1. 2. Kevesebb tekercselés, magas KV -érték, maximális kimeneti áram, kis nyomaték;
Nyomaték és sebesség	Nyomaték (pillanat, nyomaték): A motorban lévő forgórész által generált hajtási nyomaték felhasználható a mechanikus terhelés meghajtására; Sebesség: Motor sebesség / perc;
Maximális áram	A maximális áram, amely képes ellenállni és biztonságosan működni
Vályúszerkezet	A magoszlopok száma (n résidők száma): az állórész szilikon acéllemez résidőinek száma; A mágneses acéloszlopok száma (P pólus száma): a mágneses acél száma a forgórészen;
Állórész induktivitás	Az induktivitás a motor mindkét végén a motor nyugalmi állapotában
Állórész ellenállás	A motor minden fázisú tekercsének DC ellenállása 20 ℃
A motor minden fázisú tekercsének DC ellenállása 20 ℃	Meghatározott körülmények között, amikor a motor tekercse nyitva van, a lineáris indukált elektromotív erő értéke, amelyet a armatúra tekercsben generálnak, az egység sebességénként

BLDC motorvezérlés

BLDC motorvezérlő algoritmusok

A kefe nélküli motorok önellátó típusúak (önirányító váltás), ezért összetettebb a vezérléshez.

A BLDC motorvezérlése megköveteli a rotor helyzetének és mechanizmusának ismeretét, amellyel a motor átesik. A zárt hurkú sebességszabályozáshoz két további követelmény van: az IE, a rotorsebesség/ vagy a motoros áram és a PWM jelek mérése a motor sebességteljesítményének szabályozására.

A BLDC Motors az alkalmazási követelményektől függően akár oldalsó, akár középpontba állítható PWM jelekkel is rendelkezhet. A legtöbb alkalmazás csak sebességváltási műveletet igényel, és 6 különálló oldalú, igazított PWM jelet fog használni.

Ez biztosítja a legnagyobb felbontást. Ha az alkalmazásnak kiszolgáló pozicionálását, energiafékezését vagy teljesítmény-visszafordítást igényel, a kiegészítő központhoz igazított PWM jelek ajánlottak. A rotor helyzetének érzékeléséhez a BLDC motorok Hall Effect Sensors segítségével abszolút helyzetérzékelést biztosítanak. Ennek eredményeként több vezeték és magasabb költségek használják. Az érzékelhetetlen BLDC vezérlés kiküszöböli a hallérzékelők szükségességét, és ehelyett a motor elleni elektromotív erőt (elektromotív erő) használja a forgórész helyzetének előrejelzésére. Az érzékelhetetlen vezérlés kritikus fontosságú az olcsó változó sebességű alkalmazásokhoz, például ventilátorokhoz és szivattyúkhoz. A hűtőszekrény és a légkondicionáló kompresszorokhoz érzékelő nélküli vezérlésre van szükség a BLDC motorok használatakor.

Terhelés nélküli idő beillesztés és kiegészítés

A legtöbb BLDC motor nem igényel kiegészítő PWM-t, terhelési idő beillesztését vagy terhelési időbeli kompenzációt. Az egyetlen BLDC alkalmazás, amely megkövetelheti ezeket a funkciókat, a nagyteljesítményű BLDC Servo Motors, a Sine Wave gerjesztett BLDC motorok, a kefe nélküli AC vagy a PC Synchronous Motors.

Vezérlő algoritmusok

Számos különféle vezérlő algoritmust használnak a BLDC motorok vezérlésére. Általában az energia tranzisztorokat lineáris szabályozóként használják a motor feszültségének szabályozására. Ez a megközelítés nem praktikus a nagy teljesítményű motorok vezetésekor. A nagy teljesítményű motoroknak PWM-et kell vezérelniük, és mikrovezérlőnek kell lennie a kezdő és vezérlő funkciók biztosításához.

A vezérlő algoritmusnak meg kell adnia a következő három funkciót:

PWM feszültség a motor sebességének szabályozására

A motor orvoslásának és ingázásának mechanizmusa

Módszerek a forgórész helyzetének előrejelzésére fordított elektromotív erővel vagy csarnok érzékelőkkel

Az impulzusszélesség -modulációt csak egy változó feszültség alkalmazásához használják a motor tekercseire. A tényleges feszültség arányos a PWM üzemi ciklusával. Ha megfelelő egyenirányító kommutációt kapunk, a BLDC nyomaték-sebesség-jellemzői megegyeznek a következő DC motorokhoz. A változó feszültség használható a motor sebességének és változó nyomatékának szabályozására.

Az energia tranzisztor kommutációja lehetővé teszi az állórész megfelelő tekercsének, hogy a rotor helyzetétől függően a legjobb nyomatékot hozza létre. A BLDC motorban az MCU -nak tudnia kell a forgórész helyzetét, és képesnek kell lennie arra, hogy a kommutációt a megfelelő időben végezze.

BLDC motoros trapéz kommutáció

Az egyik legegyszerűbb módszer A DC kefe nélküli motorok az úgynevezett trapéz kommutáció használata.

A létravezérlő egyszerűsített blokkdiagramja a BLDC motorok számára ebben a vázlatos diagramban

Ebben a vázlatban az áramot egy pár motoros csatlakozó vezérli, míg a harmadik motoros csatlakozót mindig elektronikusan leválasztják a tápegységtől.    

A nagy motorba beágyazott három csarnok eszközt olyan digitális jelek biztosítására használják, amelyek mérik a rotor pozícióját egy 60 fokos ágazatban, és ezeket az információkat a motorvezérlőn nyújtják. Mivel az áram áramlása egy időben két tekercsnél és a harmadik nullánál egyenlő, ez a módszer olyan áram -vektorot eredményez, amelynek csak a hat iránya egy közös. A motor irányításakor a motoros csatlakozókon az áramot elektromosan kapcsolják (helyesbített kommutáció) 60 fokos forgási fokonként, tehát az áram -vektor mindig a legközelebbi 90 fokos fáziseltolódásnál van

30 fokos helyzet

Trapezoid kontroll: Vezesse a hullámformát és a nyomatékot az egyenirányítónál

Ezért az egyes tekercsek jelenlegi hullámformája trapéz, nullától kezdve, pozitív áramig, majd nulla, majd negatív áramhoz. Ez olyan áramszűrő -vektorot eredményez, amely megközelíti a kiegyensúlyozott forgást, mivel 6 különböző irányba lép fel, amikor a forgórész forog.

A motoros alkalmazásokban, például a légkondicionálókban és a hűtőszekrényekben a csarnok -érzékelők használata nem állandó. A nem kapcsolt tekercsekben indukált fordított potenciális érzékelők felhasználhatók ugyanazon eredmény elérésére.

Az ilyen trapézális hajtó rendszerek nagyon gyakoriak a kontroll áramkörük egyszerűsége miatt, ám a javítás során nyomatékos fodrozódási problémákat szenvednek.

A szinuszos helyesbített kommutáció a BLDC motorok számára

A trapéz -egyenirányító kommutációja nem elegendő a kiegyensúlyozott és pontos BLDC motorvezérlés biztosításához. Ez elsősorban az, hogy a háromfázisban előállított nyomaték A kefe nélküli motort (szinuszos hullám elleni elektromotív erővel) a következő egyenlet határozza meg:

Forgó tengely nyomaték = KT [IRSIN (O)+ISSIN (O+120)+itsin (O+240)]

Hol: o A forgó tengely elektromos szöge a kt a motor IR nyomaték -állandója, és a fázisáramra, ha a fázisáram szinuszos: IR = i0sino; Is = i0sin (+120o); It = i0sin (+240o)

kap: forgó tengely nyomaték = 1,5i0 * kt (állandó független a forgó tengely szögétől)

A szinuszos egyenirányító kommutált kefe nélküli motorvezérlő arra törekszik, hogy három motoros tekercset hajtson végre három árammal, amelyek simán változnak szinuszos módon, amikor a motor forog. Ezen áramok kapcsolódó fázisait úgy választják meg, hogy azok a rotoráram sima űrvektorát képezzék a forgórészre ortogonális irányba invariancia. Ez kiküszöböli az északi kormányzáshoz kapcsolódó nyomaték fodrozódást és kormányzati impulzusokat.

A motor áramának sima szinuszos modulációjának előállításához, amikor a motor forog, a rotor helyzetének pontos mérésére van szükség. A Hall eszközök csak a forgórész helyzetének durva kiszámítását biztosítják, ami nem elegendő erre a célra. Ezért szögletes visszajelzésre van szükség egy kódolóból vagy hasonló eszközből.

A BLDC motoros hullámvezérlő egyszerűsített blokkdiagramja

Mivel a tekercselési áramokat kombinálva kell kombinálni, hogy sima állandó forgórészáram -tér vektorot kapjanak, és mivel az összes állórész tekercse 120 fokos szögben van elhelyezve, az egyes huzal -bankok áramának szinuszosnak kell lenniük, és fáziseltolódásának 120 fokos. A kódolóból származó pozícióinformációkat két szinuszhullám szintetizálására használják, a kettő között 120 fokos fáziseltolódással. Ezeket a jeleket ezután megszorozzuk a nyomatékparancsgal úgy, hogy a szinuszhullám amplitúdója arányos legyen a szükséges nyomatékkal. Ennek eredményeként a két szinuszos áramparancs megfelelő fokozatosan fokozódik, így egy forgó állórész áram -vektorát ortogonális irányba állítják elő.

A szinuszos áramparancs jelek olyan PI -vezérlőket adnak ki, amelyek modulálják az áramot a két megfelelő motoros tekercsben. A harmadik forgórész tekercsben az áram a szabályozott tekercselő áramok negatív összege, ezért nem lehet külön -külön ellenőrizni. Az egyes PI -vezérlők kimenetét PWM modulátorra, majd a kimeneti hídra és a két motoros csatlakozóra küldjük. A harmadik motoros terminálra alkalmazott feszültség az első két tekercsre alkalmazott jelek negatív összegéből származik, amelyet három szinuszos feszültséghez használnak, amely 120 fokkal távol van.

Ennek eredményeként a tényleges kimeneti áram hullámforma pontosan nyomon követi a szinuszos áram parancsjelet, és az ebből eredő áramvektor simán forog, hogy kvantitatív módon stabilizálódjon és a kívánt irányba orientáljon.

A stabilizált kontroll szinuszos egyenirányító kormányzási eredménye általában nem érhető el a trapéz egyenirányító kormányzásával. Az alacsony motor sebességnél nagy hatékonyságának köszönhetően azonban nagy motor sebességgel választ el. Ennek oka az a tény, hogy a sebesség növekedésével az aktuális visszatérési vezérlőknek nyomon kell követniük a növekvő frekvencia szinuszos jelét. Ugyanakkor meg kell küzdeniük a motor elleni elektromotív erejét, amely az amplitúdó és a frekvencia növekszik a sebesség növekedésével.

Mivel a PI-vezérlők véges nyereséggel és frekvenciaválaszokkal rendelkeznek, az aktuális vezérlőhurok idő-invariáns zavarai fázis késéssel és hibákkal járnak a motoráramban, amely nagyobb sebességgel növekszik. Ez zavarja az aktuális űrvektor irányát a forgórészhez viszonyítva, ezáltal elmozdulást okozva a kvadratúra irányból.

Ha ez bekövetkezik, kevesebb nyomatékot lehet előállítani egy bizonyos mennyiségű árammennyiséggel, így több áramra van szükség a nyomaték fenntartásához. A hatékonyság csökken.

Ez a csökkenés a sebesség növekedésével folytatódni fog. Egy bizonyos ponton az áram fáziseltolódása meghaladja a 90 fokot. Amikor ez bekövetkezik, a nyomaték nullára csökken. A szinuszos kombináció révén a fenti sebességnél a sebesség negatív nyomatékot eredményez, és ezért nem valósítható meg.

AC motoros vezérlő algoritmusok

Skaláris vezérlés

A skaláris vezérlés (vagy a V/Hz vezérlés) egy egyszerű módszer a parancsmotor sebességének szabályozására

A parancsmotor egyensúlyi állapotú modelljét elsősorban a technológia megszerzésére használják, így az átmeneti teljesítmény nem lehetséges. A rendszernek nincs aktuális hurok. A motor vezérlése érdekében a háromfázisú tápellátás csak amplitúdóban és frekvenciánként változik.

Vektorvezérlés vagy mágneses mező -orientációs szabályozás

A motor nyomatéka az állórész és a rotor mágneses mezők és csúcsok függvényében változik, amikor a két mező egymáshoz ortogonális. A skaláris alapú kontrollban a két mágneses mező közötti szög jelentősen eltér.

A Vector Control képes újra ortogonalitást létrehozni AC motorokban. A nyomaték ellenőrzése érdekében mindegyik áramot generál a generált mágneses fluxusból, hogy elérje a DC gép reakcióképességét. Az AC parancsolt motor vektorvezérlése hasonló a különálló gerjesztett DC motor vezérléséhez.

Egy egyenáramú motorban az φf mágneses mező energiája, amelyet a gerjesztési áram generál, ha ortogonális az φa armatúra fluxushoz, amelyet az IA armatúraáram generál. Ezeket a mágneses mezőket elválasztják és stabilizálják egymással szemben. Ennek eredményeként, amikor a armatúraáramot a nyomaték szabályozására szabályozzák, a mágneses mező energiája továbbra sem érinti, és gyorsabban átmeneti válaszra való reagál.

A háromfázisú váltóáramú motor mezőorientált vezérlése (FOC) egy egyenáramú motor működésének utánozásából áll. Az összes ellenőrzött változót matematikailag átalakítják DC -re AC helyett. a cél független vezérlési nyomatéka és fluxusa.

A terepi orientációvezérlésnek (FOC) két módszere van: Közvetlen fókusz: A rotor mágneses mező (RotorFluxangle) irányát közvetlenül egy Flux Obsererce FOC kiszámítja: A rotor mágneses mező (RotorFluxangle) irányát közvetetten kapják meg a rotorsebesség és a csúszás (csúszás) becslésével vagy mérésével.

A vektorvezérlés megköveteli a rotor fluxus helyzetének ismeretét, és fejlett algoritmusokkal kiszámítható a terminális áramok és feszültségek ismeretével (egy AC indukciós motor dinamikus modelljével). Végrehajtó szempontból azonban a számítási erőforrások szükségessége kritikus jelentőségű.

Különböző megközelítések használhatók a vektorvezérlő algoritmusok megvalósításához. A táplálkozási technikák, a modell becslése és az adaptív vezérlési technikák mind felhasználhatók a válasz és a stabilitás fokozására.

AC motorok vektorvezérlése: Mélyebb megértés

A vektorvezérlő algoritmus középpontjában két fontos konverzió van: a Clark -átalakítás, a park konverziója és az inverz. A Clark és a Park átmenetek használata lehetővé teszi a rotoráram irányítását a rotor régióba. Ez lehetővé teszi a rotorvezérlő rendszer számára, hogy meghatározza a forgórészhez juttatott feszültséget a nyomaték dinamikusan változó terhelések mellett történő maximalizálása érdekében.

Clark átalakítás: A Clark matematikai konverzió egy háromfázisú rendszert két koordinátarendszerré módosít:

Ahol az IA és az IB az ortogonális nullapont alkotóelemei, és az IO a lényegtelen homoplanar komponens

Háromfázisú rotoráram és forgó referenciarendszer

Parkkonverzió: A Park matematikai átalakítása a kétirányú statikus rendszert forgó rendszervektorrá alakítja.

A kétfázisú α, β keret reprezentációt Clarke konverzióval számítják ki, majd a vektor forgási modulba adják, ahol az θ szöget forgatja, hogy megfeleljen a rotor energiájához rögzített D, Q keretnek. A fenti egyenlet szerint a θ szög átalakulása megvalósul.

A mágneses mező orientált vektorvezérlésének alapszerkezete a váltakozó áramú motor

A Clarke-transzformáció háromfázisú áramot használ, IA, IB, valamint IC, amelyek a rögzített koordináta-állórész fázisában vannak átalakítva ISD-re és ISQ-ra, amelyek a park transzformációjának elemei lesznek. A Clarke -transzformáció a motor fluxusok modelljén alapul. Az ISD, az ISQ és az θ pillanatnyi fluxus szöget, amelyet a motor fluxusmodelléből számolnak, az AC indukciós motor elektromos nyomatékának kiszámításához használjuk.

AC motorok vektorvezérlésének alapjai

Ezeket a származtatott értékeket összehasonlítják egymással és a referenciaértékekkel, és a PI vezérlő frissíti.

1. táblázat: A motoros megfelelő vezérlés és a vektorvezérlés összehasonlítása:

Vezérlőparaméter	V/Hz vezérlés	Yari irányítás	Érzéketlen sagittalis vezérlés
Sebesség -beállítás	1%	0 001%	0 05%
Nyomaték beállítása	Szegény	+/- 2%	+/- 5%
Motoros modell	Ne	Kereslet	Pontos modellre van szükség
MCU feldolgozási teljesítmény	Alacsony	Magas	Magas +DSP

A vektor-alapú motorvezérlés velejáró előnye, hogy ugyanazt az elvt használhatjuk a megfelelő matematikai modell kiválasztására, hogy a különféle típusú AC, PM-AC vagy BLDC motorokat külön-külön szabályozzák.

A BLDC motor vektorvezérlése

A BLDC motor a fő választás a mezőorientált vektorvezérléshez. A FOC kefe nélküli motorok nagyobb hatékonyságot érhetnek el, akár 95%-ig is, és nagy sebességgel is nagyon hatékonyak a motorok számára.

Léptetőmotor -vezérlés

A léptetőmotor -vezérlés általában a kétirányú meghajtóáramot alkalmazza, és a motor lépését úgy valósítják meg, hogy a tekercset egymás után váltják. Általában az ilyen típusú léptetőmotornak 3 meghajtó szekvenciája van:

1. 
   

   Egyfázisú teljes lépés meghajtó:

   
   

Ebben az üzemmódban a tekercset a következő sorrendben, az AB/CD/BA/DC -ben táplálják (a BA azt jelenti, hogy a tekercselés az ellenkező irányban van). Ezt a szekvenciát egyfázisú teljes lépési módnak vagy hullámvezérelt üzemmódnak nevezzük. Egyszerre csak egy kiegészítő díj van.

2. kettős fázisú teljes lépés meghajtó:

Ebben a módban a két fázist együtt töltik, tehát a forgórész mindig a két oszlop között van. Ezt az üzemmódot Biphase teljes lépésnek nevezzük, ez az üzemmód a bipoláris motor normál hajtási sorrendje, ki tudja adni a maximális nyomatékot.

3. féllépés mód:

Ez az üzemmód egyfázisú lépés és kétfázisú lépés együttesen: egyfázisú teljesítmény, majd duplán adja hozzá az energiát, majd az egyfázisú teljesítményt ... ezért a motor féllépéses lépésekben fut. Ezt az üzemmódot féllépés módnak nevezzük, és a motor tényleges lépési szöge gerjesztésenként felére csökken, és a kimeneti nyomaték is alacsonyabb.

A fenti három üzemmód felhasználható az ellenkező irányba történő forgatáshoz (az óramutató járásával ellentétes irányban), de nem, ha a sorrend megfordítja.

Általában a léptetőmotornak több pólusa van a lépési szög csökkentése érdekében, de a tekercsek száma és a meghajtó sorrend állandó.

Általános DC motorvezérlő algoritmus

Általános motoros sebességszabályozás, különösen a motor két áramkörének használata: fázis szögvezérlés PWM Chopper vezérlés

Fázisszög -szabályozás

A fázis szögvezérlés a legegyszerűbb módszer az általános motorok sebességének szabályozására. A sebességet a triac pont ív szögének megváltoztatásával szabályozzuk. A fázisszög -szabályozás nagyon gazdaságos megoldás, azonban nem túl hatékony és hajlamos az elektromágneses interferenciára (EMI).

A általános motorok fázis szögvezérlése

A fent bemutatott diagram szemlélteti a fázisszög -szabályozás mechanizmusát, és a TRIACS sebességszabályozás tipikus alkalmazása. A triac kapu impulzusának fázismozgása hatékony feszültséget eredményez, így különböző motorsebességeket eredményez, és egy nulla kereszteződési áramkört használunk egy időzítési referencia létrehozásához a kapu impulzusának késleltetésére.

PWM Chopper vezérlés

A PWM Control egy fejlettebb megoldás az általános motoros sebességszabályozáshoz. Ebben a megoldásban a Power MOFSet vagy az IGBT bekapcsolja a nagyfrekvenciás kijavított AC vonal feszültségét, hogy a motor időbeli változó feszültségét generálja.

PWM Chopper vezérlés a General Motors számára

A kapcsolási frekvenciatartomány általában 10-20 kHz, hogy kiküszöbölje a zajt. Ez az általános célú motorvezérlési módszer lehetővé teszi a jobb aktuális vezérlést és a jobb EMI teljesítményt, és ennélfogva a nagyobb hatékonyságot.