Prinsip motor DC (BLDC) Berus dan cara yang betul untuk menggunakannya

Motor yang paling asas ialah 'DC Motor (Brush Motor) '. Dengan meletakkan gegelung dalam medan magnet dan lulus arus yang mengalir melaluinya, gegelung akan ditolak oleh tiang magnet di satu sisi dan tertarik oleh sisi lain pada masa yang sama, dan akan terus berputar di bawah tindakan ini. Semasa putaran, arus mengalir melalui gegelung dibalikkan, menyebabkan ia berputar secara berterusan. Terdapat sebahagian daripada motor yang dipanggil 'commutator ' yang dikuasakan oleh 'berus ', yang diposisikan di atas 'gear stereng ' dan bergerak secara berterusan ketika ia berputar. Dengan menukar kedudukan berus, arah arus boleh diubah. Commutator dan berus adalah struktur yang sangat diperlukan untuk putaran motor DC.

Rajah 1: Rajah skematik operasi motor DC (motor yang disikat).

Commutator menukar aliran arus dalam gegelung, membalikkan arah tiang supaya mereka sentiasa berputar ke kanan. Berus bekalan kuasa kepada komutator yang berputar dengan aci.

Motor aktif dalam banyak bidang

Kami telah mengkategorikan motor dengan jenis bekalan kuasa dan prinsip putaran (Rajah 2). Mari kita lihat dengan ringkas ciri -ciri dan penggunaan setiap jenis motor.

Rajah 2: Jenis utama motor

Motor DC (motor yang disikat), yang mudah dan mudah dikawal, sering digunakan untuk aplikasi seperti pembukaan dan penutupan dulang cakera optik di peralatan rumah. Mereka juga digunakan dalam kereta untuk aplikasi seperti pembukaan dan penutupan cermin elektrik dan kawalan arah. Walaupun ia murah dan boleh digunakan dalam banyak bidang, ia mempunyai kelemahannya. Oleh kerana komutator bersentuhan dengan berus, ia mempunyai jangka hayat yang pendek dan berus mesti diganti secara berkala atau di bawah jaminan.

Motor stepper akan berputar dengan bilangan denyutan elektrik yang dihantar kepadanya. Jumlah pergerakan bergantung kepada bilangan impuls elektrik yang dihantar kepadanya, menjadikannya sesuai untuk pelarasan kedudukan.

Ia sering digunakan di rumah untuk 'pemakanan kertas mesin faks dan pencetak ', dan lain -lain. Oleh kerana langkah -langkah pemakanan mesin faks bergantung kepada spesifikasi (ukiran, kehalusan), motor melangkah yang berputar dengan bilangan impuls elektrik sangat mudah digunakan. Adalah mudah untuk menyelesaikan masalah yang mesin berhenti sementara apabila isyarat berhenti. Motor segerak, yang bilangan putaran berbeza dengan kekerapan bekalan kuasa, digunakan dalam aplikasi seperti 'jadual putar untuk ketuhar gelombang mikro.

Set motor mempunyai pengurangan gear untuk mendapatkan bilangan putaran yang sesuai untuk pemanasan makanan. Motor induksi juga dipengaruhi oleh kekerapan bekalan kuasa, tetapi kekerapan dan bilangan revolusi tidak bertepatan. Pada masa lalu, motor AC ini digunakan dalam peminat atau mesin basuh.

Seperti yang anda lihat, pelbagai motor aktif dalam beberapa bidang. Apakah ciri -ciri motor BLDC (motor tanpa berus ) yang menjadikan mereka begitu serba boleh?

Bagaimanakah motor BLDC berputar?

The 'bl ' in Motor bldc bermaksud 'brushless ', yang bermaksud bahawa 'berus ' dalam motor dc (motor berus) tidak lagi hadir. Peranan berus dalam motor DC (berus motor) adalah untuk memberi tenaga gegelung dalam pemutar melalui komutator. Jadi bagaimana motor Bldc tanpa berus memberi tenaga gegelung dalam pemutar? Ternyata motor BLDC menggunakan magnet kekal untuk pemutar, dan tidak ada gegelung dalam pemutar. Oleh kerana tidak ada gegelung dalam pemutar, tidak ada keperluan untuk komutator dan berus untuk memberi tenaga kepada motor. Sebaliknya, gegelung digunakan sebagai stator (Rajah 3).

Medan magnet yang dibuat oleh magnet tetap tetap dalam motor DC (motor berus) tidak bergerak dan berputar dengan mengawal medan magnet yang dicipta oleh gegelung (pemutar) di dalamnya. Bilangan putaran diubah dengan menukar voltan. Pemutar motor BLDC adalah magnet kekal, dan pemutar diputar dengan mengubah arah medan magnet yang dicipta oleh gegelung di sekelilingnya. Putaran pemutar dikawal dengan mengawal arah dan magnitud arus mengalir melalui gegelung.

Rajah 3: Gambarajah skematik operasi motor BLDC.

   

Kelebihan motor BLDC

BLDC Motors mempunyai tiga gegelung pada stator, masing -masing dengan dua wayar, untuk sejumlah enam wayar plumbum di dalam motor. Pada hakikatnya, hanya tiga wayar biasanya diperlukan kerana mereka berwayar secara dalaman, tetapi ia masih satu lagi daripada motor DC yang telah diterangkan sebelumnya (motor yang disikat). Ia tidak akan bergerak semata -mata dengan menghubungkan terminal bateri positif dan negatif. Bagaimana cara menjalankan a BLDC Motor akan dijelaskan dalam ansuran kedua siri ini. Kali ini kita akan memberi tumpuan kepada kelebihan motor BLDC.

Ciri pertama motor BLDC ialah 'Kecekapan Tinggi '. Adalah mungkin untuk mengawal daya putaran (tork) untuk mengekalkan nilai maksimum pada setiap masa, sedangkan dengan motor DC (motor berus), tork maksimum hanya dapat dikekalkan untuk satu saat semasa putaran, dan nilai maksimum tidak dapat dikekalkan pada setiap masa. Jika motor DC (berus motor) mahu mendapatkan tork sebanyak motor BLDC, ia hanya boleh meningkatkan magnetnya. Inilah sebabnya mengapa motor BLDC kecil boleh menghasilkan banyak kuasa.

Ciri kedua ialah 'Kawalan Baik ', yang berkaitan dengan yang pertama. BLDC Motors boleh mendapatkan tork, bilangan revolusi, dan lain -lain, betul -betul seperti yang anda mahu, dan motor BLDC dapat memberi makan kembali sasaran bilangan revolusi, tork, dan lain -lain, tepatnya. Kawalan yang tepat menindas penjanaan haba dan penggunaan kuasa motor. Dalam kes pemacu bateri, adalah mungkin untuk melanjutkan masa pemacu dengan kawalan yang teliti. Di samping itu, ia dicirikan oleh ketahanan dan bunyi elektrik yang rendah. Dua mata di atas adalah kelebihan yang dibawa oleh Brushless.

Sebaliknya, motor DC (motor yang disikat) tertakluk kepada haus dan lusuh kerana hubungan antara berus dan komutator dalam tempoh masa yang panjang. Bahagian menghubungi juga menjana percikan api. Terutamanya apabila jurang komutator menyentuh berus, akan ada percikan besar dan bunyi bising. Jika anda tidak mahu bunyi dihasilkan semasa penggunaan, motor BLDC akan dipertimbangkan.

BLDC Motors digunakan di kawasan ini

Di manakah motor BLDC dengan kecekapan tinggi, pengendalian serba boleh, dan kehidupan yang panjang biasanya digunakan? Mereka sering digunakan dalam produk yang boleh menggunakan kecekapan tinggi dan kehidupan yang panjang dan digunakan secara berterusan. Sebagai contoh, peralatan rumah. Orang ramai telah menggunakan mesin basuh dan penghawa dingin untuk masa yang lama. Baru -baru ini, BLDC Motors telah digunakan untuk peminat elektrik, dan telah berjaya mengurangkan penggunaan kuasa secara mendadak.

Ia adalah kerana kecekapan yang tinggi bahawa penggunaan kuasa telah dikurangkan. BLDC Motors juga digunakan dalam pembersih vakum. Dalam satu kes, dengan mengubah sistem kawalan, peningkatan besar dalam bilangan revolusi telah direalisasikan. Contoh ini menunjukkan kawalan yang baik dari motor BLDC.

BLDC Motors juga digunakan di bahagian berputar cakera keras, yang merupakan media penyimpanan yang penting. Oleh kerana ia adalah motor yang perlu berjalan untuk masa yang lama, ketahanan adalah penting. Sudah tentu, ia juga mempunyai tujuan penggunaan kuasa yang sangat menindas. Kecekapan yang tinggi di sini juga berkaitan dengan penggunaan elektrik yang rendah.

Terdapat banyak lagi kegunaan untuk motor BLDC

BLDC Motors dijangka digunakan dalam pelbagai bidang, dan mereka akan digunakan dalam pelbagai robot kecil, terutama 'Robot Perkhidmatan ' yang menyediakan perkhidmatan di kawasan selain pembuatan. 'Posisi adalah penting untuk robot, jadi tidakkah kita menggunakan motor melangkah yang berjalan dengan bilangan denyutan elektrik? ' Orang mungkin berfikir demikian. Walau bagaimanapun, dari segi kawalan daya, motor BLDC lebih sesuai. Di samping itu, jika motor stepper digunakan, struktur seperti pergelangan tangan robot perlu dibekalkan dengan sejumlah besar arus untuk ditetapkan dalam kedudukan tertentu. Dengan BLDC Motors , hanya kuasa yang diperlukan boleh dibekalkan bersama dengan daya luaran, dengan itu membendung penggunaan kuasa.

Ia juga boleh digunakan dalam pengangkutan. Motor DC mudah telah lama digunakan dalam kereta elektrik atau kereta golf untuk orang tua, tetapi motor BLDC kecekapan tinggi baru-baru ini dengan kawalan yang baik telah diterima pakai. BLDC Motors juga digunakan dalam pesawat. Terutama di UAVs dengan rak pelbagai paksi, kerana ia mengawal sikap penerbangan dengan mengubah bilangan putaran kipas, motor BLDC yang dapat mengawal putaran adalah berfaedah.

Bagaimana dengannya? BLDC Motors adalah motor berkualiti tinggi dengan kecekapan yang tinggi, kawalan yang baik dan kehidupan yang panjang. Walau bagaimanapun, memaksimumkan kuasa motor BLDC memerlukan kawalan yang betul. Bagaimana ia harus dilakukan?

Tidak boleh berputar melalui sambungan sahaja

Motor Bldc jenis pemutar dalaman adalah jenis tipikal motor BLDC, dan bahagian luar dan dalamannya ditunjukkan di bawah (Rajah 1). Motor berus DC (selepas ini dirujuk sebagai motor DC) mempunyai gegelung pada pemutar dan magnet kekal di luar, sementara motor BLDC mempunyai magnet tetap pada pemutar dan gegelung di luar, dan motor BLCD mempunyai magnet tetap tanpa gegelung pada pemutar, jadi tidak perlu memberi tenaga kepada pemutar. Ini memungkinkan untuk merealisasikan 'jenis berus ' tanpa berus untuk memberi tenaga.

Sebaliknya, berbanding dengan motor DC, kawalan menjadi lebih sukar. Ia bukan sekadar menyambungkan kabel motor ke bekalan kuasa. Malah bilangan kabel adalah berbeza. Ia tidak sama dengan 'menghubungkan terminal positif (+) dan negatif (-) ke bekalan kuasa '.

Rajah 1: Bahagian luar dan dalaman motor Bldc

Rajah 2-A: Prinsip putaran motor Bldc

Satu gegelung diletakkan di dalam motor BLDC pada selang 120 darjah, untuk sejumlah tiga gegelung, untuk mengawal arus dalam fasa atau gegelung bertenaga

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2-A, motor BLDC menggunakan tiga gegelung. Ketiga gegelung ini digunakan untuk menghasilkan fluks magnet apabila bertenaga dan dinamakan U, V, dan W. cuba memberi tenaga gegelung ini. Laluan semasa pada gegelung u (selepas ini dirujuk sebagai 'gegelung ') direkodkan sebagai fasa u, v direkodkan sebagai fasa V, dan w direkodkan sebagai fasa W. Seterusnya, lihat fasa U. Walau bagaimanapun, pada hakikatnya, fasa U, V, dan W tidak sama dengan fasa U.

Walau bagaimanapun, pada hakikatnya, kabel U, V, dan W semuanya bersambung antara satu sama lain, jadi tidak mungkin untuk memberi tenaga hanya fasa U. Di sini, tenaga dari fasa U ke fasa W akan menghasilkan fluks magnet dalam U dan W seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2-C. Kedua-dua fluks magnet U dan W disintesis ke dalam fluks magnet yang lebih besar yang ditunjukkan dalam Rajah 2-D. Magnet kekal akan diputar supaya fluks magnet yang disintesis ini berada dalam arah yang sama dengan tiang N magnet kekal pusat (rotor).

Rajah 2-B: Prinsip putaran motor BLDC

Fluks bertenaga dari fasa U ke fasa W. Pertama, dengan memberi tumpuan hanya pada bahagian U dari gegelung, didapati bahawa fluks magnet dihasilkan seperti di anak panah

Rajah 2-D: Prinsip putaran motor BLDC lulus elektrik dari fasa u ke fasa w boleh dianggap sebagai menghasilkan dua fluks magnet yang disintesis

Jika arah fluks magnet yang disintesis diubah, magnet kekal juga berubah. Bersempena dengan kedudukan magnet kekal, tukar fasa bertenaga dalam fasa U, fase V, dan fase W untuk mengubah arah fluks magnet yang disintesis. Sekiranya operasi ini dilakukan secara berterusan, fluks magnet yang disintesis akan berputar, dengan itu menghasilkan medan magnet dan berputar pemutar.

Rajah. 3 menunjukkan hubungan antara fasa bertenaga dan fluks magnet sintetik. Dalam contoh ini, dengan mengubah mod tenaga dari 1-6 dalam urutan, fluks magnet sintetik akan berputar mengikut arah jam. Dengan mengubah arah fluks magnet yang disintesis dan mengawal kelajuan, kelajuan putaran pemutar dapat dikawal. Kaedah mengawal motor dengan beralih antara enam mod pengukuran ini dipanggil 'Kawalan Energiasi 120 darjah '.

Rajah 3: Magnet kekal pemutar akan berputar seolah -olah mereka ditarik oleh fluks magnet sintetik, dan batang motor akan berputar akibatnya

Putaran lancar menggunakan kawalan gelombang sinus

Seterusnya, walaupun arah fluks magnet yang disintesis diputar di bawah kawalan bertenaga 120 darjah, terdapat hanya enam arah yang berbeza. Sebagai contoh, jika anda menukar 'mod bertenaga 1 ' dalam Rajah 3 hingga 'mod bertenaga 2 ', arah fluks magnet sintetik akan berubah sebanyak 60 darjah. Rotor kemudian akan berputar seolah -olah tertarik. Seterusnya, dengan menukar dari 'mod bertenaga 2 ' ke 'mod bertenaga 3 ', arah fluks magnet sintetik akan berubah lagi dengan 60 darjah. Rotor akan sekali lagi tertarik dengan perubahan ini. Fenomena ini akan diulang. Pergerakan itu akan menjadi kaku. Kadang -kadang tindakan ini juga akan membuat bunyi.

Ia adalah 'kawalan gelombang sinus ' yang menghilangkan kekurangan kawalan 120 darjah yang bertenaga dan mencapai putaran yang lancar. Dalam kawalan kuasa 120 darjah, fluks magnet yang disintesis ditetapkan dalam enam arah. Ia dikawal supaya ia berbeza secara berterusan. Dalam contoh dalam Rajah 2-C, fluks yang dihasilkan oleh U dan W adalah magnitud yang sama. Walau bagaimanapun, jika fasa U, fasa V, dan W-fase boleh dikawal dengan lebih baik, gegelung masing-masing boleh dibuat untuk menghasilkan fluks magnet dengan saiz yang berbeza, dan arah fluks magnet yang disintesis boleh dikawal dengan tepat. Dengan menyesuaikan saiz semasa setiap fasa U, v-fasa, dan fase W, fluks magnet yang disintesis dihasilkan pada masa yang sama. Dengan mengawal generasi berterusan fluks ini, motor berputar dengan lancar.

Rajah 4: Kawalan Gelombang Sine Gelombang Sine Kawalan Gelombang

Semasa pada 3 fasa boleh dikawal untuk menghasilkan fluks magnet sintetik untuk putaran lancar. Fluks magnet sintetik dapat dihasilkan dalam arah yang tidak dapat dihasilkan oleh kawalan bertenaga 120 darjah

Menggunakan penyongsang untuk mengawal motor

Bagaimana dengan arus pada setiap fasa u, v, dan w? Untuk menjadikannya lebih mudah untuk difahami, berfikir kembali kepada kawalan 120 darjah yang bertenaga dan lihat. Lihat lagi pada Rajah 3. Dalam mod bertenaga 1, aliran semasa dari u ke w; Dalam mod bertenaga 2, arus mengalir dari U ke V. Seperti yang anda lihat, apabila gabungan gegelung di mana aliran semasa berubah, arah anak panah fluks sintetik juga berubah.

Seterusnya, lihat mod Energi 4. Dalam mod ini, aliran semasa dari W ke U, ke arah yang bertentangan mod pengukuran 1. DC Motors , penukaran arah semasa seperti ini dilakukan oleh gabungan komutator dan berus. Walau bagaimanapun, motor BLDC tidak menggunakan kaedah jenis hubungan sedemikian. Litar penyongsang digunakan untuk mengubah arah arus. Litar penyongsang biasanya digunakan untuk mengawal motor BLDC.

Litar penyongsang menyesuaikan nilai semasa dengan menukar voltan yang digunakan dalam setiap fasa. Untuk pelarasan voltan, PWM (pulsewidthmodulation = modulasi lebar nadi) biasanya digunakan.PWM adalah kaedah untuk menukar voltan dengan menyesuaikan tempoh masa nadi hidup/mati, dan yang penting ialah perubahan nisbah (kitaran tugas) antara masa dan waktu off. Jika nisbah ON adalah tinggi, kesan yang sama seperti meningkatkan voltan boleh diperolehi. Jika nisbah pada nisbah berkurangan, kesan yang sama seperti pengurangan voltan diperolehi (Rajah 5).

Untuk merealisasikan PWM, mikrokomputer yang dilengkapi dengan perkakasan khusus kini tersedia. Untuk melaksanakan kawalan gelombang sinus, adalah perlu untuk mengawal voltan 3 fasa, jadi perisian sedikit lebih kompleks daripada kawalan 120 darjah yang bertenaga di mana hanya 2 fasa yang bertenaga. Inverter adalah litar yang diperlukan untuk memandu motor BLDC. Inverters juga digunakan dalam motor AC, tetapi dapat diandaikan bahawa hampir semua motor bldc digunakan dalam apa yang dipanggil 'inverter-type ' peralatan rumah.

Rajah 5: Hubungan antara output PWM dan voltan output

Tukar masa pada masa tertentu untuk menukar nilai RMS voltan.

Semakin lama pada waktu, semakin dekat nilai RMS adalah pada voltan apabila voltan 100% digunakan (tepat pada masanya).

BLDC Motors menggunakan sensor kedudukan di atas adalah gambaran keseluruhan kawalan motor BLDC, yang mengubah arah fluks magnet yang disintesis yang dihasilkan oleh gegelung, menyebabkan magnet kekal pemutar berubah dengan sewajarnya.

Malah, terdapat satu lagi perkara yang tidak disebutkan dalam keterangan di atas. Iaitu, kehadiran sensor dalam motor BLDC. BLDC Motors dikawal bersama dengan kedudukan (sudut) pemutar (magnet kekal). Oleh itu, sensor untuk memperoleh kedudukan pemutar diperlukan. Sekiranya tidak ada sensor untuk mengetahui arah magnet kekal, pemutar boleh beralih ke arah yang tidak dijangka. Ini tidak berlaku apabila terdapat sensor untuk memberikan maklumat.

Jadual 1 menunjukkan jenis utama sensor untuk pengesanan kedudukan dalam motor BLDC. Bergantung pada kaedah kawalan, sensor yang berbeza diperlukan. Untuk kawalan tenaga 120 darjah, sensor kesan dewan yang boleh memasukkan isyarat setiap 60 darjah dilengkapi untuk menentukan fasa mana yang akan dipertingkatkan. Sebaliknya, untuk 'kawalan vektor ' (diterangkan dalam bahagian seterusnya), yang tepat mengawal fluks magnet yang disintesis, sensor ketepatan tinggi seperti sensor sudut atau encoder fotoelektrik lebih berkesan.

Penggunaan sensor ini memungkinkan untuk mengesan kedudukan, tetapi terdapat beberapa kelemahan. Sensor kurang tahan terhadap habuk dan penyelenggaraan adalah penting. Julat suhu yang boleh digunakan juga dikurangkan. Penggunaan sensor atau penambahan pendawaian untuk tujuan ini menyebabkan kos meningkat, dan sensor ketepatan tinggi sememangnya mahal. Ini membawa kepada pengenalan kaedah 'sensorless '. Ia tidak menggunakan sensor untuk pengesanan kedudukan, dengan itu mengawal kos dan menghapuskan keperluan penyelenggaraan yang berkaitan dengan sensor. Walau bagaimanapun, untuk tujuan menggambarkan prinsip, diandaikan bahawa maklumat telah diperolehi daripada sensor kedudukan.

Jenis Sensor	Aplikasi utama	Ciri -ciri
Sensor Kesan Hall	Kawalan bertenaga 120 darjah	Memperoleh isyarat setiap 60 darjah. Harga yang lebih rendah. Tidak tahan panas.
Pengekod optik	Kawalan gelombang sinus, kawalan vektor	Terdapat dua jenis: jenis tambahan (jarak yang dilalui dari kedudukan asal diketahui) dan jenis mutlak (sudut kedudukan semasa diketahui). Resolusi ini tinggi, tetapi rintangan habuk lemah.
Sensor sudut	Kawalan gelombang sinus, kawalan vektor	Resolusi tinggi. Boleh digunakan walaupun dalam persekitaran yang lasak dan keras.

Jadual 1: Jenis dan ciri -ciri sensor khusus untuk pengesanan kedudukan

Kecekapan tinggi dikekalkan pada setiap masa dengan kawalan vektor

Kawalan gelombang sinus dengan lancar mengubah arah fluks magnet yang disintesis dengan memberi tenaga 3 fasa, jadi pemutar akan berputar dengan lancar. Kawalan Kawalan Pengukuran 120 darjah 2 fasa U-fasa, V-fasa, dan W untuk memutar motor, sedangkan kawalan sinusoidal memerlukan kawalan yang tepat dari arus dalam 3 fasa. Selain itu, nilai kawalan adalah nilai AC yang berubah sepanjang masa, menjadikannya lebih sukar untuk dikawal.

Di sinilah kawalan vektor masuk. Kawalan vektor memudahkan kawalan dengan mengira nilai AC dari tiga fasa sebagai nilai DC dari dua fasa melalui transformasi koordinat. Walau bagaimanapun, pengiraan kawalan vektor memerlukan maklumat kedudukan pemutar pada resolusi tinggi. Terdapat dua kaedah untuk pengesanan kedudukan, iaitu kaedah menggunakan sensor kedudukan seperti encoder fotoelektrik atau sensor sudut, dan kaedah sensor yang mengekstrapolasi nilai semasa setiap fasa. Transformasi koordinat ini membolehkan kawalan langsung nilai semasa yang berkaitan dengan tork (daya putaran), dengan itu menyedari kawalan yang cekap tanpa arus berlebihan.

Walau bagaimanapun, kawalan vektor memerlukan transformasi menyelaras menggunakan fungsi trigonometri atau pemprosesan pengiraan kompleks. Oleh itu, dalam kebanyakan kes, mikrokomputer dengan kuasa pengiraan yang tinggi digunakan sebagai mikrokomputer kawalan, seperti mikrokomputer yang dilengkapi dengan FPU (unit titik terapung).

Motor DC yang berus (BLDC: BrushlessDirectCurrentMotor), juga dikenali sebagai motor yang beralih elektronik (ECM atau Motor EC) atau motor DC segerak, adalah sejenis motor segerak yang menggunakan bekalan kuasa semasa (DC).

Motor DC tanpa berus (BLDC: motor semasa langsung berus) pada dasarnya adalah motor segerak magnet kekal dengan maklum balas kedudukan yang menggunakan input kuasa DC dan penyongsang untuk menukarnya kepada bekalan kuasa AC tiga fasa. A Motor Brushless (BLDC: Motor DirectCurrent Brushless) adalah jenis yang dipanggil sendiri (penukaran arah diri) dan oleh itu lebih kompleks untuk dikawal.

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

Kawalan Motor BLDC (BrushlessDirectCurrentMotor) memerlukan pengetahuan tentang kedudukan dan mekanisme pemutar yang mana motor diperbetulkan dan dikendalikan. Untuk kawalan kelajuan gelung tertutup, terdapat dua keperluan tambahan, pengukuran kelajuan rotor/ atau arus motor dan isyarat PWM untuk mengawal kuasa kelajuan motor.

BLDC Motors (BrushlessDirectCurrentMotor) boleh menggunakan isyarat PWM yang sejajar atau selaras di tengah-tengah bergantung kepada keperluan permohonan. Kebanyakan aplikasi yang memerlukan hanya operasi perubahan kelajuan akan menggunakan enam isyarat PWM yang sejajar secara berasingan. Ini memberikan resolusi tertinggi. Jika aplikasi memerlukan kedudukan pelayan, brek tenaga, atau pembalikan kuasa, isyarat PWM yang selaras pusat tambahan disyorkan.

Untuk merasakan kedudukan pemutar, motor BLDC (BrushlessDirectCurrentMotor) menggunakan sensor kesan dewan untuk memberikan penderiaan kedudukan mutlak. Ini mengakibatkan penggunaan lebih banyak wayar dan kos yang lebih tinggi. Kawalan BLDC tanpa sensor menghilangkan keperluan untuk sensor dewan dan sebaliknya menggunakan daya elektromotif kaunter motor (daya elektromotif) untuk meramalkan kedudukan pemutar. Kawalan tanpa sensor adalah penting untuk aplikasi kelajuan pembolehubah kos rendah seperti peminat dan pam. Kawalan tanpa sensor juga diperlukan untuk peti sejuk dan pemampat penghawa dingin apabila motor BLDC (motor semasa berus tanpa berus) digunakan.

Terdapat semua jenis motor, dan motor BLDC adalah motor kelajuan paling ideal yang tersedia hari ini. Ia menggabungkan kelebihan motor DC dan motor AC, dengan prestasi pelarasan yang baik dari motor DC dan kelebihan motor AC seperti struktur mudah, tiada percikan komutasi, operasi yang boleh dipercayai dan penyelenggaraan yang mudah. Oleh itu, ia sangat popular di pasaran dan digunakan secara meluas dalam kereta, peralatan rumah, peralatan perindustrian dan bidang lain.

Motor DC yang berus mengatasi kecacatan yang melekat pada motor berus DC dan menggantikan komutator mekanikal dengan komutator elektronik, jadi motor DC tanpa berus mempunyai ciri -ciri motor DC dengan prestasi peraturan kelajuan yang baik, dan juga mempunyai kelebihan motor AC dengan struktur yang mudah, tiada percikan komutasi, operasi yang boleh dipercayai dan penyelenggaraan yang mudah.

Motor DC Brushless (BrushlessDirectCurrentMotor) adalah motor kawalan kelajuan yang paling ideal hari ini. Ia menggabungkan kelebihan motor DC dan motor AC, dengan prestasi pelarasan yang baik dari motor DC dan kelebihan motor AC, seperti struktur mudah, tiada percikan api, operasi yang boleh dipercayai dan penyelenggaraan yang mudah.

Sejarah Pembangunan Motor semasa (BrushlessDirectCurrentMotor)

Motor DC tanpa berus dibangunkan berdasarkan motor berus, dan struktur mereka lebih kompleks daripada motor berus. Motor DC tanpa berus terdiri daripada badan motor dan pemandu. Berbeza dengan motor DC yang disikat, motor DC tanpa berus (BrushlessDirectCurrentMotor) tidak menggunakan peranti berus mekanikal, tetapi mengadopsi motor segar magnet kawalan sendiri, dan menggantikan commutator berus karbon dengan sensor dewan, dan menggunakan bahan magnet neodymium-boron sebagai bahan magnet tetap rotor. (Harus diingat bahawa pada masa kelahiran motor elektrik pada abad yang lalu, motor praktikal yang timbul adalah bentuk tanpa berus.)

1740 -an: permulaan ciptaan motor elektrik

Model awal motor elektrik pertama kali muncul pada tahun 1740 -an melalui karya saintis Scotland Andrew Gordon. Para saintis lain, seperti Michael Faraday dan Joseph Henry, terus membangunkan motor awal, bereksperimen dengan medan elektromagnet dan menemui cara menukar tenaga elektrik menjadi tenaga mekanikal.

1832: Penciptaan Motor DC Commutator Pertama

Motor DC pertama yang dapat memberikan kuasa yang cukup untuk memacu jentera dicipta oleh ahli fizik British William Sturgeon pada tahun 1832, tetapi permohonannya sangat terhad kerana output kuasa yang rendah, yang masih secara teknikal cacat.

1834: Motor elektrik sebenar pertama dibina

Berikutan jejak langkah Sturgeon, Thomas Davenport dari Vermont, Amerika Syarikat, membuat sejarah dengan mencipta motor elektrik berkuasa bateri rasmi pertama pada tahun 1834.

Homas dan motor yang dipatenkan oleh Emily Davenport

1886: Penciptaan motor dc praktikal    

Pada tahun 1886, motor DC praktikal pertama yang boleh berjalan pada kelajuan berterusan dengan berat berubah diperkenalkan. Frankjulian Sprague adalah penciptanya.

Frank Julian Sprague's 'Utility ' Motor

Perlu diingat bahawa motor utiliti adalah bentuk tanpa sangkar motor asynchronous tupai-sangkar AC, yang bukan sahaja menghapuskan percikan dan kehilangan voltan di terminal berliku, tetapi juga membolehkan kuasa disampaikan pada kelajuan yang tetap. Walau bagaimanapun, motor tak segerak mempunyai banyak kecacatan yang tidak dapat diatasi, supaya perkembangan teknologi motor adalah perlahan.

1887: Motor induksi AC dipatenkan

Pada tahun 1887, Nikola Tesla mencipta motor induksi AC (AcinductionMotor), yang berjaya dipatenkan setahun kemudian. Ia tidak sesuai untuk digunakan di kenderaan jalan raya, tetapi kemudiannya disesuaikan oleh Westinghouse Engineers. Pada tahun 1892, motor induksi praktikal pertama direka, diikuti oleh pemutar bar yang berputar, menjadikan motor sesuai untuk aplikasi automotif.

1891: Pembangunan motor tiga fasa

Pada tahun 1891, General Electric memulakan pembangunan motor induksi tiga fasa (tigafasemotor). Untuk menggunakan reka bentuk pemutar luka, GE dan Westinghouse menandatangani perjanjian pelesenan silang pada tahun 1896.

1955: Permulaan era motor berus DC

Pada tahun 1955, Amerika Syarikat d. Harrison dan lain -lain memohon untuk pertama kalinya dengan garis komutasi transistor dan bukannya berus Paten berus mekanikal DC, secara rasmi menandakan kelahiran motor DC berus moden (BrushlessDirectCurrentMotor). Walau bagaimanapun, pada masa itu tiada peranti pengesanan kedudukan pemutar motor, motor tidak mempunyai keupayaan untuk memulakan.

1962: Motor DC (BLDC) yang pertama dicipta berkat kemajuan dalam teknologi pepejal pada awal 1960-an. Pada tahun 1962, Tgwilson dan Phtrickey mencipta motor Bldc pertama, yang mereka panggil 'Dc Motor Dc Commutated Solid '. Elemen utama dari Motor tanpa berus adalah bahawa ia tidak memerlukan komutator fizikal, menjadikannya pilihan yang paling popular untuk pemacu cakera komputer, robot, dan kapal terbang.

Mereka menggunakan unsur -unsur dewan untuk mengesan kedudukan pemutar dan mengawal perubahan fasa arus penggulungan untuk membuat motor DC yang berus praktikal, tetapi dibatasi oleh kapasiti transistor dan kuasa motor yang agak rendah.

1970 -an hingga sekarang: Perkembangan pesat aplikasi motor DC tanpa berus

Sejak tahun 1970-an, dengan kemunculan peranti semikonduktor kuasa baru (seperti GTR, MOSFET, IGBT, IPM), perkembangan pesat teknologi kawalan komputer (mikrokontroler, DSP, Teori Kawalan baru) telah berkembang pesat. BrushlessDirectCurrentMotor) telah dibangunkan dengan pesat, dan kapasiti semakin meningkat. Pembangunan perindustrian yang didorong oleh teknologi, dengan pengenalan MAC Classic Brushless DC Motor dan pemandunya pada tahun 1978, serta penyelidikan dan pembangunan gelombang persegi Motor DC tanpa motor dan motor DC tanpa sine pada tahun 80-an, motor tanpa berus benar-benar mula memasuki peringkat praktikal, dan mendapatkan perkembangan pesat.

Struktur dan prinsip keseluruhan motor DC berus Brushless

Motor DC Brushless (BrushlessDirectCurrentMotor) terdiri daripada motor dan pemandu segerak, yang merupakan produk mekatronik biasa. Penggulungan motor segerak kebanyakannya dibuat menjadi sambungan bintang simetri tiga fasa, yang sangat mirip dengan motor asynchronous tiga fasa.

Struktur sistem kawalan BLDCM termasuk tiga bahagian utama: badan motor, litar memandu dan litar kawalan. Dalam proses kerja, voltan motor, maklumat kedudukan semasa dan pemutar dikumpulkan dan diproses oleh litar kawalan untuk menghasilkan isyarat kawalan yang sepadan, dan litar pemacu memacu badan motor selepas menerima isyarat kawalan.

Motor DC tanpa berus (BrushlessDirectCurrentMotor) terutamanya terdiri daripada stator dengan gegelung gegelung, pemutar yang diperbuat daripada bahan magnet kekal dan sensor kedudukan. Sensor kedudukan, seperti yang diperlukan, juga boleh dibiarkan tidak dikonfigurasi.

Stator

Struktur stator motor BLDC adalah serupa dengan motor induksi. Ia terdiri daripada laminasi keluli yang disusun dengan alur paksi untuk penggulungan. Lengkung di BLDC sedikit berbeza daripada yang terdapat dalam motor induksi konvensional.

Stator Motor BLDC

Biasanya, kebanyakan motor BLDC terdiri daripada tiga gelombang stator yang disambungkan dalam bintang atau bentuk 'y ' (tiada neutral). Di samping itu, berdasarkan interkoneksi gegelung, penggulungan stator dibahagikan kepada motor trapezoid dan sinusoidal.

BLDC Motor Reverse Electromotif Force

Dalam motor trapezoid, kedua -dua arus pemacu dan daya elektromotif kaunter mempunyai bentuk trapezoid (sinusoidal dalam kes motor sinusoidal). Biasanya, motor dinilai pada 48 V (atau kurang) digunakan dalam automotif dan robotik (kereta hibrid dan lengan robot).

Pemutar

Bahagian pemutar motor BLDC terdiri daripada magnet kekal (biasanya magnet aloi-bumi yang jarang berlaku seperti neodymium (ND), samarium kobalt (SMCO) dan neodymium besi boron (NDFEB).

Bergantung pada permohonan, bilangan tiang boleh berubah antara dua dan lapan, dengan tiang utara (n) dan tiang selatan diletakkan secara bergantian. Rajah di bawah menunjukkan tiga pengaturan tiang magnet yang berbeza.

(a) Magnet diletakkan di pinggir pemutar.

(b) Rotor yang dipanggil pemutar elektromagnetik tertanam di mana magnet kekal segi empat tepat tertanam di teras pemutar.

(c) Magnet dimasukkan ke dalam teras pemutar. 

Sensor kedudukan pemutar motor Bldc (sensor dewan)

Oleh kerana tiada berus dalam motor BLDC, komutasi dikawal secara elektronik. Untuk memutar motor, penggulungan stator mesti bertenaga secara berurutan dan kedudukan pemutar (iaitu, tiang utara dan selatan pemutar) mesti diketahui untuk memberi tenaga secara tepat set gulungan stator tertentu.

Sensor kedudukan yang menggunakan sensor dewan (beroperasi pada prinsip kesan Dewan) biasanya digunakan untuk mengesan kedudukan pemutar dan mengubahnya menjadi isyarat elektrik. Kebanyakan motor BLDC menggunakan tiga sensor dewan yang tertanam dalam stator untuk mengesan kedudukan pemutar.

Sensor Hall adalah sejenis sensor berdasarkan kesan Hall, yang pertama kali ditemui pada tahun 1879 oleh Dewan Fizik Amerika dalam bahan -bahan logam, tetapi tidak digunakan kerana kesan dewan dalam bahan logam terlalu lemah. Dengan perkembangan teknologi semikonduktor, mula menggunakan bahan semikonduktor untuk menghasilkan komponen dewan, disebabkan oleh kesan dewan adalah penting dan telah digunakan dan dibangunkan. Sensor dewan adalah sensor yang menghasilkan nadi voltan output apabila medan magnet bergantian berlalu. Amplitud nadi ditentukan oleh kekuatan medan medan magnet pengujaan. Oleh itu, sensor dewan tidak memerlukan bekalan kuasa luaran.

Output sensor dewan akan tinggi atau rendah bergantung kepada sama ada kutub utara pemutar adalah Kutub Selatan atau berhampiran Kutub Utara. Dengan menggabungkan hasil tiga sensor, urutan tenaga yang tepat dapat ditentukan.

Tidak seperti motor DC yang disikat, di mana stator dan pemutar sepenuhnya diterbalik 120 ° sudut elektrik antara fasa, masing -masing. Struktur ini berbeza dari motor DC yang semata -mata disikat, dan sama dengan struktur penggulungan stator motor AC, tetapi kuasa AC gelombang persegi dibekalkan ke motor oleh litar pemacu apabila ia beroperasi.

BLDCM memilih jambatan penuh, tiga fasa, bintang-bintang, enam negara, dua mod pengaliran, di mana dua MOSFET bertenaga dalam litar pemacu pada masa yang sama, dan dengan itu, penggeleknya dua fasa pemetaan dalam badan motor adalah bertenaga dalam siri. Setiap fasa elektronik berubah sekali, potensi magnet dinamik FA bertukar 60 ° Angkasa sudut elektrik, adalah potensi dinamik magnetik langkah, selang sudut elektrik 60 °, FA membuat lompatan. Walaupun pemutar berputar secara berterusan, tetapi mod putaran momentum magnet magnetik adalah jenis loncatan, yang berbeza dari momentum magnet yang berputar -putar. GET ialah tork elektromagnet maksimum purata T, putaran rotor magnet kekal yang kuat.

Prinsip kerja Motor DC tanpa berus adalah serupa dengan motor berus DC. Undang-undang Angkatan Lorentz menyatakan bahawa selagi konduktor yang dibawa semasa diletakkan dalam medan magnet, ia akan tertakluk kepada daya. Oleh kerana daya tindak balas, magnet akan tertakluk kepada daya yang sama dan bertentangan. Apabila arus dilalui melalui gegelung, medan magnet dihasilkan, yang didorong oleh tiang magnet stator, dengan homopolariti menangkis satu sama lain dan tiang anisotropik yang menarik satu sama lain. Jika arah arus dalam gegelung terus berubah, maka tiang medan magnet yang disebabkan oleh pemutar juga akan berubah secara berterusan, dan kemudian pemutar akan berputar sepanjang masa di bawah tindakan medan magnet.

Dalam motor BLDC, magnet kekal (rotor) bergerak, manakala konduktor yang dibawa semasa (stator) ditetapkan.

Rajah Operasi Motor BLDC

Apabila gegelung stator menerima kuasa dari bekalan kuasa, ia menjadi elektromagnet dan mula menghasilkan medan magnet seragam dalam jurang udara. Suis menghasilkan bentuk gelombang voltan AC dengan bentuk trapezoid walaupun pada hakikatnya bekalan kuasa adalah DC. Rotor terus berputar kerana daya interaksi antara stator elektromagnet dan pemutar magnet kekal.

Dengan menukar lilitan ke isyarat yang tinggi dan rendah, belitan yang sepadan teruja sebagai tiang utara dan selatan. Rotor magnet kekal dengan tiang selatan dan utara sejajar dengan tiang stator, yang menyebabkan motor berputar.

Rajah Operasi Motor BLDC untuk motor BLDC satu tiang dan dua tiang

Motor DC tanpa berus datang dalam tiga konfigurasi: fasa tunggal, dua fasa, dan tiga fasa. Antaranya, tiga fasa BLDC adalah yang paling biasa.

(3) kaedah memandu motor DC tanpa berus

Kaedah memandu Motor DC tanpa berus boleh dibahagikan kepada pelbagai kaedah memandu mengikut kategori yang berbeza:

Menurut bentuk gelombang pemacu: pemacu gelombang persegi, kaedah pemacu ini mudah untuk direalisasikan, mudah merealisasikan motor tanpa kawalan sensor kedudukan.

Pemacu Sinusoidal: Kaedah pemacu ini dapat meningkatkan kesan berjalan motor dan membuat seragam tork output, tetapi proses realisasi agak rumit. Pada masa yang sama, kaedah ini mempunyai SPWM dan SVPWM (ruang vektor PWM) dua cara, SVPWM lebih baik daripada SPW.

(4) Kelebihan dan Kekurangan Motor DC Berus

Kelebihan:

▷   Kekuatan output yang tinggi

▷ saiz dan berat kecil 

▷ Pelepasan haba yang baik dan kecekapan tinggi 

▷ Pelbagai kelajuan operasi dan bunyi elektrik yang rendah. 

▷ Kebolehpercayaan yang tinggi dan keperluan penyelenggaraan yang rendah. 

▷ tindak balas dinamik yang tinggi 

▷ Gangguan elektromagnetik yang rendah

Tidak mencukupi:

▶ Pengawal elektronik yang diperlukan untuk mengawal motor ini mahal 

▶ litar pemacu kompleks diperlukan 

▶ Sensor kedudukan tambahan diperlukan (FOC tidak digunakan)

5) Permohonan Motor DC Tanpa Berus

Motor DC Brushless digunakan secara meluas dalam pelbagai keperluan aplikasi, seperti kawalan industri (motor DC tanpa berus memainkan peranan penting dalam pengeluaran perindustrian seperti tekstil, metalurgi, percetakan, garisan pengeluaran automatik, alat mesin CNC, dll), automotif mesin, pemacu cakera keras, pemacu cakera liut, kamera filem, dan lain -lain, dalam gerakan mereka dan gerakan anak syarikat yang didorong kawalan, semuanya ada Motor DC tanpa berus .) Di samping itu, peralatan penjagaan kesihatan (penggunaan motor DC tanpa berus lebih biasa, boleh digunakan untuk memacu pam darah kecil di jantung buatan; aplikasi.

Perbezaan antara motor DC tanpa berus dan motor DC yang disikat

Kategori Projek	Motor DC Brushless	Berus DC Motor
Struktur	Magnet tetap sebagai pemutar, pemacu elektrik sebagai stator	Magnet tetap sebagai pemutar, pemacu elektrik sebagai stator
Pautan gegelung dan gegelung	Ciri -ciri motor yang disikat, kehidupan yang panjang, tiada gangguan, tiada penyelenggaraan, bunyi yang rendah, harga yang tinggi.	Pelesapan haba
Baik	Miskin	Komutasi
Commutator Switching Elektronik dengan Litar Elektronik	Hubungan mekanikal antara berus dan penerus	Sensor kedudukan pemutar
Elemen dewan, encoder optik, dll. Atau penjana counterpotential	Menyebarkan diri oleh berus	Menyebarkan diri oleh berus
Pembalikan	Menukar urutan beralih gear stereng elektronik	Perubahan polariti voltan terminal
Perbandingan kelebihan dan kekurangan	Ciri -ciri mekanikal dan kawalan yang baik, kehidupan yang panjang, tiada gangguan, suara yang rendah, tetapi kos yang lebih tinggi.	Ciri -ciri dan kawalan mekanikal yang baik, bunyi yang tinggi, gangguan elektromagnetik

Perbandingan motor DC tanpa berus dan motor DC yang disikat

Pengilang Mainstream Global Bldc Motor (TOP10)

Pada masa ini, syarikat tertinggi dalam industri BLDC termasuk ABB, AMTEK, NIDEC, MINEBEA Group, Textronic, United Motion Technologies, Baldor Electronics, North American Electric Company, Schneider Electric, dan Regalbeloit Corporation.

Pengenalan kepada Motor DC Tanpa Berus

Motor DC tanpa berus (BLDC) adalah sejenis motor segerak di mana medan magnet yang dihasilkan oleh stator dan medan magnet yang dihasilkan oleh pemutar mempunyai kekerapan yang sama. Ia digunakan secara meluas kerana kelebihan kuasa output yang tinggi, bunyi elektrik yang rendah, kebolehpercayaan yang tinggi, tindak balas dinamik yang tinggi, gangguan elektromagnetik yang kurang, dan torik kelajuan yang lebih baik.

Struktur dalaman motor DC tanpa berus

Struktur a Motor tanpa berus DC ditunjukkan di bawah (slotted, pemutar luaran, motor tanpa sensor sebagai contoh):

Motor tanpa berus terdiri daripada penutup depan, penutup tengah, magnet, lembaran keluli silikon, wayar enamel, galas, aci berputar dan penutup belakang. Antaranya, magnet, galas dan aci berputar merupakan pemutar motor; Stator motor terdiri daripada lembaran keluli silikon dan wayar enamel. Perlindungan depan, penutup tengah dan penutup belakang terdiri daripada cangkang motor. Komponen penting diterangkan dalam jadual berikut:

	Komponen	Penerangan
Pemutar	Magnet	Komponen penting motor tanpa berus. Sebilangan besar parameter prestasi motor tanpa berus berkaitan dengannya;
	Paksi putaran	Bahagian yang ditekankan secara langsung dari pemutar;
	Galas	Adalah jaminan operasi motor yang lancar; Pada masa ini kebanyakan motors tanpa berus menggunakan galas bola alur yang mendalam;
Pemutar	Lembaran keluli silikon	Lembaran keluli silikon adalah bahagian penting dari motor tanpa berus, fungsi utama adalah untuk mengurangkan rintangan magnetik dan mengambil bahagian dalam operasi litar magnet;
	Wayar enamel	Sebagai konduktor bertenaga penggulungan gegelung; Melalui kekerapan dan bentuk gelombang semasa, medan magnet terbentuk di sekitar stator untuk memacu pemutar untuk berputar;

Keterangan pemutar

Pemutar a Motor DC Brushless (BLDC) diperbuat daripada magnet kekal dengan pelbagai pasang tiang yang diatur secara bergantian mengikut N- dan S-Cole (yang melibatkan parameter pasang pasang).

Bahagian silang magnet pemutar

Penerangan stator

Pemegun a Motor DC Brushless (BLDC) terdiri daripada lembaran keluli silikon (Rajah di bawah) dengan penggulungan stator yang diletakkan dalam slot yang dipotong di sepanjang paksi dalaman (bilangan parameter tiang teras (bilangan slot n) terlibat). Setiap penggulungan stator terdiri daripada beberapa gegelung yang disambungkan antara satu sama lain. Biasanya, belitan diedarkan dalam corak bintang tiga yang berkaitan.

Gegelung luka bintang yang disambungkan tiga, mengikut cara gegelung disambungkan, penggulungan stator boleh dibahagikan kepada lilitan trapezoid dan sinusoidal. Perbezaan antara kedua -duanya adalah terutamanya bentuk gelombang daya elektromotif kaunter yang dihasilkan. Seperti namanya: Penggulungan stator trapezoid menghasilkan daya elektromotif kaunter trapezoid, dan penggulungan sinusoidal menghasilkan daya elektromotif kaunter sinusoidal. Ini ditunjukkan dalam gambar di bawah:   

PS: Apabila motor dibekalkan tanpa beban, bentuk gelombang boleh diukur dengan osiloskop.

02 Klasifikasi Motor DC Berus

Penerangan Klasifikasi Motor DC Brushless

Motor DC Brushless (BLDC) mengikut taburan pemutar boleh dibahagikan kepada motor pemutar dalaman, motor pemutar luaran; Menurut fasa pemacu boleh dibahagikan kepada motor fasa tunggal, motor dua fasa, motor tiga fasa (penggunaan yang paling biasa); Mengikut sama ada sensor dibahagikan kepada motor deria dan motor bukan sensori, dan sebagainya; Terdapat banyak klasifikasi motor, alasan ruang, tidak boleh di sini untuk menggambarkan saudara -saudara yang berminat dengan pemahaman mereka sendiri.

Keterangan motor pemutar dalaman dan luaran

Motor tanpa berus boleh dibahagikan kepada motor pemutar luar dan motor rotor dalaman mengikut struktur baris pemutar dan stator (seperti yang ditunjukkan di bawah).

Motor	Deskriptif
Motor pemutar luar	Penggulungan gegelung bertenaga dalaman berfungsi sebagai stator, dan magnet kekal ditambah pula dengan perumahan sebagai pemutar; Secara umum: pemutar berada di luar dan stator berada di dalam;
Motor pemutar dalaman	Magnet kekal dalaman dikaitkan dengan aci sebagai pemutar, penggulungan gegelung bertenaga dan shell sebagai stator. Umum: pemutar di dalam, stator di luar;

Perbezaan antara motor pemutar dalaman dan luaran

Sebagai tambahan kepada penjujukan pemutar dan stator yang berbeza, terdapat juga perbezaan antara motor rotor dalaman dan luaran seperti berikut:

Ciri -ciri	Motor pemutar dalaman	Motor pemutar luar
Ketumpatan kuasa	Lebih tinggi	Lebih rendah
Kelajuan	Lebih tinggi	Lebih rendah
Kestabilan yang lebih rendah	Lebih rendah	Lebih tinggi
Kos	Relatif lebih tinggi	Lebih rendah
Pelesapan haba	Biasa -biasa saja	Lebih teruk lagi
Pasangan tiang	Kurang	Lebih

03 Parameter Motor Berus DC

Parameter motor tanpa berus

Parameter	Penerangan
Voltan dinilai	Untuk motor tanpa berus, mereka sesuai untuk pelbagai voltan operasi yang sangat luas, dan parameter ini adalah voltan operasi di bawah keadaan beban tertentu.
Nilai KV	Kepentingan Fizikal: Kelajuan seminit di bawah voltan kerja 1V, iaitu: kelajuan (tiada beban) = nilai kV * Voltan kerja untuk motor tanpa berus dengan spesifikasi saiz: 1. Bilangan giliran penggulungan adalah besar, nilai KV adalah rendah, arus output maksimum kecil, dan tork adalah besar; 2. Kurangnya giliran penggulungan, nilai KV yang tinggi, arus output maksimum, tork kecil;
Tork dan kelajuan	Tork (momen, tork): Tork memandu yang dihasilkan oleh pemutar dalam motor boleh digunakan untuk memacu beban mekanikal; Kelajuan: kelajuan motor seminit;
Arus maksimum	Arus maksimum yang dapat menahan dan berfungsi dengan selamat
Struktur palung	Bilangan tiang teras (bilangan slot n): bilangan slot lembaran keluli silikon stator; Bilangan tiang keluli magnet (nombor tiang p): bilangan keluli magnet pada pemutar;
Induktansi stator	Induktansi di kedua -dua hujung penggulungan motor berehat
Rintangan stator	Rintangan DC setiap fasa penggulungan motor pada 20 ℃
Rintangan DC setiap fasa penggulungan motor pada 20 ℃	Di bawah keadaan yang ditentukan, apabila penggulungan motor dibuka, nilai daya elektromotif yang disebabkan oleh linear yang dihasilkan dalam kelajuan penggulungan per unit lengan linear

Kawalan Motor BLDC

Algoritma Kawalan Motor BLDC

Motor tanpa berus adalah jenis komutasi diri (penukaran arah diri) dan oleh itu lebih kompleks untuk dikawal.

Kawalan motor BLDC memerlukan pengetahuan tentang kedudukan dan mekanisme pemutar yang mana motor mengalami stereng pembetulan. Untuk kawalan kelajuan gelung tertutup, terdapat dua keperluan tambahan, iaitu, pengukuran untuk kelajuan pemutar/ atau isyarat semasa dan isyarat PWM untuk mengawal kuasa kelajuan motor.

BLDC Motors boleh mempunyai isyarat PWM yang sejajar atau selaras di tengah-tengah bergantung kepada keperluan permohonan. Kebanyakan aplikasi hanya memerlukan operasi perubahan kelajuan dan akan menggunakan 6 isyarat PWM yang diselaraskan secara berasingan.

Ini memberikan resolusi tertinggi. Jika aplikasi memerlukan kedudukan pelayan, brek tenaga, atau pembalikan kuasa, isyarat PWM yang selaras pusat tambahan disyorkan. Untuk merasakan kedudukan pemutar, motor BLDC menggunakan sensor kesan dewan untuk memberikan penderiaan kedudukan mutlak. Ini mengakibatkan penggunaan lebih banyak wayar dan kos yang lebih tinggi. Kawalan BLDC tanpa sensor menghilangkan keperluan untuk sensor dewan dan sebaliknya menggunakan daya elektromotif kaunter motor (daya elektromotif) untuk meramalkan kedudukan pemutar. Kawalan tanpa sensor adalah penting untuk aplikasi kelajuan pembolehubah kos rendah seperti peminat dan pam. Kawalan tanpa sensor juga diperlukan untuk peti sejuk dan pemampat penghawa dingin apabila motor BLDC digunakan.

Penyisipan dan suplemen masa tanpa beban

Kebanyakan motor BLDC tidak memerlukan PWM pelengkap, penyisipan masa tanpa beban atau pampasan masa tanpa beban. Satu -satunya aplikasi BLDC yang mungkin memerlukan ciri -ciri ini adalah motor Servo BLDC Prestasi Tinggi, Sine Wave BLDC Motors, AC Berus, atau PC Synchronous Motors.

Algoritma kawalan

Banyak algoritma kawalan yang berbeza digunakan untuk menyediakan kawalan motor BLDC. Biasanya, transistor kuasa digunakan sebagai pengawal selia linear untuk mengawal voltan motor. Pendekatan ini tidak praktikal apabila memandu motor kuasa tinggi. Motor kuasa tinggi mesti dikawal PWM dan memerlukan mikrokontroler untuk menyediakan fungsi permulaan dan kawalan.

Algoritma kawalan mesti menyediakan tiga fungsi berikut:

Voltan PWM untuk mengawal kelajuan motor

Mekanisme untuk membetulkan dan mengembara motor

Kaedah untuk meramalkan kedudukan pemutar menggunakan daya elektromotif terbalik atau sensor dewan

Modulasi lebar nadi hanya digunakan untuk memohon voltan berubah -ubah ke lilitan motor. Voltan yang berkesan adalah berkadar dengan kitaran tugas PWM. Apabila komutasi penerus yang betul diperolehi, ciri-ciri kelajuan tork BLDC adalah sama dengan motor DC berikut. Voltan berubah boleh digunakan untuk mengawal kelajuan dan tork berubah motor.

Pemulihan transistor kuasa membolehkan penggulungan yang sesuai di stator untuk menghasilkan tork terbaik bergantung kepada kedudukan pemutar. Dalam motor BLDC, MCU mesti tahu kedudukan pemutar dan dapat membuat komutasi pada masa yang tepat.

Komutasi trapezoid motor Bldc

Salah satu kaedah paling mudah untuk DC Brushless Motors adalah menggunakan apa yang dipanggil komutasi trapezoid.

Rajah blok mudah pengawal tangga untuk motor BLDC dalam gambarajah skema ini

Dalam skema ini, arus dikawal oleh sepasang terminal motor pada satu masa, sementara terminal motor ketiga sentiasa diputuskan secara elektronik dari bekalan kuasa.    

Tiga peranti Hall yang tertanam dalam motor besar digunakan untuk memberikan isyarat digital yang mengukur kedudukan pemutar dalam sektor 60 darjah dan memberikan maklumat ini di pengawal motor. Oleh kerana aliran semasa adalah sama pada dua belitan pada satu masa dan sifar pada ketiga, kaedah ini menghasilkan vektor ruang semasa dengan hanya satu daripada enam arah yang sama. Apabila motor dikendalikan, arus di terminal motor bertukar secara elektrik (komutasi diperbetulkan) sekali setiap 60 darjah putaran, jadi vektor ruang semasa sentiasa berada pada peralihan fasa 90 darjah yang paling dekat

Kedudukan 30 darjah

Kawalan Trapezoid: Gelombang Gelombang dan Tork Pemandu di Rectifier

Oleh itu, gelombang semasa dalam setiap penggulungan adalah trapezoid, bermula pada sifar dan pergi ke arus positif kemudian sifar kemudian arus negatif. Ini menghasilkan vektor ruang semasa yang akan mendekati putaran seimbang kerana ia melangkah ke 6 arah yang berbeza apabila pemutar berputar.

Dalam aplikasi motor seperti penghawa dingin dan peti sejuk, penggunaan sensor dewan tidak tetap. Sensor berpotensi terbalik yang disebabkan oleh lilitan yang tidak berkaitan boleh digunakan untuk mencapai hasil yang sama.

Sistem pemacu trapezoid sedemikian sangat biasa kerana kesederhanaan litar kawalan mereka, tetapi mereka mengalami masalah riak tork semasa pembetulan.

Komutasi diperbaiki sinusoid untuk motor bldc

Pemulihan trapezoidal tidak mencukupi untuk menyediakan kawalan motor BLDC yang seimbang dan tepat. Ini terutamanya kerana tork yang dihasilkan dalam fasa tiga Motor tanpa berus (dengan daya electromotif kaunter gelombang sinusoidal) ditakrifkan oleh persamaan berikut:

Tork aci berputar = kt [irsin (o)+issin (O+120)+Itsin (O+240)]

Di mana: o adalah sudut elektrik kt aci berputar adalah pemalar tork dari motor IR, adalah dan ia untuk arus fasa jika arus fasa adalah sinusoidal: ir = i0sino; IS = i0sin (+120o); Ia = i0sin (+240o)

akan mendapat: tork aci berputar = 1.5i0 * kt (bebas bebas dari sudut aci berputar)

Penyembuh sinusoidal beralih pengawal motor berus berusaha untuk memandu tiga belitan motor dengan tiga arus yang lancar berubah secara sinusoid apabila motor berputar. Fasa yang berkaitan dengan arus ini dipilih supaya mereka akan menghasilkan vektor ruang lancar arus pemutar dalam arah ortogonal kepada pemutar dengan invarians. Ini menghilangkan riak tork dan denyutan stereng yang dikaitkan dengan stereng utara.

Untuk menghasilkan modulasi sinusoidal yang lancar arus motor sebagai motor berputar, pengukuran yang tepat bagi kedudukan pemutar diperlukan. Peranti Hall hanya menyediakan pengiraan kasar kedudukan pemutar, yang tidak mencukupi untuk tujuan ini. Atas sebab ini, maklum balas sudut dari pengekod atau peranti serupa diperlukan.

Rajah blok mudah dari pengawal gelombang sinus motor bldc

Oleh kerana arus penggulungan mesti digabungkan untuk menghasilkan vektor ruang semasa pemutar yang lancar dan kerana setiap penggulungan stator diletakkan pada sudut 120 darjah selain, arus di setiap bank wayar mestilah sinusoidal dan mempunyai pergeseran fasa 120 darjah. Maklumat kedudukan dari encoder digunakan untuk mensintesis dua gelombang sinus dengan pergeseran fasa 120 darjah antara kedua -duanya. Isyarat -isyarat ini kemudiannya didarabkan oleh perintah tork supaya amplitud gelombang sinus adalah berkadar dengan tork yang diperlukan. Akibatnya, kedua -dua perintah arus sinusoidal betul -betul berperingkat, dengan itu menghasilkan vektor ruang semasa pemutar yang berputar di arah ortogonal.

Isyarat perintah semasa sinusoidal mengeluarkan sepasang pengawal PI yang memodulasi arus dalam dua belitan motor yang sesuai. Arus dalam penggulungan pemutar ketiga adalah jumlah negatif arus penggulungan terkawal dan oleh itu tidak boleh dikawal secara berasingan. Output setiap pengawal PI dihantar ke modulator PWM dan kemudian ke jambatan output dan dua terminal motor. Voltan yang digunakan untuk terminal motor ketiga diperolehi daripada jumlah negatif isyarat yang digunakan untuk dua belitan pertama, yang digunakan dengan tepat untuk tiga voltan sinusoidal jarak 120 darjah, masing -masing.

Akibatnya, bentuk gelombang semasa output sebenar menjejaki isyarat perintah arus sinusoidal, dan vektor ruang semasa yang dihasilkan berputar dengan lancar menjadi stabil dan berorientasikan kuantitatif dalam arah yang dikehendaki.

Hasil stereng penyearah sinusoidal kawalan stabil tidak dapat dicapai oleh stereng penerus trapezoid secara umum. Walau bagaimanapun, disebabkan kecekapan yang tinggi pada kelajuan motor yang rendah, ia akan memisahkan pada kelajuan motor yang tinggi. Ini disebabkan oleh fakta bahawa apabila kelajuan meningkat, pengawal pulangan semasa mesti menjejaki isyarat sinusoidal untuk meningkatkan kekerapan. Pada masa yang sama, mereka mesti mengatasi daya elektromotif kaunter motor yang meningkatkan amplitud dan kekerapan apabila kelajuan meningkat.

Oleh kerana pengawal PI mempunyai tindak balas keuntungan dan kekerapan yang terhingga, gangguan masa-invarian ke gelung kawalan semasa akan menyebabkan fasa lag dan mendapat kesilapan dalam arus motor yang meningkat dengan kelajuan yang lebih tinggi. Ini akan mengganggu arah vektor ruang semasa berkenaan dengan pemutar, sehingga menyebabkan anjakan dari arah kuadratur.

Apabila ini berlaku, tork kurang dapat dihasilkan oleh sejumlah arus tertentu, jadi lebih banyak arus diperlukan untuk mengekalkan tork. Kecekapan berkurangan.

Penurunan ini akan berterusan apabila peningkatan kelajuan. Pada satu ketika, anjakan fasa arus melebihi 90 darjah. Apabila ini berlaku, tork dikurangkan menjadi sifar. Melalui gabungan sinusoidal, kelajuan pada titik ini di atas menghasilkan tork negatif dan oleh itu tidak dapat direalisasikan.

Algoritma Kawalan Motor AC

Kawalan skalar

Kawalan skalar (atau kawalan V/Hz) adalah kaedah mudah untuk mengawal kelajuan motor arahan

Model keadaan mantap motor perintah digunakan terutamanya untuk mendapatkan teknologi, jadi prestasi sementara tidak mungkin. Sistem ini tidak mempunyai gelung semasa. Untuk mengawal motor, bekalan kuasa tiga fasa hanya berbeza dalam amplitud dan kekerapan.

Kawalan vektor atau kawalan orientasi medan magnet

Tork dalam motor berbeza -beza sebagai fungsi medan stator dan magnet pemutar dan puncak apabila kedua -dua medan itu ortogonal antara satu sama lain. Dalam kawalan berasaskan skalar, sudut antara kedua -dua medan magnet berbeza dengan ketara.

Kawalan vektor berjaya membuat orthogonality sekali lagi dalam motor AC. Untuk mengawal tork, masing -masing menghasilkan arus dari fluks magnet yang dihasilkan untuk mencapai respons respons mesin DC. Kawalan vektor motor yang diperintahkan AC adalah serupa dengan kawalan motor DC yang teruja secara berasingan.

Dalam motor DC, tenaga medan magnet φf yang dihasilkan oleh arus pengujaan jika ortogonal ke fluks angker φA yang dihasilkan oleh arus angker IA. Medan magnet ini dipadamkan dan stabil berkenaan dengan satu sama lain. Akibatnya, apabila arus angker dikawal untuk mengawal tork, tenaga medan magnet tetap tidak terjejas dan tindak balas sementara yang lebih cepat direalisasikan.

Kawalan berorientasikan medan (FOC) motor AC tiga fasa terdiri daripada meniru operasi motor DC. Semua pembolehubah terkawal secara matematik berubah menjadi DC dan bukannya AC. tork kawalan bebas sasaran dan fluks.

Terdapat dua kaedah kawalan orientasi medan (FOC): FOC langsung: Arah medan magnet rotor (rotorfluxangle) dikira secara langsung oleh FOC tidak langsung pemerhati fluks: arah medan magnet rotor (rotorfluxangle) diperoleh secara tidak langsung dengan anggaran atau pengukuran kelajuan rotor dan slip (slip).

Kawalan vektor memerlukan pengetahuan tentang kedudukan fluks rotor dan boleh dikira oleh algoritma canggih menggunakan pengetahuan arus dan voltan terminal (menggunakan model dinamik motor induksi AC). Dari sudut pandang pelaksanaan, bagaimanapun, keperluan untuk sumber pengiraan adalah kritikal.

Pendekatan yang berbeza boleh digunakan untuk melaksanakan algoritma kawalan vektor. Teknik feedforward, anggaran model dan teknik kawalan penyesuaian semuanya boleh digunakan untuk meningkatkan tindak balas dan kestabilan.

Kawalan vektor motor AC: pemahaman yang lebih mendalam

Di tengah -tengah algoritma kawalan vektor adalah dua penukaran penting: penukaran Clark, penukaran taman dan songsang mereka. Penggunaan peralihan Clark dan taman membolehkan kawalan arus pemutar ke rantau pemutar. Ini membolehkan sistem kawalan rotor untuk menentukan voltan yang perlu dibekalkan kepada pemutar untuk memaksimumkan tork di bawah beban yang berbeza -beza secara dinamik.

Penukaran Clark: Penukaran Matematik Clark mengubah sistem tiga fasa ke dalam sistem dua koordinat:

Di mana ia dan ib adalah komponen datum ortogonal dan io adalah komponen homoplanar yang tidak penting

Arus pemutar tiga fasa berbanding sistem rujukan berputar

Penukaran taman: Penukaran matematik taman menukar sistem statik bi-arah ke dalam vektor sistem berputar.

Dua fasa α, perwakilan bingkai β dikira oleh penukaran Clarke dan kemudian dimasukkan ke dalam modul putaran vektor di mana ia berputar sudut θ untuk mematuhi bingkai D, Q yang dilekatkan pada tenaga pemutar. Menurut persamaan di atas, penukaran sudut θ direalisasikan.

Struktur asas kawalan vektor berorientasikan medan magnet motor AC

Transformasi Clarke menggunakan arus tiga fasa IA, IB serta IC, yang berada dalam fasa stator koordinat tetap berubah menjadi ISD dan ISQ, yang menjadi unsur-unsur dalam transformasi taman d, q. Transformasi Clarke didasarkan pada model fluks motor. Arus ISD, ISQ dan sudut fluks serta -merta θ, yang dikira dari model fluks motor, digunakan untuk mengira tork elektrik motor induksi AC.

Asas kawalan vektor motor AC

Nilai -nilai yang diperolehi ini dibandingkan antara satu sama lain dan nilai rujukan dan dikemas kini oleh pengawal PI.

Jadual 1: Perbandingan kawalan dalam talian motor dan kawalan vektor:

Parameter kawalan	Kawalan V/Hz	Kawalan Yari	Kawalan sagittal tanpa sensor
Pelarasan kelajuan	1%	0 001%	0 05%
Pelarasan tork	Miskin	+/- 2%	+/- 5%
Model Motor	Jangan	Permintaan	Model yang tepat diperlukan
Kuasa pemprosesan MCU	Rendah	Tinggi	Tinggi +dsp

Kelebihan yang melekat pada kawalan motor berasaskan vektor adalah bahawa ia adalah mungkin untuk menggunakan prinsip yang sama untuk memilih model matematik yang sesuai untuk mengawal secara berasingan pelbagai jenis motor AC, PM-AC atau BLDC.

Kawalan vektor motor bldc

BLDC Motor adalah pilihan utama untuk kawalan vektor berorientasikan medan. Motor tanpa berus dengan FOC dapat mencapai kecekapan yang lebih tinggi, sehingga 95%, dan juga sangat efisien untuk motor pada kelajuan tinggi.

Kawalan motor stepper

Kawalan motor stepper biasanya mengamalkan arus pemacu bidirectional, dan loncatan motornya direalisasikan dengan menukar penggulungan dalam urutan. Biasanya motor stepper jenis ini mempunyai 3 urutan pemacu:

1. 
   

   Pemacu langkah penuh fasa tunggal:

   
   

Dalam mod ini, penggulungan dikuasakan dalam susunan berikut, AB/CD/BA/DC (BA bermaksud bahawa penggulungan AB dikuasakan ke arah yang bertentangan). Urutan ini dipanggil mod penuh fasa tunggal, atau mod yang didorong oleh gelombang. Pada satu -satu masa, hanya ada satu caj tambahan.

2. Dual Fasa Langkah Penuh Langkah:

Dalam mod ini, kedua -dua fasa dikenakan bersama, jadi pemutar sentiasa antara kedua -dua tiang. Mod ini dipanggil Biphase Langkah penuh, mod ini adalah urutan pemacu normal motor bipolar, boleh mengeluarkan tork maksimum.

3. Mod separuh langkah:

Mod ini akan langkah fasa tunggal dan langkah dua fasa bersama kuasa: kuasa fasa tunggal, dan kemudian dua kali menambah kuasa, dan kemudian kuasa fasa tunggal ... oleh itu, motor berjalan dalam kenaikan setengah langkah. Mod ini dipanggil mod separuh langkah, dan sudut langkah berkesan motor per pengujaan dikurangkan sebanyak separuh, dan tork output juga lebih rendah.

Tiga mod di atas boleh digunakan untuk berputar ke arah yang bertentangan (lawan jam), tetapi tidak jika perintah itu dibalikkan.

Biasanya, motor stepper mempunyai pelbagai tiang untuk mengurangkan sudut langkah, tetapi bilangan belitan dan urutan pemacu adalah malar.

Algoritma Kawalan Motor Umum DC

Kawalan Kelajuan Motor Umum, terutamanya penggunaan dua litar motor: Kawalan Kawalan PWM PWM Fasa Fasa

Kawalan sudut fasa

Kawalan sudut fasa adalah kaedah yang paling mudah untuk mengawal kelajuan General Motors. Kelajuan dikawal dengan menukar sudut arka titik triac. Kawalan sudut fasa adalah penyelesaian yang sangat ekonomik, bagaimanapun, ia tidak begitu cekap dan terdedah kepada gangguan elektromagnet (EMI).

Kawalan sudut fasa motor General

Rajah yang ditunjukkan di atas menggambarkan mekanisme kawalan sudut fasa dan merupakan penggunaan khas kawalan kelajuan triac. Pergerakan fasa denyutan pintu triac menghasilkan voltan yang cekap, sehingga menghasilkan kelajuan motor yang berlainan, dan litar pengesanan sifar sifar digunakan untuk menubuhkan rujukan masa untuk menangguhkan denyutan pintu.

Kawalan PWM Chopper

Kawalan PWM adalah penyelesaian yang lebih maju untuk kawalan kelajuan motor umum. Dalam penyelesaian ini, kuasa mofset, atau IGBT, menghidupkan voltan garis AC yang diperbetulkan frekuensi tinggi untuk menghasilkan voltan yang berbeza-beza untuk motor.

Kawalan pencincang PWM untuk General Motors

Julat kekerapan beralih biasanya 10-20kHz untuk menghapuskan bunyi. Kaedah kawalan motor tujuan umum ini membolehkan kawalan semasa yang lebih baik dan prestasi EMI yang lebih baik, dan oleh itu, kecekapan yang lebih tinggi.