Princípy motorov bez kefy DC (BLDC) a správny spôsob ich použitia

Najzákladnejším motorom je 'DC Motor (Motor Brush) '. Umiestnením cievky do magnetického poľa a prechodom prúdiaceho prúdu cez ňu bude cievka odrazená magnetickými pólmi na jednej strane a priťahovaná druhou stranou súčasne a bude sa naďalej rotovať pod touto činnosťou. Počas rotácie je prúd tečúci cievkou obrátený, čo spôsobuje, že sa otáča nepretržite. Existuje časť motora nazývaného 'commutátor ', ktorý je poháňaný 'kefami ', ktoré sú umiestnené nad 'riadiacim zariadením ' a pohybujú sa nepretržite, keď sa otáča. Zmenou polohy kefiek je možné zmeniť smer prúdu. Kombutátor a kefy sú nevyhnutnými štruktúrami na rotáciu jednosmerného motora.

Obrázok 1: Schematický diagram prevádzky jednosmerného motora (kefovaný motor).

Kombutátor prepína tok prúdu v cievke a zvráti smer pólov tak, aby sa vždy otáčali doprava. Kefy dodávajú energiu komutátorovi, ktorý sa otáča hriadeľom.

Motory aktívne v mnohých oblastiach

Motory sme kategorizovali podľa typu napájania a princípu rotácie (obr. 2). Poďme sa stručne pozrieť na vlastnosti a použitie každého typu motora.

Obrázok 2: Hlavné typy motorov

DC Motors (Brushed Motors), ktoré sú jednoduché a ľahko ovládateľné, sa často používajú na aplikácie, ako je otváranie a zatváranie zásobníkov optických diskov v domácich spotrebičoch. Používajú sa tiež v automobiloch na aplikácie, ako je otváranie a zatváranie elektrických zrkadiel a riadenie smeru. Aj keď je lacný a dá sa použiť v mnohých oblastiach, má svoje nevýhody. Keďže komunitač prichádza do styku s štetcami, má krátku životnosť a kefy sa musia pravidelne alebo v záruke vymieňať.

Krokový motor sa otočí s počtom elektrických impulzov zaslaných. Množstvo pohybu závisí od počtu elektrických impulzov, ktoré mu boli zaslané, takže je vhodné na nastavenie polohy.

Často sa používa doma na „kŕmenie papiera faxových strojov a tlačiarní “, atď., Pretože kroky kŕmenia faxového stroja závisia od špecifikácií (gravírovanie, jemnosť), šliapací motor, ktorý sa otáča s počtom elektrických impulzov, sa veľmi ľahko používa. Je ľahké vyriešiť problém, že sa stroj dočasne zastaví, keď sa signál zastaví. Synchrónne motory, ktorých počet rotácií sa líši v závislosti od frekvencie napájania, sa používajú v aplikáciách, ako sú 'rotačné tabuľky pre mikrovlnné rúry.

Sada motorov má reduktor prevodového stupňa, aby sa získal počet rotácií vhodných na vykurovanie potravín. Indukčné motory sú tiež ovplyvnené frekvenciou zdroja energie, ale frekvencia a počet revolúcií sa nezhodujú. V minulosti sa tieto AC motory používali vo ventilátoroch alebo práčkách.

Ako vidíte, vo viacerých oblastiach je aktívnych širokej škály motorov. Aké sú charakteristiky BLDC Motors (Motory bez kefiek ), vďaka ktorým sú tak všestranné?

Ako sa otáča motor BLDC?

'Bl ' v BLDC Motors znamenajú 'Brushless ', čo znamená, že 'kefy ' v DC Motors (Brush Motors) už nie sú prítomné. Úlohou kefiek v jednosmerných motoroch (kefové motory) je napájať cievky v rotore cez komutátor. Ako teda motor BLDC bez kefiek napája cievky v rotore? Ukazuje sa, že motory BLDC používajú pre rotor trvalé magnety a v rotore nie je žiadna cievka. Pretože v rotore nie sú žiadne cievky, nie sú potrebné komutátory a kefy na energiu motora. Namiesto toho sa cievka používa ako stator (obrázok 3).

Magnetické pole vytvorené pevnými trvalými magnetmi v jednosmernom motore (kefový motor) sa nepohybuje a otáča sa ovládaním magnetického poľa vytvoreného cievkou (rotor) vo vnútri. Počet rotácií sa mení zmenou napätia. Rotor motora BLDC je trvalý magnet a rotor sa otáča zmenou smeru magnetického poľa vytvoreného cievkami okolo neho. Rotácia rotora je riadená reguláciou smeru a veľkosti prúdu prúdiaceho cez cievky.

Obrázok 3: Schematický diagram prevádzky motora BLDC.

   

Výhody motorov BLDC

Motory BLDC majú na statorovi tri cievky, z ktorých každé majú dva drôty, celkovo šesť vodičov olovených v motore. V skutočnosti sú zvyčajne potrebné iba tri vodiče, pretože sú interne zapojené, ale stále je o jeden viac ako predtým opísaný motor DC (kefovaný motor). Nebude sa pohybovať čisto pripojením kladných a záporných terminálov batérie. Ako spustiť a Motor BLDC bude vysvetlený v druhej splátke tejto série. Tentoraz sa zameriame na výhody motorov BLDC.

Prvou charakteristikou motora BLDC je „Vysoká účinnosť “. Je možné ovládať rotačnú silu (krútiaci moment), aby sa udržala maximálna hodnota za všetkých okolností, zatiaľ čo s jednosmernými motormi (kefové motory) sa maximálny krútiaci moment môže udržiavať iba počas jedného momentu počas rotácie a maximálnu hodnotu sa nedá udržať vždy. Ak chce jednosmerný motor (kefový motor) získať toľko krútiaceho momentu ako motor BLDC, môže zvýšiť iba svoj magnet. Preto aj malý motor BLDC dokáže vyrobiť veľa energie.

Druhou funkciou je 'dobrá ovládateľnosť ', ktorá súvisí s prvou. BLDC Motors môžu získať krútiaci moment, počet otáčok atď., Presne tak, ako chcete, a BLDC Motors dokážu presne zadávať cieľový počet otáčok, krútiaceho momentu atď. Presné ovládanie potláča tvorbu tepla a spotreba energie motora. V prípade pohonu batérie je možné predĺžiť čas pohonu opatrným ovládaním. Okrem toho sa vyznačuje trvanlivosťou a nízkym elektrickým hlukom. Vyššie uvedené dva body sú výhody, ktoré priniesol Brushless.

Na druhej strane sú jednosmerné motory (kefované motory) vystavené opotrebeniu v dôsledku kontaktu medzi kefami a komutátorom po dlhú dobu. Kontaktná časť tiež generuje iskry. Najmä vtedy, keď sa medzera komutátora dotkne kefy, dôjde k obrovskej iskre a hluku. Ak nechcete, aby sa počas používania vygeneroval hluk, zváži sa motor BLDC.

V týchto oblastiach sa používajú motory BLDC

Kde sa všeobecne používajú motory BLDC s vysokou účinnosťou, všestrannou manipuláciou a dlhou životnosťou? Často sa používajú vo výrobkoch, ktoré môžu využívať svoju vysokú účinnosť a dlhú životnosť a používajú sa nepretržite. Napríklad domáce spotrebiče. Ľudia používajú práčky a klimatizácie už dlho. Nedávno boli pre elektrické ventilátory prijaté motory BLDC a podarilo sa im dramaticky znížiť spotrebu energie.

Spotreba energie sa znížila kvôli vysokej účinnosti. Motory BLDC sa tiež používajú vo vysávačoch. V jednom prípade zmenou riadiaceho systému sa realizovalo veľké zvýšenie počtu revolúcií. Tento príklad ukazuje dobrú ovládateľnosť motorov BLDC.

Motory BLDC sa používajú aj v rotujúcej časti pevných diskov, ktoré sú dôležitými úložnými médiami. Pretože je to motor, ktorý musí bežať dlho, je dôležitá trvanlivosť. Má samozrejme aj účelom mimoriadne potláčania spotreby energie. Vysoká účinnosť tu súvisí aj s nízkou spotrebou elektriny.

Existuje oveľa viac použití pre BLDC motory

Očakáva sa, že BLDC Motors sa budú používať v širšom rozsahu polí a budú sa používať v širokej škále malých robotov, najmä „servisných robotov “, ktoré poskytujú služby v iných oblastiach ako výroba. 'Polohovanie je dôležité pre roboty, preto by sme nemali používať odrazové motory, ktoré bežia s počtom elektrických impulzov? ' Dalo by sa to myslieť. Pokiaľ však ide o kontrolu sily, motory BLDC sú vhodnejšie. Okrem toho, ak sa používajú krokové motory, musí sa štruktúra, ako je zápästie robota, dodávať veľké množstvo prúdu, aby sa v určitej polohe opravila. S BLDC Motors , v spojení s vonkajšou silou môže byť dodávaný iba požadovaný výkon, čím obmedzuje spotrebu energie.

Môže sa tiež použiť pri preprave. Jednoduché jednosmerné motory sa už dlho používajú v elektrických autách alebo golfových vozíkoch pre starších ľudí, ale nedávno boli prijaté vysokoúčinné motory BLDC s dobrou kontrolovateľnosťou. Motory BLDC sa používajú aj v robotoch. Najmä v UAV s viacerými stojanmi, pretože riadi letový postoj zmenou počtu rotácií vrtule, motory BLDC, ktoré môžu presne riadiť rotácie, sú výhodné.

Čo tak? BLDC Motors sú vysokokvalitné motory s vysokou účinnosťou, dobrou kontrolou a dlhou životnosťou. Maximalizácia sily motorov BLDC však vyžaduje riadnu kontrolu. Ako by sa to malo urobiť?

Nemôžem sa otáčať samotným pripojením

Vnútorný motor typu rotora BLDC je typický typ motora BLDC a jeho vonkajší a vnútro sú znázornené nižšie (obr. 1). Motor kefy DC (ďalej len na jednosmerný motor) má cievku na rotore a permanentný magnet na vonkajšej strane, zatiaľ čo motor BLDC má na rotore permanentný magnet a na vonkajšej strane je potrebné energe a nie je potrebné energezovať rotor. To umožňuje uvedomiť si 'bez kefy ' bez kefiek na energiu.

Na druhej strane v porovnaní s jednosmernými motormi sa kontrola stáva zložitejšou. Nejde iba o pripojenie káblov motora k napájaniu. Dokonca aj počet káblov je iný. Nie je to rovnaké ako 'Pripojenie kladných (+) a záporných (-) terminálov s napájaním '.

Obrázok 1: Exteriér a interiér motora BLDC

Obrázok 2-A: Zásada rotácie motora BLDC

Jedna cievka je umiestnená do motora BLDC v intervaloch 120 stupňov, celkovo tri cievky, na reguláciu prúdu vo energii alebo cievke

Ako je znázornené na obrázku 2-A, BLDC motory používajú tri cievky. Tieto tri cievky sa používajú na generovanie magnetického toku, keď sú napájané a sú pomenované U, V a W. Vyskúšajte túto cievku. Aktuálna cesta na cievke U (ďalej len „Coil “) sa zaznamenáva ako fáza U, V sa zaznamenáva ako fáza V a W sa zaznamenáva ako fáza W. Ďalej sa pozrite na fázu U. Pozrime sa na fázu U. Keď sa elektrina aplikuje na fázu U, magnetický tok sa generuje v smere šírenia, ako je znázornené na obrázku 2-B. V skutočnosti však fázy U, V a W nie sú rovnaké ako fáza U.

V skutočnosti sú však káble U, V a W všetky navzájom spojené, takže nie je možné podnietiť iba fázu U. Tu bude energizácia z fázy U do fázy W generovať magnetický tok v U a W, ako je znázornené na obr. 2-C. Dva magnetické toky U a W sú syntetizované do väčšieho magnetického toku znázorneného na obr. 2-D. Permanentný magnet sa otočí tak, že tento syntetizovaný magnetický tok je v rovnakom smere ako N -pól centrálneho permanentného magnetu (rotor).

Obrázok 2-B: Princíp rotácie motora BLDC

Tok je napájaný z U-fázy do fázy W. Po prvé, zameraním sa iba na časť cievky u sa zistilo, že magnetický tok sa generuje ako v šípkách

Obrázok 2-D: Princíp rotácie elektrickej energie prechádzajúcej motora BLDC z fázy U do fázy W možno považovať za generovanie dvoch syntetizovaných magnetických tokov

Ak sa zmení smer syntetizovaného magnetického toku, zmení sa aj trvalý magnet. V spojení s polohou permanentného magnetu prepnite fázovú fázu pod napätím v U-fáze, fáze V a W-fáze, aby ste zmenili smer syntetizovaného magnetického toku. Ak sa táto operácia vykonáva nepretržite, syntetizovaný magnetický tok sa otočí, čím sa generuje magnetické pole a otáča rotor.

Obr. 3 ukazuje vzťah medzi napájanou fázou a syntetickým magnetickým tokom. V tomto príklade zmenou energizačného režimu z 1-6 v sekvencii sa syntetický magnetický tok otočí v smere hodinových ručičiek. Zmenou smeru syntetizovaného magnetického toku a ovládaním rýchlosti je možné riadiť rýchlosť rotácie rotora. Metóda riadenia motora prepínaním medzi týmito šiestimi režimami energie sa nazýva '120-stupňová regulácia energie '.

Obrázok 3: Trvalé magnety rotora sa otáča, akoby boli vytiahnuté syntetickým magnetickým tokom, a hriadeľ motora sa v dôsledku toho otočí

Hladká rotácia pomocou ovládača sínusovej vlny

Ďalej, hoci smer syntetizovaného magnetického toku sa otáča pod kontrolou pod napätím 120 stupňov, existuje iba šesť rôznych smerov. Napríklad, ak zmeníte 'napájaný režim 1 ' na obr. 3 na 'energizovaný režim 2 ', smer syntetického magnetického toku sa zmení o 60 stupňov. Rotor sa potom otočí, akoby priťahoval. Ďalej zmenou z 'napájaného režimu 2 ' na 'energizovaný režim 3 ' sa smer syntetického magnetického toku opäť zmení o 60 stupňov. Rotor bude opäť priťahovaný k tejto zmene. Tento jav sa bude opakovať. Pohyb bude stuhnutý. Niekedy táto akcia vydá aj hluk.

Je to 'Control sinine Wave Control ', ktorá eliminuje nedostatky 120-stupňovej pod napätej kontroly a dosahuje hladkú rotáciu. V 120-stupňovom riadení výkonu je syntetizovaný magnetický tok fixovaný v šiestich smeroch. Je riadený tak, aby sa meniace neustále. V príklade na obr. 2-C sú toky generované U a W sú rovnakej veľkosti. Ak však je možné lepšie regulovať U-fázu, fázu V a Fázy W, cievky sa môžu vyrobiť tak, aby sa vytvoril magnetický tok rôznych veľkostí a smer syntetizovaného magnetického toku je možné presne riadiť. Úpravou veľkosti prúdu každej z U-fázy, V-fázy a W-fázy sa súčasne generuje syntetizovaný magnetický tok. Ovládaním nepretržitého generovania tohto toku sa motor hladko otáča.

Obrázok 4: Kontrola sínusovej vlny riadenie sínusovej vlny

Prúd v 3 fázach je možné ovládať, aby sa vytvoril syntetický magnetický tok na hladkú rotáciu. Syntetický magnetický tok sa môže generovať v smere, ktorý nemožno generovať pomocou 120-stupňovej pod napätej kontroly

Pomocou meniča na ovládanie motora

A čo prúdy v každej fáze U, V a W? Aby ste uľahčili porozumenie, zamyslite sa nad kontrolou s napájaním 120 stupňov a pozrite sa. Znova sa pozrite na obr. V napájanom režime 2 prúdte prúd z U do V. Ako vidíte, kedykoľvek sa zmení kombinácia cievok, v ktorých sa mení prúdové toky, zmení sa aj smer syntetického toku šípok.

Ďalej sa pozrite na režim energizácie 4. V tomto režime prúdte prúd z W na u, v opačnom smere režimu energizácie 1. In DC Motors , prepínanie aktuálneho smeru, ako je tento, sa vykonáva kombináciou komutátora a kefiek. Motory BLDC však nepoužívajú takúto metódu typu kontaktu. Obvod meniča sa používa na zmenu smeru prúdu. Obvody meniča sa všeobecne používajú na riadenie motorov BLDC.

Obvod meniča upravuje hodnotu prúdu zmenou použitého napätia v každej fáze. Na nastavenie napätia sa bežne používa PWM (pulsewidthmodulácia = modulácia šírky impulzu). PWM je metóda na zmenu napätia nastavením času zapínania/vypnutia impulzu a čo je dôležité je zmena pomeru (pracovného cyklu) medzi časom a časom vypnutia. Ak je pomer ON vysoký, je možné získať rovnaký účinok ako zvýšenie napätia. Ak sa pomer ON zníži, získa sa rovnaký účinok ako zníženie napätia (obr. 5).

Aby sme si mohli uvedomiť PWM, sú teraz k dispozícii mikropočítače vybavené vyhradeným hardvérom. Na vykonanie regulácie sínusových vĺn je potrebné riadiť napätie 3 fáz, takže softvér je o niečo zložitejší ako 120 -stupňová pod napájaná kontrola, kde sú napájané iba 2 fázy. Invertor je obvod potrebný na pohon motora BLDC. Invertory sa používajú aj v AC Motors, ale dá sa predpokladať, že takmer všetky motory BLDC sa používajú v domácich spotrebičoch typu „meniča“.

Obrázok 5: Vzťah medzi výstupom PWM a výstupným napätím

Zmeňte čas na určitý čas a zmeníte hodnotu RMS napätia.

Čím dlhšie je načas, tým bližšie je hodnota RMS k napätiu, keď sa použije 100% napätie (včas).

Motory BLDC využívajúce polohové senzory Vyššie uvedené je prehľad kontroly motorov BLDC, ktoré menia smer syntetizovaného magnetického toku generovaného cievkami, čo spôsobuje, že trvalé magnety rotora sa zodpovedajúcim spôsobom mení.

V skutočnosti je v vyššie uvedenom popise ďalší bod. To znamená prítomnosť senzorov v motoroch BLDC. Motory BLDC sú riadené v spojení s polohou (uhol) rotora (permanentný magnet). Preto je potrebný senzor na získanie polohy rotora. Ak neexistuje senzor, ktorý by poznal smer permanentného magnetu, rotor sa môže otočiť neočakávaným smerom. To nie je prípad, keď existuje senzor na poskytovanie informácií.

Tabuľka 1 ukazuje hlavné typy senzorov na detekciu polohy v motoroch BLDC. V závislosti od metódy riadenia sú potrebné rôzne senzory. Pri regulácii energie s rozmermi 120 stupňov je snímač efektu haly, ktorý môže vložiť signál každých 60 stupňov, vybavený na určenie, ktorá fáza sa má pod napätím. Na druhej strane, pre 'Vector Control ' (opísané v nasledujúcej časti), ktorý presne riadi syntetizovaný magnetický tok, sú vysoko presné senzory, ako sú rohové senzory alebo fotoelektrické kódovače.

Použitie týchto senzorov umožňuje detekciu polohy, ale existujú nejaké nevýhody. Senzory sú menej odolné voči prachu a údržba je nevyhnutná. Zníži sa aj teplotný rozsah, v ktorom sa môžu použiť. Použitie senzorov alebo pridanie zapojenia na tento účel spôsobuje zvýšenie nákladov a senzory s vysokou presnosťou sú vo svojej podstate drahé. To viedlo k zavedeniu metódy „Sensorless “. Na detekciu polohy nepoužíva senzor, čím kontroluje náklady a eliminuje potrebu údržby súvisiacej s senzorom. Avšak za účelom ilustrácie princípu sa predpokladá, že informácie boli získané zo senzora polohy.

Typ senzora	Hlavné aplikácie	Charakteristika
Senzor efektu haly	120 stupňov pod napätím	Získava signál každých 60 stupňov. Nižšia cena. Nie tepelne odolné.
Optický kódovač	Kontrola sínusovej vlny, ovládanie vektora	Existujú dva typy: prírastkový typ (vzdialenosť prejdená z pôvodnej polohy je známa) a absolútny typ (uhol aktuálnej polohy je známy). Rozlíšenie je vysoké, ale odolnosť proti prachu je slabá.
Senzor	Kontrola sínusovej vlny, ovládanie vektora	Vysoké rozlíšenie. Môže sa používať aj v drsných a drsných prostrediach.

Tabuľka 1: Typy a vlastnosti senzorov špecializované na detekciu polohy

Vysoká účinnosť sa vždy udržiava pomocou vektorovej kontroly

Ovládanie sínusovej vlny hladko mení smer syntetizovaného magnetického toku energiou 3 fáz, takže rotor sa hladko otáča. 120-stupňové riadiace spínače energie 2 U-fázy, fázy V a W-fáze na otáčanie motora, zatiaľ čo sínusové riadenie vyžaduje presné riadenie prúdov v 3 fázach. Okrem toho je kontrolná hodnota hodnota striedavého prúdu, ktorá sa neustále mení, čo sťažuje kontrolu.

To je miesto, kde prichádza kontrola vektora. Vektorová kontrola zjednodušuje kontrolu výpočtom hodnoty striedavého prúdu troch fáz ako DC hodnoty týchto dvoch fáz prostredníctvom súradnicovej transformácie. Výpočty na reguláciu vektorov však vyžadujú informácie o polohe rotora pri vysokom rozlíšení. Existujú dve metódy na detekciu polohy, a to metóda pomocou polohových snímačov, ako sú fotoelektrické kódovače alebo rohové senzory, a metóda bez senzora, ktorá extrapoluje aktuálne hodnoty každej fázy. Táto súradnicová transformácia umožňuje priame riadenie aktuálnej hodnoty spojenej s krútiacim momentom (rotačná sila), čím realizuje účinnú kontrolu bez nadmerného prúdu.

Kontrola vektorov však vyžaduje súradnicovú transformáciu pomocou trigonometrických funkcií alebo komplexného spracovania výpočtu. Preto sa vo väčšine prípadov mikropočítače s vysokým výpočtovým výkonom používajú ako riadiace mikropočítače, ako sú mikropočítače vybavené FPU (jednotky s pohyblivou rádovou čiarkou).

Jednosmerný motor bez kefy (BLDC: BrushlessDirectCurrentMotor), známy tiež ako elektronicky komunkovaný motor (ECM alebo EC motor) alebo synchrónny jednosmerný motor, je typ synchrónneho motora, ktorý používa napájací zdroj s priamym prúdom (DC).

Jednosmerný motor bez kefy (BLDC: Brushless Direct prúd) je v podstate synchrónny motor s permanentným magnetom so spätnou väzbou na polohu, ktorý používa vstupný vstup do jednosmerného prúdu a menič na jeho premenu na trojfázový napájací zdroj striedavého prúdu. A Motor bez kefy (BLDC: Brushless DirectCurrent Motor) je samostatný typ (prepínanie samostatne smerom), a preto je zložitejší na kontrolu.

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

Ovládanie motora BLDC (BrushlessDirectCurrentMotor) si vyžaduje znalosť polohy rotora a mechanizmu, pomocou ktorého je motor opravený a riadený. Pre reguláciu rýchlosti s uzavretou slučkou existujú dve ďalšie požiadavky, meranie rýchlosti/ prúdu motora alebo signálu PWM na riadenie výkonu rýchlosti motora.

BLDC Motors (BrushlessDirectCurrentMotor) môžu používať signály PWM s zosilnenými alebo stredne zarovnanými signálmi v závislosti od požiadaviek na aplikáciu. Väčšina aplikácií, ktoré vyžadujú iba prevádzku zmeny rýchlosti, využije šesť samostatných bočných signálov PWM. Toto poskytuje najvyššie rozlíšenie. Ak aplikácia vyžaduje umiestnenie servera, brzdenie energie alebo zvrátenie energie, odporúčajú sa doplnkové stredne zarovnané signály PWM.

Na snímanie polohy rotora, BLDC Motors (BrushlessDirectCurrentMotor) používajú senzory efektu haly na zabezpečenie absolútneho snímania polohy. To má za následok použitie viacerých drôtov a vyššie náklady. Sensorless BLDC riadenie eliminuje potrebu senzorov haly a namiesto toho používa na predpovedanie polohy rotora napájaciu silu motora (elektromotívnu silu). Bez senzora je rozhodujúce pre aplikácie nízkonákladovej rýchlosti s premenlivou rýchlosťou, ako sú ventilátory a čerpadlá. Pri používaní kompresorov bez senzora je potrebné aj kompresory chladničky a klimatizácie, keď sa používajú motory BLDC (motory s priamym prúdom bez kefy).

Existujú všetky druhy motorov a motor BLDC je dnes k dispozícii najviac k dispozícii motor s rýchlosťou. Kombinuje výhody jednosmerných motorov a striedavých motorov, s dobrým výkonom úpravy jednosmerných motorov a výhodami striedavých motorov, ako je napríklad jednoduchá štruktúra, žiadna iskra komutácie, spoľahlivé prevádzka a ľahká údržba. Preto je na trhu veľmi populárny a široko sa používa v automobiloch, domácich spotrebičoch, priemyselných zariadeniach a iných oblastiach.

DC Motor bez kefy prekonáva vlastné defekty motora kefy DC a nahrádza mechanický komutátor elektronickým komutátorom, takže bez kefiek DC má charakteristiky jednosmerného motora s dobrým výkonom regulácie rýchlosti a má tiež výhody striedavého motora s jednoduchou štruktúrou, žiadnu komutačnú iskru, spoľahlivú prevádzku a ľahkú údržbu.

Brushless DC Motor (BrushlessDirectCurrentMotor) je dnes najviac ideálnym motorom regulácie rýchlosti. Kombinuje výhody jednosmerných motorov a striedavých motorov, s dobrým výkonom úpravy jednosmerných motorov a výhodami striedavých motorov, ako je napríklad jednoduchá štruktúra, žiadne iskry komutácie, spoľahlivú prevádzku a ľahkú údržbu.

História vývoja bezprúdového prúdu (BrushlessDirectCurrentMotor)

DC Motory bez kefy sa vyvíjajú na základe motorov kefy a ich štruktúra je zložitejšia ako kefové motory. DC Motor bez kefy sa skladá z tela motora a vodiča. Na rozdiel od kefovaného jednosmerného motora, DC Motor bez kefy (BrushlessDirectCurrentMotor) nepoužíva mechanické kefové zariadenie, ale prijíma štvorcový vlny, ktorý je synchrónnym motorom Synchrónny magnet na seba-vlny a nahradí commutátor kefy uhlíka s halovým senzorom a používa neodymium-železo-bóru ako materiál s permanentným magnetom z rotora. (Je potrebné poznamenať, že v čase narodenia elektrického motora v minulom storočí boli praktické motory, ktoré vznikli, z kefy bez kefy.)

1740s: začiatok vynálezu elektrického motora

Prvé modely elektrického motora sa prvýkrát objavili v 40. rokoch 20. storočia prostredníctvom práce škótskeho vedca Andrewa Gordona. Iní vedci, ako napríklad Michael Faraday a Joseph Henry, pokračovali vo vývoji včasných motorov, experimentovali s elektromagnetickými poliami a objavili, ako premeniť elektrickú energiu na mechanickú energiu.

1832: Vynález prvého motora DC Commutator

Prvý jednosmerný motor, ktorý mohol poskytnúť dostatok energie na riadenie strojov, vynašiel britský fyzik William Sturgeon v roku 1832, ale jeho aplikácia bola prísne obmedzená z dôvodu nízkeho výkonu, ktorý bol stále technicky chybný.

1834: Je postavený prvý skutočný elektrický motor

Po stopách Sturgeon's krokov Thomas Davenport z Vermontu v USA vyrobil históriu vynaliezaním prvého oficiálneho elektrického motora napájaného z batérie v roku 1834. Bol to prvý elektrický motor s dostatočnou energiou na vykonanie svojej úlohy a jeho vynález bol použitý na poháňanie malého tlačiarenského tlačidla.

Patentovaný motor Homas a Emily Davenport

1886: vynález praktického jednosmerného motora    

V roku 1886 bol zavedený prvý praktický jednosmerný motor, ktorý mohol bežať konštantnou rýchlosťou s variabilnou hmotnosťou. Frankjulian Sprague bol jeho vynálezcom.

Motor 'Utility ' Frank Julian Sprague

Je potrebné poznamenať, že úžitkový motor bol bez kefou formy asynchrónneho motora AC veveričky, ktorý nielen eliminoval iskry a straty napätia na vinutých termináloch, ale tiež umožnil dodávanie energie konštantnou rýchlosťou. Asynchrónny motor však mal veľa neprekonateľných defektov, takže vývoj motorickej technológie bol pomalý.

1887: patentovaný na indukciu AC

V roku 1887 Nikola Tesla vynašiel indukčný motor AC (Acinduktionmotor), ktorý o rok neskôr úspešne patentoval. Nebol vhodný na použitie v cestných vozidlách, ale neskôr ho upravili inžinieri spoločnosti Westinghouse. V roku 1892 bol navrhnutý prvý praktický indukčný motor, po ktorom nasledoval rotujúci rotor vŕbaných barov, vďaka čomu je motor vhodný pre automobilové aplikácie.

1891: Vývoj trojfázového motora

V roku 1891 spoločnosť General Electric začala vývoj trojfázového indukčného motora (Threephasemotor). S cieľom využiť dizajn rotora rany Ge a Westinghouse podpísali v roku 1896 dohodu o krížovej licencii.

1955: Začiatok éry motora bez kefy

V roku 1955 Spojené štáty d. Harrison a ďalší sa prvýkrát prihlásili s tranzistorovou komutačnou linkou namiesto patentu na mechanickú kefu na kefu DC, čím sa oficiálne označili zrod moderného motora bez kefy (BrushlessDirectCurtCurrentmotor). V tom čase však neexistovalo žiadne detekčné zariadenie polohy rotora motora, motor nemal schopnosť začať.

1962: Prvý motor bez kefy DC (BLDC) bol vynájdený vďaka pokroku v technológii solídnych štátov začiatkom 60. rokov. V roku 1962 vynašli Tgwilson a Phtrickey prvý motor BLDC, ktorý nazývali „Solid-State DC Motor “. Kľúčový prvok Motor bez kefy bol taký, že nevyžadoval fyzický komutátor, čo z neho robí najobľúbenejšiu voľbu pre diskové disky, roboty a lietadlá.

Využívali prvky haly na detekciu polohy rotora a riadenie fázovej zmeny vinutia prúdu, aby boli praktické jednosmerné motory bez kefiek, ale boli obmedzené tranzistorovou kapacitou a relatívne nízkym motorickým výkonom.

70. roky do súčasnosti: Rýchly vývoj aplikácií motorov bez kefy DC

Since the 1970s, with the emergence of new power semiconductor devices (such as GTR, MOSFET, IGBT, IPM), the rapid development of computer control technology (microcontroller, DSP, new control theories), as well as high-performance rare-earth permanent magnet materials (such as samarium cobalt, neodymium-iron-boron), the Brushless Direct Current Motor (BrushlessDCMotor) bol rýchlo rozvinutý. BrushlessDirectCurrentMotor) bol vyvinutý rýchlo a kapacita sa zvyšuje. Priemyselný rozvoj založený na technológiách so zavedením MAC Classic Brushless DC Motor a jeho vodič v roku 1978, ako aj výskum a vývoj štvorcovej vlny Motor bez kefy a kefy bez kefy DC V 80. rokoch začali Motory bez kefy skutočne vstupovať do praktickej fázy a rýchlo sa rozvíjali.

Celková štruktúra a princíp motora bez kefy

Brushless DC Motor (BrushlessDirectCurrentMotor) pozostáva zo synchrónneho motora a vodiča, čo je typický mechatronický produkt. Vinutie synchrónneho motora statora sa väčšinou vyrába do trojfázového symetrického hviezdneho pripojenia, ktoré je veľmi podobné trojfázovému asynchrónnemu motora.

Štruktúra riadiaceho systému BLDCM obsahuje tri hlavné časti: telo motora, riadiaci obvod a riadiaci obvod. V pracovnom procese sa informácie o napätí motora, prúdu a polohe rotora zhromažďujú a spracúvajú pomocou riadiaceho obvodu, aby sa vygenerovali zodpovedajúce riadiace signály, a hnací obvod po prijatí ovládacích signálov poháňa telo motora.

Brushless DC Motor (BrushlessDirectCurrentMotor) pozostáva hlavne zo statora s vinutiami cievok, rotora vyrobeného z permanentného materiálu magnetu a polohového snímača. Podľa potreby môže byť tiež nekonfigurovaný snímač polohy.

Stator

Štruktúra statora motora BLDC je podobná ako v prípade indukčného motora. Skladá sa zo naskladaných oceľových laminácií s axiálnymi drážkami na vinutie. Vinutia v BLDC sa mierne líšia od lastvých v konvenčných indukčných motoroch.

Stator motora BLDC

Väčšina motorov BLDC zvyčajne pozostáva z troch vinutí statora spojených v tvare hviezdy alebo „y “ (bez neutrálnych). Okrem toho, na základe prepojení cievok, sú vinutia statora ďalej rozdelené na lichobežníkové a sínusové motory.

BLDC Motor Revers Electromotive Force

V lichobežníkovom motore majú hnací prúd a protikladová elektromotívna sila lichobežník (sínusoidálny v prípade sínusového motora). Typicky sa motory hodnotené pri 48 V (alebo menej) používajú v automobilovom priemysle a robotike (hybridné autá a robotické zbrane).

Rotor

Časť rotora motora BLDC sa skladá z trvalých magnetov (zvyčajne magnetov zliatiny zriedkavej zeme, ako je napríklad Neodymium (ND), Samarium Cobalt (SMCO) a neodymium železa (NDFEB).

V závislosti od aplikácie sa počet pólov môže meniť medzi dvoma a ôsmimi, pričom striedavo sa umiestni severný pól (N) a južný pól. Nižšie uvedený diagram ukazuje tri rôzne usporiadania magnetických pólov.

a) Magnet je umiestnený na obvod rotora.

b) rotor nazývaný elektromagneticky zabudovaný rotor, v ktorom je v jadre rotora zabudovaný obdĺžnikový permanentný magnet.

c) Magnet sa vkladá do jadra rotora. 

Senzor polohy rotora motora BLDC (senzor haly)

Pretože v BLDC Motors nie sú žiadne kefy, komutácia je elektronicky kontrolovaná. Aby sa motor otočil, musí byť vinutia statora postupne napájané a poloha rotora (tj severné a južné póly rotora) musí byť známa, aby sa presne podnietilo špecifickú sadu vinutí statora.

Senzory polohy pomocou senzorov haly (prevádzkované na princípe efektu haly) sa bežne používajú na detekciu polohy rotora a jeho premenu na elektrický signál. Väčšina motorov BLDC používa tri halové senzory, ktoré sú zabudované do statora na detekciu polohy rotora.

Senzory haly sú typom senzora založeného na halovom efekte, ktorý prvýkrát objavil v roku 1879 Americká fyzická sieň v kovových materiáloch, ale nepoužívala sa, pretože účinok haly v kovových materiáloch bol príliš slabý. S vývojom polovodičovej technológie začal používať polovodičové materiály na výrobu komponentov haly, pretože halový efekt je významný a bol aplikovaný a vyvinutý. Senzor haly je senzor, ktorý generuje impulz výstupného napätia, keď prechádza striedavé magnetické pole. Amplitúda impulzu je určená silou poľa excitačného magnetického poľa. Senzory haly preto nevyžadujú externý napájací zdroj.

Výstup senzora haly bude vysoký alebo nízky v závislosti od toho, či je severný pól rotora južným pólom alebo blízko severného pólu. Kombináciou výsledkov troch senzorov je možné určiť presnú sekvenciu energie.

Na rozdiel od kefovaných jednosmerných motorov, kde sú stator a rotor úplne zvrátené, sú vinutia kotvy nastavené na strane statora a vysoko kvalitný permanentný magnetový materiál je nastavený na rotorovú štruktúru, štruktúra tela motora v BLDCM sa skladá z vkrúžku statora, vkrývky na permanentný magnet a polohové snímače s trom Elektrický uhol medzi fázami. Táto konštrukcia sa líši od čisto kefovaného jednosmerného motora a je podobná štruktúre vinutia statora striedavého motora, ale striedavý striedavý prúd štvorcovej vlny sa dodáva pohonnému obvodu pri prevádzke.

BLDCM vyberie celkový mostík, trojfázový, hviezdicový, šesťdvový, dvojfázový režim s dvoma dvoma, v ktorom sú dve MOSFET napájané v hnacom obvode súčasne, a preto sú dvojfázové vinutia statora v tele motora pod napätím v sérii. Každá elektronická fáza sa raz zmení, magnetický dynamický potenciál statora FA otočil elektrický uhol priestoru 60 °, je krok magnetický dynamický potenciál, interval elektrického uhla 60 °, FA urobil skok. Aj keď sa rotor otáča nepretržite, ale režim rotácie hybnosti statora magnetického hybnosti je krokový typ, ktorý sa líši od skutočného AC synchrónneho motora rotujúceho magnetického hybnosti. Bldcm FA a rotor magnetickej hybnosti FF je vždy v rozsahu 60 ° ~ 120 ° FIF zmeny, je priemerná hodnota 90 °. Priemerný maximálny elektromagnetický krútiaci moment T, silná kontinuálna rotácia rotora permanentného rotora.

Pracovný princíp DC Motor bez kefy je podobný ako motor kefy DC. Lorentzov zákon o sile uvádza, že pokiaľ je vodič prenášajúci súčasný, bude umiestnený do magnetického poľa, bude predmetom sily. V dôsledku reakčnej sily bude magnet podrobený rovnakým a opačným silám. Keď prúd prechádza cievkou, generuje sa magnetické pole, ktoré je poháňané magnetickými pólmi statora, pričom homopolarity sa navzájom odpudzujú a anizotropné póly sa navzájom priťahujú. Ak sa smer prúdu v cievke nepretržite mení, potom sa nepretržite mení póly magnetického poľa vyvolaného v rotore a potom sa rotor neustále otáča pod účinkom magnetického poľa.

V motoroch BLDC sú trvalé magnety (rotor) v pohybe, zatiaľ čo vodič prenášajúci prúd (stator) je pevný.

BLDC Motor Prevádzkový diagram

Keď cievka statora prijíma energiu z napájacieho zdroja, stáva sa elektromagnetom a začne vytvárať rovnomerné magnetické pole vo vzduchovej medzere. Spínač generuje priebeh napätia striedavého napätia s lichobežným tvarom napriek tomu, že napájací zdroj je DC. Rotor sa naďalej otáča v dôsledku interakčnej sily medzi elektromagnetickým statorom a rotorom permanentného magnetu.

Prepnutím vinutia na vysoké a nízke signály sú zodpovedajúce vinutia vzrušené ako severné a južné póly. Rotor permanentného magnetu s južnými a severnými pólmi je zarovnaný so stĺpmi statora, čo spôsobuje otáčanie motora.

Schémy prevádzky motora BLDC pre jednopólové a dvojpólové motory BLDC

Brushless DC Motors sa dodávajú v troch konfiguráciách: jednofázová, dvojfázová a trojfázová. Medzi nimi je najbežnejšia trojfázová BLDC.

(3) Metódy riadenia motora bez kefy

Spôsob jazdy DC Motor bez kefy sa dá rozdeliť na rôzne metódy riadenia podľa rôznych kategórií:

Podľa vlny hnacieho priebehu: Square Wave Drive je táto metóda pohonu vhodná na uvedomenie si, ľahko realizovateľné bez ovládania snímača polohy.

Sínusoidálna jednotka: Táto metóda pohonu môže zlepšiť efekt bežiaceho motora a urobiť rovnomerný krútiaci moment, ale proces realizácie je relatívne komplikovaný. Zároveň má táto metóda SPWM a SVPWM (Space Vector PWM) Dva spôsoby, SVPWM je lepšia ako SPW.

(4) Výhody a nevýhody motora bez kefy

Výhody:

▷   Vysoký výstup

▷ malá veľkosť a hmotnosť 

▷ Dobrý rozptyl tepla a vysoká účinnosť 

▷ Široký rozsah prevádzkových rýchlostí a nízky elektrický hluk. 

▷ Vysoká spoľahlivosť a požiadavky na nízku údržbu. 

▷ Vysoká dynamická odozva 

▷ Nízka elektromagnetická interferencia

Nedostatočné:

▶ Elektronický ovládač potrebný na ovládanie tohto motora je drahý 

▶ Vyžaduje sa komplexné hnacie obvody 

▶ Vyžadujú sa senzory polohy navyše (FOC sa nepoužíva)

5） Aplikácia DC Motora bez kefy

DC Motory bez kefy sa bežne používajú v rôznych aplikáciách, ako sú priemyselné riadenie (DC Motors bez kefy Hrá dôležitú úlohu v priemyselnej výrobe, ako sú textilné, metalurgia, tlač, tlačiareň, automatické výrobné linky, CNC strojové náradie atď.), Automotíva (motory sa nachádzajú v stieračoch, kozmických prístavoch automobilových klimatizácií a iných častí automobilu.) Stroje, jednotky pevného disku, diskety, filmové fotoaparáty atď., V ich vretene a dcérskom pohybe pohybu, všetky majú, všetky majú DC Motory bez kefy .) Okrem toho, zdravotnícke vybavenie (používanie DC motorov bez kefy bolo bežnejšie, môže sa použiť na riadenie malého krvného čerpadla v umelom srdci; chirurgické vysokorýchlostné prístroje pre vysokorýchlostné centrifugy, tepelné zobrazovanie a termálne zobrazovanie a termínové polohy, ktoré sa uplatňujú, sú používané kusové motivácie.

Rozdiely medzi kefovými jednosmernými motormi a kefovanými jednostrannými motormi

Kategória projektu	Bez kefiek DC Motor	Motor
Štruktúra	Permanentný magnet ako rotor, elektrický pohon ako stator	Permanentný magnet ako rotor, elektrický pohon ako stator
Vinutia a cievky	Charakteristiky kefovaných motorov, dlhá životnosť, bez rušenia, žiadna údržba, nízky hluk, vysoká cena.	Rozptyľovanie tepla
Dobrý	Úbohý	Kmeň
Elektronický spínací komutátor s elektronickými obvodmi	Mechanický kontakt medzi kefou a usmerňovačom	Snímač rotora
Elementy haly, optické kódovače atď. Alebo kontrapotenciálne generátory	Samoobsietanie štetcami	Samoobsietanie štetcami
Zvrátenie	Zmena prepínajúceho postupnosti elektronického riadiaceho zariadenia	Zmena polarity napätia terminálu
Porovnanie výhod a nevýhod	Dobré mechanické a kontrolné charakteristiky, dlhá životnosť, žiadne rušenie, nízky hlas, ale vyššie náklady.	Dobré mechanické vlastnosti a riadenie, vysoký hluk, elektromagnetické interferencie

Porovnanie kefových jednosmerných motorov a brúsených motorov DC

Globálne výrobcovia hlavných prúdov motora BLDC (TOP10)

V súčasnosti medzi najlepšími spoločnosťami v priemysle BLDC patria ABB, Amtek, NIDEC, Minebea Group, Textronic, United Motion Technologies, Baldor Electronics, North American Electric Company, Schneider Electric a Regalbeloit Corporation.

Úvod do Brushless DC Motors

Jednosmerný motor bez kefy (BLDC) je typ synchrónneho motora, v ktorom má magnetické pole generované statorom a magnetické pole generované rotorom rovnakú frekvenciu. Všeobecne sa používa vďaka svojim výhodám vysoko výstupného výkonu, nízkeho elektrického hluku, vysokej spoľahlivosti, vysokej dynamickej odozvy, menej elektromagnetického rušenia a lepšej rýchlosti.

Vnútorná štruktúra motora bez kefy

Štruktúra a Nižšie je zobrazený motor bez kefy (štrbina, externý rotor, motor bez senzora):

Motor bez kefy je zložený z predného krytu, stredného krytu, magnetu, kremíkovej oceľovej plachty, smaltovaného drôtu, ložiska, rotujúceho hriadeľa a zadného krytu. Medzi nimi tvoria magnet, ložisko a rotujúca hriadeľ rotor motora; Stator motora sa skladá zo kremíkového oceľového plechu a smaltovaného drôtu. Predný kryt, stredný kryt a zadný kryt obsahujú škrupinu motora. Dôležité komponenty sú opísané v nasledujúcej tabuľke:

	Komponenty	Opis
Rotor	Magnet	Dôležitá súčasť motora bez kefky. Prevažná väčšina výkonnostných parametrov motora bez kefky s ním súvisí;
	Os rotácie	Priamo namáhaná časť rotora;
	Ložisko	Sú zárukou plynulej prevádzky motora; V súčasnosti väčšina motorov bez kefiek používa guľové ložiská Deep Groove;
Rotor	Kremík	Kremíkový oceľový list je dôležitou súčasťou štrbinového kefového motora, hlavnou funkciou je zníženie magnetického odporu a zúčastniť sa na prevádzke magnetického obvodu;
	Smaltovaný drôt	Ako napájaný vodič vinutia cievok; Prostredníctvom striedavej frekvencie a tvaru vlny prúdu sa okolo statora vytvára magnetické pole, aby sa rotor poháňal;

Popis rotora

Rotor a Brushless DC Motor (BLDC) je vyrobený z trvalých magnetov s viacerými pármi pólov usporiadaných striedavo podľa n- a s-pól (zahŕňajúci parameter pólového páru).

Prierez rotora

Opis statora

Stator a DC Motor bez kefy (BLDC) pozostáva z oceľového plechu kremíka (obrázok nižšie) s vinutiami statora umiestnenými do slotov rezaných axiálne pozdĺž vnútornej osi (je zahrnuté číslo parametra (počet jadrových pórov (počet intervalov N)). Vinutie každého statora pozostáva z niekoľkých cievok spojených navzájom. Vinutia sa bežne distribuujú v trojprežovanom vzorke hviezdy.

Triple spojené cievky hviezdnych vŕbok, podľa spôsobu prepojenia cievok, sa vinutia statora môžu rozdeliť na lichobežníkové a sínusové vinutia. Rozdiel medzi nimi je hlavne vlnový tvar generovanej protikladovej elektromotívnej sily. Ako už názov napovedá: Vinutie lichobežného statora produkuje lichobežnú protikladnú elektromotívnu silu a sínusoidálne vinutie vytvára sínusovú protikladovú elektromotívnu silu. Toto je znázornené na obrázku nižšie:   

PS: Keď je motor dodávaný bez zaťaženia, priebeh je možné merať osciloskopom.

02 KLASIFIKÁCIA DC MOTOROV NA

Popis klasifikácie motora bez kefy

DC Motor bez kefy (BLDC) podľa distribúcie rotora sa dá rozdeliť do vnútorného motora rotora, externého motora rotora; Podľa fázy pohonu možno rozdeliť na jednofázový motor, dvojfázový motor, trojfázový motor (najbežnejšie použitie); Podľa toho, či je senzor rozdelený do senzorických motorov a nesenzorických motorov atď.; Existuje mnoho klasifikácií motorov, vesmírnym dôvodom, aby som tu nebol, aby opísali bratov, ktorí sa zaujímajú o ich vlastné porozumenie.

Vnútorný a vonkajší opis motora rotora

Motory bez kefiek sa dajú rozdeliť na vonkajšie rotorové motory a vnútorné rotorové motory podľa riadkovej štruktúry rotora a statora (ako je znázornené nižšie).

Motor	Opisný
Motor rotora	Vnútorné napájané vinutie cievky slúži ako stator a trvalé magnety sú spojené s krytom ako rotor; V spoločnej podobe: rotor je vonku a stator je vo vnútri;
Vnútorný motor rotora	Vnútorné trvalé magnety sú spojené s hriadeľom ako rotor, napájané vinutie cievky a škrupina ako stator. Bežne: rotor vo vnútri, stator vonku;

Rozdiel medzi vnútorným a externým motorom rotora

Okrem rôznych sekvencovania rotora a statora existujú aj rozdiely medzi vnútornými a externými motormi rotora nasledovne:

Charakteristika	Vnútorný motor rotora	Motor rotora
Hustota energie	Vyšší	Znížiť
Rýchlosť	Vyšší	Znížiť
Nižšia stabilita	Znížiť	Vyšší
Náklady	Relatívne vyššie relatívne	Znížiť
Rozptyľovanie tepla	Priemerný	Horšie
Páry	Menej	Viac

03 Parametre motora bez kefy

Parametre motora bez kefy

Parameter	Opis
Menovité napätie	Pre motory bez kefiek sú vhodné pre veľmi široký rozsah prevádzkového napätia a tento parameter je prevádzkové napätie za stanovených podmienok zaťaženia.
Kv hodnota	Fyzikálna významnosť: Rýchlosť za minútu pod 1 V pracovné napätie, to znamená: Rýchlosť (bez zaťaženia) = hodnota KV * Pracovné napätie pre motory bez kefiek so špecifikáciami veľkosti: 1. Počet otáčok vinutia je veľký, hodnota KV je nízka, maximálny výstupný prúd je malý a krútiaci moment je veľký; 2. Menej zákrut vinutia, vysokej hodnoty KV, maximálny výstupný prúd, malý krútiaci moment;
Krútiaci moment a rýchlosť	Krútiaci moment (moment, krútiaci moment): Hnací krútiaci moment generovaný rotorom v motore sa môže použiť na pohon mechanického zaťaženia; Rýchlosť: rýchlosť motora za minútu;
Maximálny prúd	Maximálny prúd, ktorý dokáže bezpečne vydržať a pracovať
Koryto	Počet jadrových stĺpov (počet intervalov n): počet intervalov oceľového plechu STAtor Silicon; Počet pólov magnetickej ocele (číslo pólu P): počet magnetickej ocele na rotore;
Indukčnosť statora	Indukčnosť na oboch koncoch vinutia statora v pokoji
Odpor	DC odpor každého fázového vinutia motora pri 20 ℃
DC odpor každého fázového vinutia motora pri 20 ℃	Za uvedených podmienok, keď je otvorený vinutie motora, hodnota lineárnej indukovanej elektromotívnej sily generovanej pri vinutí kotvy na jednotku Rýchlosť

Ovládanie motora BLDC

Algoritmy riadenia motora BLDC

Motory bez kefiek sú samosprávneho typu (prepínanie samostatne smerom), a preto sú zložitejšie na kontrolu.

Ovládanie motora BLDC vyžaduje znalosť polohy rotora a mechanizmu, pomocou ktorého motor prechádza riadením nápravy. Pre reguláciu rýchlosti s uzavretou slučkou existujú dve ďalšie požiadavky, tj merania rýchlosti rotora alebo prúdu motora a signálov PWM na riadenie výkonu rýchlosti motora.

Motory BLDC môžu mať v závislosti od požiadaviek na aplikáciu signály PWM so zosilnenými alebo stredne zarovnanými signálmi. Väčšina aplikácií vyžaduje iba prevádzku zmeny rýchlosti a využije 6 samostatných bočných signálov PWM.

Toto poskytuje najvyššie rozlíšenie. Ak aplikácia vyžaduje umiestnenie servera, brzdenie energie alebo zvrátenie energie, odporúčajú sa doplnkové stredne zarovnané signály PWM. Na snímanie polohy rotora používajú BLDC Motors senzory Hall Effect Sensors na zabezpečenie absolútneho snímania polohy. To má za následok použitie viacerých drôtov a vyšších nákladov. Sensorless BLDC riadenie eliminuje potrebu senzorov haly a namiesto toho používa na predpovedanie polohy rotora napájaciu silu motora (elektromotívnu silu). Bez senzora je rozhodujúce pre aplikácie nízkonákladovej rýchlosti s premenlivou rýchlosťou, ako sú ventilátory a čerpadlá. Pri používaní motorov BLDC sa vyžaduje aj ovládací prvok bez senzora.

Vloženie času a doplnok bez zaťaženia

Väčšina motorov BLDC nevyžaduje doplnkové PWM, vloženie času bez zaťaženia ani kompenzáciu času bez zaťaženia. Jedinými aplikáciami BLDC, ktoré môžu vyžadovať tieto funkcie, sú vysokohorské motory BLDC Servo Motors, Sine Wave Excitované BLDC motory, AC alebo PC synchrónne motory.

Riadiace algoritmy

Na zabezpečenie kontroly motorov BLDC sa používa veľa rôznych riadiacich algoritmov. Výkonové tranzistory sa zvyčajne používajú ako lineárne regulátory na riadenie napätia motora. Tento prístup nie je praktický pri riadení vysokovýkonných motorov. Motory s vysokým výkonom musia byť riadené PWM a vyžadujú mikrokontrolér na zabezpečenie počiatočných a riadiacich funkcií.

Riadiaci algoritmus musí poskytnúť nasledujúce tri funkcie:

Napätie PWM na riadenie rýchlosti motora

Mechanizmus nápravy a dochádzania do motora

Metódy na predpovedanie polohy rotora pomocou reverznej elektromotívnej sily alebo senzorov haly

Modulácia šírky impulzov sa používa iba na nanášanie variabilného napätia na vinutie motora. Efektívne napätie je úmerné pracovnému cyklu PWM. Ak sa získa správna usmerňovacia komunikácia, charakteristiky momentu rýchlosti BLDC sú rovnaké ako charakteristiky nasledujúcich jednosmerných motorov. Na reguláciu rýchlosti a premenlivého krútiaceho momentu motora sa môže použiť variabilné napätie.

Kommutácia elektrického tranzistora umožňuje vhodnému vinutiu v statore generovať najlepší krútiaci moment v závislosti od polohy rotora. V motore BLDC musí MCU poznať polohu rotora a byť schopný urobiť komutáciu v pravý čas.

BLDC Motor lichobežná komutácia

Jedna z najjednoduchších metód pre DC Brushless Motors má používať tzv. Trapezoidovú komutáciu.

Zjednodušený blokový diagram rebríka ovládača pre motory BLDC v tomto schematickom diagrame

V tejto schéme je prúd riadený dvojicou terminálov motorov súčasne, zatiaľ čo tretí terminál motora je vždy elektronicky odpojený od napájacieho zdroja.    

Tri halové zariadenia zabudované do veľkého motora sa používajú na zabezpečenie digitálnych signálov, ktoré merajú pozíciu rotora v 60 stupňovom sektore a poskytujú tieto informácie v regulátore motora. Pretože prúdový tok je rovnaký pri dvoch vinutiach v čase a nula v treťom, táto metóda vytvára prúdový vesmírny vektor s iba jedným zo šiestich smerov spoločného. Keď je motor riadený, prúd na termináloch motora je elektricky prepínaný (opravená komutácia) raz za 60 stupňov rotácie, takže prúdový vesmírny vektor je vždy pri najbližšom 90 -stupňovom fázovom posute fázového posunu na 90 stupňov

30 stupňová pozícia

Trapezoidné ovládanie: priebeh vlny a krútiaci moment v usmerňovači

Súčasný tvar vlny v každom vinutí je preto lichobežník, začínajúci nulou a prechádza k pozitívnemu prúdu, potom nulovom, potom záporným prúdom. Tým sa vytvára súčasný vesmírny vektor, ktorý sa pri otáčaní rotora priblíži k vyváženej rotácii, keď sa posúva v 6 rôznych smeroch.

V motorických aplikáciách, ako sú klimatizácia a chladničky, používanie senzorov haly nie je konštantné. Na dosiahnutie rovnakých výsledkov sa môžu použiť reverzné potenciálne senzory vyvolané bez prepojených vinutí.

Takéto lichobežné hnacie systémy sú veľmi bežné z dôvodu jednoduchosti ich riadiacich obvodov, ale počas rektifikácie trpia problémami zvlnenia krútiaceho momentu.

Sinusoidná usmernená komutácia pre motory BLDC

Kombutácia lichobežníka usmerňovača nie je dostatočná na zabezpečenie vyváženého a presného riadenia motora BLDC. Je to hlavne preto, že krútiaci moment generovaný v trojfázovej Motor bez kefiek (s elektromotívnou silou sínusovej vlny) je definovaný nasledujúcou rovnicou:

Krútiaci moment hriadeľa = kt [irsin (O)+Issin (o+120)+jeho jeho (o+240)]

Kde: O je elektrický uhol rotujúceho hriadeľa KT je konštanta krútiaceho momentu motora IR, je a pre fázový prúd, ak je fázový prúd sínusový: IR = I0Sino; Je = i0sin (+120o); It = i0sin (+240o)

dostane: krútiaci moment hriadeľa = 1,5i0 * kt (konštantná nezávislá od uhla rotujúceho hriadeľa)

Sinusoidálny usmerňovač dochádza k kefke bez kefy, ktorý sa snaží poháňať tri vinutia motorov s tromi prúdmi, ktoré sa hladko menia sínusoidálne, keď sa motor otáča. Súvisiace fázy týchto prúdov sú vybrané tak, aby vytvorili hladké vesmírne vektory prúdu rotora v smeroch ortogonálnych k rotoru s inváziou. To eliminuje zvlnenie krútiaceho momentu a impulzy riadenia spojené so severným riadením.

Aby sa vytvorila hladká sínusoidná modulácia prúdu motora, keď sa motor otáča, je potrebné presné meranie polohy rotora. Zariadenia Hall poskytujú iba hrubý výpočet polohy rotora, ktorý na tento účel nestačí. Z tohto dôvodu je potrebná uhlová spätná väzba z kódovača alebo podobného zariadenia.

Zjednodušený blokový diagram ovládača sínusov BLDC

Pretože vinuté prúdy musia byť kombinované, aby sa vytvoril hladký konštantný vektor priestoru prúdu rotora a keďže každé zo statorových vinutí sú umiestnené v uhle od seba vzdialené 120 stupňov, musia byť prúdy v každej drôtenej brehu sínusové a majú fázový posun 120 stupňov. Informácie o polohe z kodéra sa používajú na syntézu dvoch sínusových vĺn s fázovým posunom 120 stupňov medzi nimi. Tieto signály sa potom vynásobia príkazom krútiaceho momentu, takže amplitúda sínusovej vlny je úmerná požadovanému krútiacim momentom. Výsledkom je, že dva príkazy sínusoidného prúdu sú správne postupne fázované, čím sa v ortogonálnom smere vytvárajú rotujúci vektor prúdového priestoru statora.

Príkaz sinusoidného prúdu signalizuje výstup pár ovládačov PI, ktoré modulujú prúd v dvoch vhodných vinutiach motora. Prúd v treťom vinutí rotora je záporný súčet regulovaných vinutých prúdov, a preto sa nedá riadiť osobitne. Výstup každého ovládača PI sa odošle na modulátor PWM a potom do výstupného mosta a dve terminály motora. Napätie aplikované na tretí motorový terminál je odvodené zo záporného súčtu signálov aplikovaných na prvé dva vinutia, ktoré sa primerane používajú pre tri sínusové napätia od seba vzdialené 120 stupňov.

Výsledkom je, že skutočný výstupný prúd vlny presne sleduje príkazový signál sinusoidného prúdu a výsledný prúdový vektor sa hladko otáča, aby bol kvantitatívne stabilizovaný a orientovaný v požadovanom smere.

Výsledok riadenia sínusoidálneho usmerňovača výsledok stabilizovanej regulácie nie je možné dosiahnuť riadením lichobežníka vo všeobecnosti. Vďaka svojej vysokej účinnosti pri nízkych rýchlostiach motora sa však pri vysokých rýchlostiach motora oddelí. Dôvodom je skutočnosť, že so zvyšujúcou sa rýchlosťou musia regulátory súčasného návratu sledovať sínusový signál zvyšujúcej sa frekvencie. Zároveň musia prekonať protiprúdovú elektromotívnu silu motora, ktorá sa zvyšuje amplitúda a frekvencia so zvyšovaním rýchlosti.

Pretože regulátory PI majú konečný zisk a frekvenčnú odozvu, časovo invariantné poruchy súčasnej riadiacej slučky spôsobia fázové oneskorenie a získavanie chýb v prúdu motora, ktoré sa zvyšujú s vyššími rýchlosťami. Toto bude interferovať smerom k vektora prúdového priestoru vzhľadom na rotor, čím spôsobí posunutie zo smeru kvadratúry.

Ak k tomu dôjde, menší krútiaci moment sa môže produkovať určitým množstvom prúdu, takže na udržanie krútiaceho momentu je potrebný viac prúdu. Účinnosť klesá.

Tento pokles bude pokračovať so zvyšovaním rýchlosti. V určitom okamihu fázové posunutie prúdu presahuje 90 stupňov. Ak k tomu dôjde, krútiaci moment sa zníži na nulu. Prostredníctvom kombinácie sínusoidného vedie rýchlosť v tomto bode vyššie k negatívnemu krútiacim momentom, a preto sa nedá realizovať.

Algoritmy riadenia motora AC

Skalárna kontrola

Skalárne ovládanie (alebo ovládací prvok V/Hz) je jednoduchý spôsob riadenia rýchlosti príkazového motora

Model stabilného stavu veliteľského motora sa používa hlavne na získanie technológie, takže prechodný výkon nie je možný. Systém nemá aktuálnu slučku. Na riadenie motora sa trojfázový zdroj napájania líši iba v amplitúde a frekvencii.

Vektorové riadenie alebo riadenie orientácie magnetického poľa

Krútiaci moment v motore sa mení ako funkcia magnetických polí statora a rotora a vrcholov, keď sú obe polia navzájom ortogonálne. V skalárnej kontrole sa uhol medzi dvoma magnetickými poľami výrazne líši.

Vektorová kontrola dokáže v AC Motors opäť vytvoriť ortogonalitu. Aby sa riadil krútiaci moment, každý generuje prúd z generovaného magnetického toku, aby sa dosiahla citlivosť DC stroja. Ovládanie vektora ovládacieho motora AC je podobné ovládaniu samostatne excitovaného jednosmerného motora.

V jednostrannom motore je energia magnetického poľa φF generovaná excitačným prúdom, ak je ortogonálny k toku kotvy φa generovaného prúdom armatúry IA. Tieto magnetické polia sú oddelené a stabilizované vzhľadom na seba. Výsledkom je, že keď je prúd armatúrneho prúdu riadený na riadenie krútiaceho momentu, energia magnetického poľa zostáva neovplyvnená a realizuje sa rýchlejšia prechodná reakcia.

Ovládanie poľa (FOC) trojfázového striedavého motora pozostáva z napodobňovania prevádzky jednosmerného motora. Všetky kontrolované premenné sa matematicky transformujú na DC namiesto AC. jeho cieľový nezávislý riadiaci krútiaci moment a tok.

Existujú dve metódy riadenia orientácie poľa (FOC): Direct FOC: Smer magnetického poľa rotora (Rotorfluxangle) sa vypočíta priamo pomocou nepriameho FOC pozorovateľa toku: smer rotora magnetického poľa (rotorfluxangle) sa získa nepriamo odhadom alebo meraním rýchlosti rotora (sklz).

Vektorová kontrola vyžaduje znalosť polohy toku rotora a môže sa vypočítať pokročilými algoritmami pomocou znalostí terminálnych prúdov a napätia (pomocou dynamického modelu indukčného motora AC). Z hľadiska implementácie je však kritická potreba výpočtových zdrojov.

Na implementáciu algoritmov vektorových regulácií sa môžu použiť rôzne prístupy. Na zvýšenie reakcie a stability sa môžu použiť techniky feedforward, odhad modelu a techniky adaptívneho riadenia.

Vektorová kontrola AC Motors: Hlbšie porozumenie

Jadrom algoritmu riadenia vektora sú dve dôležité konverzie: konverzia Clark, konverzia parku a ich inverzia. Použitie prechodov Clark a parku umožňuje riadenie prúdu rotora do oblasti rotora. To umožňuje riadiacemu systému rotora určiť napätie, ktoré by sa malo dodávať do rotora, aby sa maximalizoval krútiaci moment pri dynamicky meniacom sa zaťažení.

Clark Conversion: Clark Matematická konverzia modifikuje trojfázový systém na dvojkoličkový systém:

Kde sú IA a IB komponenty ortogonálneho data a IO je nedôležitá homoplanárna komponent

Trojfázový prúd rotora verzus referenčný referenčný systém

Konverzia parku: Mathematická konverzia parku premieňa obojsmerný statický systém na rotačný systémový vektor.

Dvojfázová reprezentácia a, β rámca sa vypočíta konverziou Clarke a potom sa privádza do modulu otáčania vektora, kde otáča uhol 9, aby sa prispôsobil rámcu D, Q pripojeného k energii rotora. Podľa vyššie uvedenej rovnice sa realizuje konverzia uhla 9.

Základná štruktúra magnetického poľa orientovaného vektorového riadenia striedavého motora

Transformácia Clarke využíva trojfázové prúdy IA, IB, ako aj IC, ktoré sú vo fáze statora s pevným súradným statorom, sa transformujú na ISD a ISQ, ktoré sa stávajú prvkami v transformácii parku D, Q. Transformácia Clarke je založená na modeli tokov motora. Prúdy ISD, ISQ a okamžitý uhol toku 9, ktoré sa vypočítavajú z modelu toku motora, sa používajú na výpočet elektrického krútiaceho momentu striedavého indukčného motora.

Základy vektorovej kontroly AC Motors

Tieto odvodené hodnoty sa porovnávajú navzájom a referenčné hodnoty a aktualizované pomocou ovládača PI.

Tabuľka 1: Porovnanie riadenia motora a riadenia vektora:

Ovládací parameter	V/HZ Ovládanie	Jari kontrola	Sensor bezhlavo
Nastavenie rýchlosti	1%	0 001%	0 05%
Nastavenie krútiaceho momentu	Úbohý	+/- 2%	+/- 5%
Motor	Nie	Dopyt	Vyžaduje sa presný model
Výkon spracovania MCU	Nízky	Vysoký	Vysoký +DSP

Inherentnou výhodou riadenia motora založeného na vektoroch je to, že je možné použiť rovnaký princíp na výber príslušného matematického modelu na osobitné riadenie rôznych typov motorov AC, PM-AC alebo BLDC.

Vektorové ovládanie motora BLDC

Motor BLDC je hlavnou voľbou pre riadenie vektorov orientovaného na pole. Motory bez kefiek s FOC môžu dosiahnuť vyššiu účinnosť, až 95%a sú tiež veľmi efektívne pre motory pri vysokých rýchlostiach.

Ovládanie kroku

Krokové riadenie motora zvyčajne prijíma obojsmerný prúd hnacieho prúdu a jeho krokovanie motora sa realizuje prepínaním vinutia postupne. Zvyčajne má tento druh krokového motora 3 pohonné sekvencie:

1. 
   

   Jednofázová celá kroková jednotka:

   
   

V tomto režime je vinutie poháňané v nasledujúcom poradí, AB/CD/BA/DC (BA znamená, že vinutie AB je poháňané opačným smerom). Táto sekvencia sa nazýva jednofázový režim úplného kroku alebo režim riadený vlnami. Kedykoľvek je iba jeden ďalší poplatok.

2. Duálna fáza Full Step Drive:

V tomto režime sú tieto dve fázy nabité spolu, takže rotor je vždy medzi týmito dvoma pólmi. Tento režim sa nazýva full krok bifázy, tento režim je normálnou sekvenciou pohonu bipolárneho motora, môže výstup maximálny krútiaci moment.

3. Režim polovičného kroku:

Tento režim bude jednofázový krok a dvojfázový krok spolu napájanie: jednofázový výkon a potom dvojnásobný pridať napájanie a potom jednofázový výkon ... preto motor beží v polovičných krokoch. Tento režim sa nazýva režim polovičného kroku a účinný uhol kroku motora na excitáciu sa zníži o polovicu a výstupný krútiaci moment je tiež nižší.

Vyššie uvedené tri režimy sa môžu použiť na otáčanie v opačnom smere (proti smeru hodinových ručičiek), ale nie, ak je poradie obrátené.

Krokový motor má zvyčajne viac pólov, aby sa znížil uhol kroku, ale počet vinutí a pohonná sekvencia sú konštantné.

Všeobecný algoritmus riadenia motora DC

Všeobecné riadenie rýchlosti motora, najmä použitie dvoch obvodov motora: ovládanie CHOPPER PAPPER

Riadenie fázového uhla

Ovládanie fázového uhla je najjednoduchšia metóda na reguláciu rýchlosti všeobecných motorov. Rýchlosť je riadená zmenou uhol oblúka bodu. Kontrola fázového uhla je veľmi ekonomické riešenie, nie je však príliš účinné a náchylné na elektromagnetickú interferenciu (EMI).

Kontrola fázového uhla vo všeobecných motoroch

Vyššie uvedený diagram zobrazuje mechanizmus riadenia fázového uhla a je typickou aplikáciou regulácie rýchlosti TRIAC. Fázový pohyb impulzov TRIAC vytvára účinné napätie, čím sa vytvára rôzne rýchlosti motorických rýchlostí, a na stanovenie referencie na časovanie na oneskorenie bránového impulzu sa používa obvod s nulovým krížom.

PWM Chopper Control

Ovládanie PWM je pokročilejšie riešenie pre všeobecné riadenie rýchlosti motora. V tomto roztoku zapína výkonná MOFSET alebo IGBT na vysokofrekvenčnom napätí striedavého prúdu, aby sa vytvoril časovo premenlivé napätie pre motor.

PWM Chopper Control pre všeobecné motory

Rozsah prepínania frekvencie je zvyčajne 10-20 kHz, aby sa eliminoval hluk. Táto metóda riadenia motora na všeobecnom účele umožňuje lepšiu kontrolu prúdu a lepší výkon EMI, a preto vyššiu účinnosť.