Fırçasız DC (BLDC) motorlarının ilkeleri ve bunları kullanmanın doğru yolu

En temel motor 'DC motor (fırça motoru) ' dır. Manyetik bir alana bir bobin yerleştirerek ve içinden akan bir akım geçirerek, bobin bir taraftaki manyetik kutuplar tarafından püskürtülecek ve aynı zamanda diğer taraftan çekilecek ve bu eylem altında dönmeye devam edecektir. Dönme sırasında, bobin içinden akan akım tersine çevrilir ve sürekli olarak dönmesine neden olur. Motorun 'Direksiyon Dişlisi ' in üzerine yerleştirilmiş ve döndükçe sürekli hareket eden 'Fırçalar ' ile güçlendirilen 'komütatör ' adlı bir kısmı vardır. Fırçaların konumunu değiştirerek akımın yönü değiştirilebilir. Komütatör ve fırçalar, bir DC motorunun dönüşü için vazgeçilmez yapılardır.

Şekil 1: Bir DC motorunun (fırçalanmış motor) çalışmasının şematik diyagramı.

Komütatör, bobin içindeki akım akışını değiştirir ve kutupların yönünü ters çevirir, böylece her zaman sağa dönerler. Fırçalar, şaftla dönen komütatöre güç sağlar.

Birçok alanda aktif motorlar

Motorları güç kaynağı türüne ve rotasyon ilkesine göre sınıflandırdık (Şekil 2). Her bir motor türünün özelliklerine ve kullanımlarına kısa bir göz atalım.

Şekil 2: Ana motor türleri

Basit ve kontrol edilmesi kolay olan DC motorları (fırçalanmış motorlar) genellikle optik disk tepsilerinin ev aletlerinde açılması ve kapatılması gibi uygulamalar için kullanılır. Ayrıca, elektrik aynalarının açılması ve kapatılması ve yön kontrolü gibi uygulamalar için otomobillerde de kullanılırlar. Ucuz olmasına ve birçok alanda kullanılabilmesine rağmen, dezavantajları vardır. Komütatör fırçalarla temas ettiğinden, kısa bir ömrü vardır ve fırçalar periyodik olarak veya garanti altında değiştirilmelidir.

Bir step motor, ona gönderilen elektrik darbelerinin sayısı ile dönecektir. Hareket miktarı, kendisine gönderilen elektrik dürtülerinin sayısına bağlıdır, bu da onu konum ayarlaması için uygun hale getirir.

Genellikle evde 'faks makinelerinin ve yazıcıların kağıt beslenmesi ' vb. İçin kullanılır. Bir faks makinesinin beslenme adımları spesifikasyonlara (gravür, incelik) bağlı olduğundan, elektriksel impuls sayısı ile dönen bir basamak motoru kullanımı çok kolaydır. Sinyal durduğunda makinenin geçici olarak durduğu sorunu çözmek kolaydır. Rotasyon sayısı güç kaynağının frekansına göre değişen senkron motorlar, mikrodalga fırınlar için 'döner tablolar gibi uygulamalarda kullanılır.

Motor seti, yiyecekleri ısıtmak için uygun rotasyon sayısını elde etmek için bir dişli redüktörüne sahiptir. İndüksiyon motorları da güç kaynağının sıklığından etkilenir, ancak devrim sıklığı ve sayısı çakışmaz. Geçmişte, bu AC motorları fanlarda veya çamaşır makinelerinde kullanılmıştır.

Gördüğünüz gibi, çeşitli alanlarda çok çeşitli motorlar aktiftir. BLDC motorlarının özellikleri nelerdir (fırçasız motorlar ) onları çok yönlü yapan?

Bir BLDC motor nasıl döner?

'Bl ' Bldc motorlar 'fırçasız ' anlamına gelir, yani DC motorlarındaki (fırça motorları) 'fırçalar ' artık mevcut değildir. Fırçaların DC motorlarındaki (fırça motorları) rolü, komütatörden rotordaki bobinlere enerji vermektir. Peki fırçaları olmayan bir BLDC motor rotordaki bobinlere nasıl enerji verir? BLDC motorlarının rotor için kalıcı mıknatıslar kullandığı ve rotorda bobin olmadığı ortaya çıkıyor. Rotorda bobin olmadığından, motora enerji vermek için bütülere ve fırçalara gerek yoktur. Bunun yerine bobin stator olarak kullanılır (Şekil 3).

Bir DC motorundaki (fırça motoru) sabit kalıcı mıknatıslar tarafından oluşturulan manyetik alan, içinde bobin (rotor) tarafından oluşturulan manyetik alanı kontrol ederek hareket etmez ve dönmez. Dönme sayısı voltaj değiştirilerek değiştirilir. Bir BLDC motorunun rotoru kalıcı bir mıknatıstır ve rotor, etrafındaki bobinler tarafından oluşturulan manyetik alanın yönünü değiştirerek döndürülür. Rotorun dönüşü, bobinlerden akan akımın yönünü ve büyüklüğünü kontrol ederek kontrol edilir.

Şekil 3: BLDC motor işleminin şematik diyagramı.

   

BLDC motorlarının avantajları

BLDC motorlarında stator üzerinde, her biri iki kabloya sahip, motorda toplam altı kurşun kablo için üç bobin vardır. Gerçekte, içsel olarak kablolu oldukları için genellikle sadece üç kablo gereklidir, ancak daha önce tarif edilen DC motorundan (fırçalanmış motor) bir tane daha fazladır. Pozitif ve negatif pil terminallerini birbirine bağlayarak hareket etmez. Nasıl çalıştırılacağına gelince BLDC motoru bu serinin ikinci taksitinde açıklanacak. Bu kez BLDC Motors'un avantajlarına odaklanacağız.

Bir BLDC motorunun ilk özelliği 'yüksek verimlilik ' dir. Her zaman maksimum değeri korumak için dönme kuvvetini (tork) kontrol etmek mümkündür, oysa DC motorlarında (fırça motorları), maksimum tork dönme sırasında sadece tek bir an için korunabilir ve maksimum değer her zaman korunamaz. Bir DC motoru (fırça motoru) bir BLDC motoru kadar tork almak istiyorsa, sadece mıknatısını artırabilir. Bu yüzden küçük bir BLDC motoru bile çok fazla güç üretebilir.

İkinci özellik, birincisi ile ilgili olan 'iyi kontrol edilebilirlik ' dir. BLDC Motorları , tork, devrim sayısı vb., Tam olarak olmasını istediğiniz gibi alabilir ve BLDC motorları tam olarak hedef devrim, tork vb. Kesin kontrol, motorun ısı üretimini ve güç tüketimini bastırır. Pil sürüşü durumunda, sürücü süresini dikkatli kontrol ile uzatmak mümkündür. Buna ek olarak, dayanıklılık ve düşük elektriksel gürültü ile karakterizedir. Yukarıdaki iki nokta, fırçasız tarafından getirilen avantajlardır.

Öte yandan, DC motorları (fırçalanmış motorlar), uzun bir süre boyunca fırçalar ve komütatör arasındaki temas nedeniyle aşınmaya ve yıpranmaya tabidir. Temas parçası da kıvılcımlar üretir. Özellikle komütatörün boşluğu fırçaya dokunduğunda, büyük bir kıvılcım ve gürültü olacaktır. Kullanım sırasında gürültünün üretilmesini istemiyorsanız, bir BLDC motoru dikkate alınacaktır.

BLDC motorları bu alanlarda kullanılır

Yüksek verimlilik, çok yönlü kullanım ve genellikle uzun ömürlü BLDC motorları genellikle kullanılır? Genellikle yüksek verimliliği ve uzun ömürlerini kullanabilen ve sürekli olarak kullanılan ürünlerde kullanılırlar. Örneğin, ev aletleri. İnsanlar uzun zamandır çamaşır makineleri ve klimalar kullanıyorlar. Son zamanlarda, elektrikli hayranlar için BLDC motorları benimsenmiştir ve güç tüketimini önemli ölçüde azaltmayı başarmıştır.

Yüksek verimlilik nedeniyle güç tüketimi azaltılmıştır. BLDC motorları da elektrikli süpürgelerde kullanılır. Bir durumda, kontrol sistemini değiştirerek, devir sayısında büyük bir artış gerçekleşti. Bu örnek BLDC motorlarının iyi kontrol edilebilirliğini göstermektedir.

BLDC motorları, önemli depolama ortamı olan sabit disklerin dönen kısmında da kullanılır. Uzun süre çalışması gereken bir motor olduğundan, dayanıklılık önemlidir. Tabii ki, aynı zamanda güç tüketimini son derece bastırma amacına sahiptir. Buradaki yüksek verimlilik, düşük elektrik tüketimi ile de ilgilidir.

BLDC Motorlar için daha çok kullanımı var

BLDC motorlarının daha geniş bir alanda kullanılması beklenmektedir ve bunlar üretim dışındaki alanlarda hizmet sağlayan çok çeşitli küçük robotlarda, özellikle 'servis robotları ' da kullanılacaktır. 'Konumlandırma robotlar için önemlidir, bu nedenle elektrik darbelerinin sayısıyla çalışan basamak motorları kullanmamalıyız? ' Biri böyle düşünebiliriz. Bununla birlikte, kuvvet kontrolü açısından, BLDC motorları daha uygundur. Buna ek olarak, step motorlar kullanılırsa, robotun bileği gibi bir yapının belirli bir konumda sabitlenebilmek için büyük miktarda akım sağlanması gerekir. İle BLDC motorları , sadece gerekli güç harici bir kuvvetle birlikte sağlanabilir, böylece güç tüketimini engeller.

Ulaşımda da kullanılabilir. Basit DC motorları uzun zamandır yaşlılar için elektrikli otomobillerde veya golf arabalarında kullanılmaktadır, ancak son zamanlarda iyi kontrol edilebilirliğe sahip yüksek verimli BLDC motorlar benimsenmiştir. BLDC motorları dronlarda da kullanılır. Özellikle çok eksenli raflara sahip İHA'larda, pervanelerin rotasyon sayısını değiştirerek uçuş tutumunu kontrol ettiği için, rotasyonları tam olarak kontrol edebilen BLDC motorlar avantajlıdır.

Peki ya buna? BLDC motorları yüksek verimliliğe, iyi kontrol ve uzun ömürlü yüksek kaliteli motorlardır. Bununla birlikte, BLDC motorlarının gücünü en üst düzeye çıkarmak uygun kontrol gerektirir. Nasıl yapılmalı?

Tek başına bağlantı ile dönemez

İç rotor tipi BLDC motoru tipik bir BLDC motorudur ve dış ve iç kısmı aşağıda gösterilmiştir (Şekil 1). Bir fırça DC motoru (bundan böyle bir DC motoru olarak anılacaktır) rotorda bir bobin ve dışarıda kalıcı bir mıknatıs vardır, bir BLDC motoru rotorda kalıcı bir mıknatıs ve bir bobin vardır ve bir BLCD motor rotor üzerinde bir bobin olmadan kalıcı bir mıknatıs vardır, bu nedenle rotora enerji vermeye gerek yoktur. Bu, enerji için fırçalar olmadan 'fırçasız bir tür ' gerçekleştirmeyi mümkün kılar.

Öte yandan, DC motorlara kıyasla kontrol zorlaşır. Bu sadece motorun kablolarını güç kaynağına bağlama meselesi değildir. Kablo sayısı bile farklıdır. 'Pozitif (+) ve negatif (-) terminalleri güç kaynağına bağlamak' ile aynı değildir.

Şekil 1: BLDC motorunun dış ve iç kısmı

Şekil 2-A: BLDC motor rotasyon prensibi

Enerjili faz veya bobindeki akımı kontrol etmek için toplam üç bobin için 120 derece aralıklarla BLDC motoruna bir bobin yerleştirilir.

Şekil 2-A'da gösterildiği gibi, BLDC motorları üç bobin kullanır. Bu üç bobin, enerji verildiğinde manyetik akı üretmek için kullanılır ve U, V ve W. olarak adlandırılır. Bu bobine enerji vermeyi dener. Bobin u üzerindeki mevcut yol (bundan sonra 'bobin ' olarak adlandırılır) faz u olarak kaydedilir, v faz V olarak kaydedilir ve W faz olarak kaydedilir. Faz. Faz U'ya bir göz atın. U fazına elektrik uygulandığında, manyetik akı okun yönünde Şekil 2-B'de gösterildiği gibi üretilir. Bununla birlikte, gerçekte, U, V ve W fazları U fazı ile aynı değildir.

Bununla birlikte, gerçekte, U, V ve W'nin kabloları birbirine bağlıdır, bu nedenle sadece U fazına enerji vermek mümkün değildir. Burada, U fazından W fazına enerji vermek, Şekil 2-C'de gösterildiği gibi U ve W'da manyetik akı üretecektir. U ve W'nin iki manyetik akısı, Şekil 2-D'de gösterilen daha büyük manyetik akıya sentezlenir. Kalıcı mıknatıs, bu sentezlenmiş manyetik akının merkezi kalıcı mıknatısın (rotor) N kutbu ile aynı yönde olacak şekilde döndürülecektir.

Şekil 2-B: BLDC motorunun dönme prensibi

Akı U-fazından W-fazına enerji verilir. İlk olarak, sadece bobinin U kısmına odaklanarak, oklarda olduğu gibi manyetik bir akının üretildiği bulunmuştur.

Şekil 2-D: Bir BLDC motoru geçiren elektriğin Faz U'dan F-W'ye dönüşme prensibi, sentezlenen iki manyetik akının üretilmesi olarak düşünülebilir

Sentezlenen manyetik akının yönü değiştirilirse, kalıcı mıknatıs da değiştirilir. Kalıcı mıknatısın konumu ile birlikte, sentezlenen manyetik akının yönünü değiştirmek için U-fazı, V-fazı ve W-fazında enerjilendirilen fazı değiştirin. Bu işlem sürekli olarak gerçekleştirilirse, sentezlenen manyetik akı döner, böylece manyetik bir alan oluşturur ve rotoru döndürür.

İNCİR. 3 enerjili faz ile sentetik manyetik akı arasındaki ilişkiyi gösterir. Bu örnekte, enerji veren modu sırayla 1-6'dan değiştirerek, sentetik manyetik akı saat yönünde dönecektir. Sentezlenen manyetik akının yönünü değiştirerek ve hızı kontrol ederek, rotorun dönüş hızı kontrol edilebilir. Bu altı enerji modları arasında geçiş yaparak motoru kontrol etme yöntemine '120 derecelik enerji kontrolü ' denir.

Şekil 3: Rotorun kalıcı mıknatısları, sentetik bir manyetik akı tarafından çekilmiş gibi dönecek ve motorun şaftı sonuç olarak dönecek

Sinüs dalgası kontrolü kullanarak pürüzsüz rotasyon

Daha sonra, sentezlenen manyetik akının yönü 120 derecelik enerjili kontrol altında döndürülse de, sadece altı farklı yön vardır. Örneğin, Şekil 3'teki 'enerjili mod 1 ' ni 'enerjili mod 2 ' ile değiştirirseniz, sentetik manyetik akının yönü 60 derece değişecektir. Rotor daha sonra çekilmiş gibi döner. Daha sonra, 'enerjik mod 2 ' den 'Enerjili Mod 3 ' den değiştirerek, sentetik manyetik akının yönü tekrar 60 derece değişecektir. Rotor yine bu değişikliğe çekilecek. Bu fenomen tekrarlanacaktır. Hareket sertleşecek. Bazen bu eylem de gürültü yapar.

120 derecelik enerjik kontrolün eksikliklerini ortadan kaldıran ve düzgün rotasyon sağlayan 'sinüs dalga kontrolü '. 120 derecelik güç kontrolünde, sentezlenen manyetik akı altı yöne sabitlenir. Sürekli değişecek şekilde kontrol edilir. Şekil 2-C'deki örnekte, U ve W tarafından üretilen akışlar aynı büyüklüktedir. Bununla birlikte, U-fazı, V-fazı ve W-fazı daha iyi kontrol edilebilirse, bobinlerin her biri farklı boyutlarda manyetik akı oluşturmak için yapılabilir ve sentezlenen manyetik akının yönü tam olarak kontrol edilebilir. U fazı, V-fazı ve W-fazının her birinin mevcut boyutunu ayarlayarak, aynı anda sentezlenmiş bir manyetik akı üretilir. Bu akının sürekli üretimini kontrol ederek motor sorunsuz bir şekilde döner.

Şekil 4: Sinüs dalgası kontrolü sinüs dalgası kontrolü

3 aşamadaki akım, düz dönme için sentetik manyetik akı üretmek için kontrol edilebilir. Sentetik manyetik akı, 120 derecelik enerjili kontrol tarafından üretilemeyen bir yönde üretilebilir

Bir motoru kontrol etmek için bir invertör kullanmak

U, V ve W'nin her aşamasındaki akımlar ne olacak? Anlamayı kolaylaştırmak için 120 derecelik enerjik kontrolü düşünün ve bir göz atın. Şekil 3'e tekrar bakın. Enerjili mod 1'de akım U'dan W'ye akar; Enerjili mod 2'de, akım U'dan V'ye akar. Gördüğünüz gibi, akım akışlarının değiştiği bobin kombinasyonu, sentetik akı oklarının yönü de değişir.

Ardından, Enerji Modu 4'e bakın. Bu modda, enerji modunun ters yönünde akım W'den U'ya akar. DC motorlar , bunun gibi mevcut yönün değiştirilmesi, komütatör ve fırçaların bir kombinasyonu ile yapılır. Ancak, BLDC motorları böyle bir temas türü yöntemi kullanmaz. Akımın yönünü değiştirmek için bir invertör devresi kullanılır. İnvertör devreleri genellikle BLDC motorlarını kontrol etmek için kullanılır.

İnvertör devresi, her bir fazda uygulanan voltajı değiştirerek akım değerini ayarlar. Voltaj ayarlaması için, PWM (PulseWidthmodulation = Pulse Genişlik Modülasyonu) yaygın olarak kullanılır. Açma oranı yüksekse, voltajın artmasıyla aynı etki elde edilebilir. Açma oranı azalırsa, voltaj azaltma ile aynı etki elde edilir (Şekil 5).

PWM'yi gerçekleştirmek için özel donanımlarla donatılmış mikrobilgisayarlar artık mevcuttur. Sinüs dalgası kontrolünü gerçekleştirmek için 3 fazın voltajlarını kontrol etmek gerekir, bu nedenle yazılım sadece 2 aşamanın enerjilendirildiği 120 derece enerjik kontrolden biraz daha karmaşıktır. İnvertör bir BLDC motoru sürmek için gerekli bir devredir. İnvertörler AC motorlarda da kullanılır, ancak neredeyse tüm BLDC motorlarının 'inverter-type ' ev aletleri olarak adlandırılan şeyde kullanıldığı varsayılabilir.

Şekil 5: PWM çıkışı ve çıkış voltajı arasındaki ilişki

Voltajın RMS değerini değiştirmek için belirli bir zamanda zamanında değiştirin.

Zamanla ne kadar uzun olursa,% 100 voltaj uygulandığında (zamanında) RMS değeri voltaja o kadar yakın olur.

Konum sensörlerini kullanan BLDC Motorları Yukarıdaki, bobinler tarafından üretilen sentezlenmiş manyetik akının yönünü değiştiren ve rotorun kalıcı mıknatıslarının buna göre değişmesine neden olan BLDC motorlarının kontrolüne genel bir bakıştır.

Aslında, yukarıdaki açıklamada belirtilmeyen başka bir nokta daha var. Yani, BLDC motorlarında sensörlerin varlığı. BLDC motorları, rotorun (kalıcı mıknatıs) konumu (açısı) ile birlikte kontrol edilir. Bu nedenle, rotorun konumunu elde etmek için bir sensör gereklidir. Kalıcı mıknatısın yönünü bilecek bir sensör yoksa, rotor beklenmedik bir yöne dönebilir. Bilgi sağlamak için bir sensör olduğunda bu durum böyle değildir.

Tablo 1, BLDC motorlarında konum tespiti için ana sensör türlerini göstermektedir. Kontrol yöntemine bağlı olarak farklı sensörlere ihtiyaç vardır. 120 derecelik enerji kontrolü için, bir sinyali her 60 derece girebilen bir salon efekt sensörü, hangi fazın enerji verileceğini belirlemek için donanımlıdır. Öte yandan, sentezlenmiş manyetik akıyı tam olarak kontrol eden 'vektör kontrol ' (bir sonraki bölümde açıklanmıştır) için, köşe sensörleri veya fotoelektrik kodlayıcılar gibi yüksek hassasiyet sensörleri daha etkilidir.

Bu sensörlerin kullanımı pozisyonu tespit etmeyi mümkün kılar, ancak bazı dezavantajlar vardır. Sensörler toza daha az dayanıklıdır ve bakım esastır. Üzerinde kullanılabilecekleri sıcaklık aralığı da azaltılır. Sensörlerin kullanımı veya bu amaç için kablolama eklenmesi maliyetlerin artmasına neden olur ve yüksek hassasiyetli sensörler doğal olarak pahalıdır. Bu 'sensörsüz ' yönteminin tanıtımına yol açtı. Konum tespiti için bir sensör kullanmaz, böylece maliyetleri kontrol eder ve sensörle ilişkili bakım ihtiyacını ortadan kaldırır. Bununla birlikte, prensibi göstermek amacıyla, bilginin konum sensöründen alındığı varsayılmaktadır.

Sensör tipi	Ana uygulamalar	Özellikler
Salon efekt sensörü	120 derece enerjik kontrol	Her 60 derece sinyal alır. Düşük fiyat. Isıya dayanıklı değil.
Optik kodlayıcı	Sinüs dalga kontrolü, vektör kontrolü	İki tür vardır: artımlı tip (orijinal konumdan geçen mesafe bilinir) ve mutlak tip (mevcut konumun açısı bilinir). Çözünürlük yüksektir, ancak toz direnci zayıftır.
Açılı sensör	Sinüs dalga kontrolü, vektör kontrolü	Yüksek çözünürlük. Sağlam ve sert ortamlarda bile kullanılabilir.

Tablo 1: Konum algılaması için uzmanlaşmış sensörlerin türleri ve özellikleri

Vektör kontrolü ile her zaman yüksek verimlilik korunur

Sinüs dalgası kontrolü, 3 aşamaya enerji vererek sentezlenen manyetik akının yönünü sorunsuz bir şekilde değiştirir, böylece rotor sorunsuz bir şekilde döner. 120 derecelik enerji kontrolü, motoru döndürmek için U fazı, V-fazı ve W-fazının 2'sini değiştirirken, sinüzoidal kontrol 3 fazdaki akımların kesin kontrolünü gerektirir. Ayrıca, kontrol değeri her zaman değişen bir AC değeridir ve kontrol edilmesini zorlaştırır.

Vektör kontrolü devreye girer. Vektör kontrolü, koordinat dönüşümü yoluyla iki fazın DC değerleri olarak üç fazın AC değerlerini hesaplayarak kontrolü basitleştirir. Bununla birlikte, vektör kontrol hesaplamaları yüksek çözünürlükte rotor konum bilgilerini gerektirir. Konum tespiti için iki yöntem vardır, yani fotoelektrik kodlayıcılar veya köşe sensörleri gibi konum sensörlerini kullanan yöntem ve her fazın mevcut değerlerini tahmin eden sensörsüz yöntem. Bu koordinat dönüşümü, torkla (dönme kuvveti) ilişkili akım değerinin doğrudan kontrolünü sağlar, böylece aşırı akım olmadan verimli kontrolü gerçekleştirir.

Bununla birlikte, vektör kontrolü trigonometrik fonksiyonlar veya karmaşık hesaplama işlemeyi kullanarak koordinat dönüşümü gerektirir. Bu nedenle, çoğu durumda, yüksek hesaplama gücüne sahip mikrobilgisayarlar, FPU'larla donatılmış mikrobilgisayarlar (yüzen nokta birimleri) gibi kontrol mikrobilgisayarları olarak kullanılır.

Elektronik olarak işe alınmış bir motor (ECM veya EC motoru) veya senkron DC motoru olarak da bilinen fırçasız bir DC motoru (BLDC: FurslessDirectCurrentMotor), doğrudan akım (DC) güç kaynağı kullanan bir tür senkron motor türüdür.

Fırçasız bir DC motoru (BLDC: fırçasız doğrudan akım motoru) esasen, üç fazlı AC güç kaynağına dönüştürmek için bir DC güç girişi ve bir invertör kullanan konum geri bildirimine sahip kalıcı bir mıknatıs senkron motordur. A Fırçasız motor (BLDC: Fırçasız DirectCurrent Motor) kendi kendine yapılan bir tiptir (kendi kendine yönlendirme anahtarı) ve bu nedenle kontrol edilmesi daha karmaşıktır.

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

BLDC motoru (FurslessDirectCurrentMotor) kontrolü, motorun düzeltildiği ve yönlendirildiği rotor pozisyonu ve mekanizma hakkında bilgi gerektirir. Kapalı döngü hız kontrolü için, iki ek gereksinim vardır, rotor hızının/ veya motor akımının ölçümü ve motor hız gücünü kontrol etmek için bir PWM sinyali.

BLDC Motorları (Fırçıksız DirectCurrentMotor), uygulama gereksinimlerine bağlı olarak yan hizalanmış veya merkez hizalanmış PWM sinyallerini kullanabilir. Yalnızca hız değişimi işlemi gerektiren uygulamaların çoğu, altı ayrı yan hizalı PWM sinyalini kullanacaktır. Bu en yüksek çözünürlüğü sağlar. Uygulama sunucu konumlandırma, enerji frenleme veya güç tersine çevrilmesini gerektiriyorsa, tamamlayıcı merkezle hizalanmış PWM sinyalleri önerilir.

Rotor konumunu algılamak için BLDC Motors (Fırçıksız DirectCurrentMotor) mutlak pozisyon algılama sağlamak için salon efekt sensörleri kullanın. Bu, daha fazla kablo ve daha yüksek maliyet kullanımı ile sonuçlanır. Sensörsüz BLDC kontrolü, salon sensörlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve bunun yerine rotor konumunu tahmin etmek için motorun karşı elektromotif kuvvetini (elektromotif kuvveti) kullanır. Sensörsüz kontrol, fan ve pompalar gibi düşük maliyetli değişken hız uygulamaları için kritiktir. BDLC motorları (fırçasız doğrudan akım motorları) kullanıldığında buzdolabı ve klima kompresörleri için sensörsüz kontrol gereklidir.

Her türlü motor var ve BLDC motor bugün mevcut olan en ideal hız motoru. DC motorlarının ve AC motorlarının avantajlarını, DC motorlarının iyi ayarlama performansı ve basit yapı, komisyon kıvılcımı yok, güvenilir çalışma ve kolay bakım gibi AC motorlarının avantajları ile birleştirir. Bu nedenle, pazarda çok popülerdir ve otomobil, ev aletleri, endüstriyel ekipman ve diğer alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Fırçasız DC motor, fırça DC motorunun doğal kusurlarının üstesinden gelir ve mekanik komütatörün elektronik komütatör ile değiştirilmesi, bu nedenle fırçasız DC motoru iyi hız regülasyon performansına sahip DC motorunun özelliklerine sahiptir ve ayrıca basit yapıya sahip AC motorunun avantajlarına sahiptir, hiçbir komisyon kıvılcım, güvenilir çalışma ve kolay bakım.

Fırçasız DC motor (Fırçıksız DirectCurrentMotor) bugün en ideal hız kontrol motorudur. DC motorlarının ve AC motorlarının avantajlarını, DC motorlarının iyi ayarlama performansı ve basit yapı, komütasyon kıvılcımları, güvenilir çalışma ve kolay bakım gibi AC motorlarının avantajları ile birleştirir.

Fırçasız doğrudan akım motoru (FurslessDirectCurrentMotor) Geliştirme Geçmişi

Fırçasız DC motorları fırça motorları temelinde geliştirilir ve yapıları fırça motorlarından daha karmaşıktır. Fırçasız DC motor motor gövdesi ve sürücüden oluşur. Fırçalanmış DC motorundan farklı, fırçasız DC motor (Fırçasız DirectcurrentMotor) mekanik fırça cihazı kullanmaz, ancak kare dalga kendini kontrol kalıcı mıknatıs senkron motorunu benimser ve karbon fırçası komutatörü rotorun kalıcı mıknatıs malzemesi olarak neodyomiyum-demir-boron kullanır. (Geçen yüzyılda elektrik motorunun doğum sırasında ortaya çıkan pratik motorların fırçasız formda olduğuna dikkat edilmelidir.)

1740'lar: elektrik motorunun buluşunun başlangıcı

Elektrik motorunun ilk modelleri ilk olarak 1740'larda İskoç bilim adamı Andrew Gordon'un çalışmasıyla ortaya çıktı. Michael Faraday ve Joseph Henry gibi diğer bilim adamları, erken motorlar geliştirmeye, elektromanyetik alanları denemeye ve elektrik enerjisinin mekanik enerjiye nasıl dönüştürüleceğini keşfetmeye devam ettiler.

1832: İlk Komütatör DC Motorunun Buluşu

Makineleri sürmek için yeterli güç sağlayabilen ilk DC motoru, 1832'de İngiliz fizikçi William Sturgeon tarafından icat edildi, ancak uygulaması hala teknik olarak kusurlu düşük güç çıkışı nedeniyle ciddi şekilde sınırlıydı.

1834: İlk gerçek elektrik motoru inşa edildi

Sturgeon'un ayak izlerini takip eden ABD, Vermont Thomas Davenport, 1834'te ilk resmi pille çalışan elektrikli motoru icat ederek tarih yazdı. Görevini gerçekleştirmek için yeterli güce sahip ilk elektrik motoruydu. Buluşu 1837, Thomas Davenport ve karısı, Emily Davenport ilk patentini aldı.

Homas ve Emily Davenport'un patentli motoru

1886: Pratik DC motorunun icadı    

1886'da, değişken ağırlık ile sabit hızda çalışabilen ilk pratik DC motoru tanıtıldı. Frankjulian Sprague mucitiydi.

Frank Julian Sprague's 'Utility ' Motor

Fayda motorunun, sadece sarma terminallerinde kıvılcımları ve voltaj kayıplarını ortadan kaldıran AC sincap kafesi asenkron motorun fırçasız bir formu olduğunu, aynı zamanda gücün sabit bir hızda verilmesine izin verdiğini belirtmek gerekir. Bununla birlikte, eşzamansız motorun birçok aşılmaz kusuru vardı, böylece motor teknolojisinin gelişimi yavaştı.

1887: AC indüksiyon motoru patentli

1887'de Nikola Tesla, bir yıl sonra başarılı bir şekilde patentli olduğu AC indüksiyon motorunu (AcinductionMotor) icat etti. Karayolu araçlarında kullanım için uygun değildi, ancak daha sonra Westinghouse mühendisleri tarafından uyarlandı. 1892'de ilk pratik indüksiyon motoru tasarlandı, ardından dönen bir çubuklu rotor izlendi, bu da motoru otomotiv uygulamaları için uygun hale getirdi.

1891: Üç fazlı motorun gelişimi

1891'de General Electric, üç fazlı indüksiyon motorunun (üçlü indüksiyon) geliştirilmesine başladı. Yara rotor tasarımını kullanmak için GE ve Westinghouse 1896'da çapraz lisanslama anlaşması imzaladılar.

1955: DC fırçasız motor döneminin başlangıcı

1955'te Amerika Birleşik Devletleri d. Harrison ve diğerleri, modern fırçasız DC motorunun (Fırçıksız DirectCurrentMotor) doğumunu resmen işaretleyen fırça DC motor mekanik fırça patenti yerine bir transistör iletim hattı ile ilk kez başvurdular. Bununla birlikte, o zaman motor rotor pozisyon algılama cihazı yoktu, motorun başlama yeteneği yoktu.

1962: İlk fırçasız DC (BLDC) motoru, 1960'ların başında katı hal teknolojisindeki ilerlemeler sayesinde icat edildi. 1962'de TGWILSON ve PHTRICKEY, 'Katı Hal Goted DC Motor ' adını verdikleri ilk BLDC motorunu icat ettiler. Anahtar unsuru Fırçasız motor, fiziksel bir komütatör gerektirmemesiydi, bu da onu bilgisayar disk sürücüleri, robotlar ve uçaklar için en popüler seçim haline getirdi.

Rotor konumunu tespit etmek ve fırçasız DC motorlarını pratik hale getirmek için sarma akımının faz değişimini kontrol etmek için salon elemanları kullandılar, ancak transistör kapasitesi ve nispeten düşük motor gücü ile sınırlıydı.

1970'ler sunmak için: Fırçasız DC motor uygulamalarının hızlı gelişimi

1970'lerden bu yana, yeni güç yarı iletken cihazlarının (GTR, MOSFET, IGBT, IPM gibi) ortaya çıkmasıyla, bilgisayar kontrol teknolojisinin (mikro denetleyici, DSP, yeni kontrol teorileri) hızlı gelişimi (aynı zamanda yüksek performanslı nadir-toprak teorileri) (aynı zamanda nadir-toprak kalıcı mıknatıs malzemeleri (neodymiyum-liron-borm), neodymiyum-lirans, fırçalanma, fırlatma, fırlatma, fırça hızla gelişti. FUIRLESSDirectCurrentMotor) hızla geliştirilmiştir ve kapasite artmaktadır. Mac Classic Fursless DC Motor ve sürücüsünün 1978'de tanıtımı ve kare dalga araştırması ve geliştirilmesi ile teknoloji odaklı endüstriyel gelişme ile Fırçasız motor ve sinüs dalgası fırçasız DC motor 80'lerde, fırçasız motorlar gerçekten pratik aşamaya girmeye ve hızlı bir gelişmeye başladı.

Fırçasız DC motor genel yapısı ve prensibi

Fırçasız DC motor (Fırçıksız DirectCurrentMotor), tipik bir mekanik ürün olan senkron motor ve sürücüden oluşur. Senkron motorun stator sargısı çoğunlukla üç fazlı asenkron motora çok benzer olan üç fazlı simetrik yıldız bağlantısına dönüştürülür.

BLDCM kontrol sisteminin yapısı üç ana parça içerir: motor gövdesi, sürüş devresi ve kontrol devresi. Çalışma işleminde, motor voltajı, akım ve rotor konum bilgisi, karşılık gelen kontrol sinyallerini oluşturmak için kontrol devresi tarafından toplanır ve işlenir ve tahrik devresi, kontrol sinyallerini aldıktan sonra motor gövdeyi tahrik eder.

Fırçasız DC motoru (Fırçıksız DirectcurrentMotor) esas olarak bobin sargılı bir stator, kalıcı mıknatıs malzemesinden yapılmış bir rotor ve bir konum sensörü. Konum sensörü, gerektiği gibi, yapılmamış bırakılabilir.

Stator

Bir BLDC motorunun stator yapısı, bir indüksiyon motoruna benzer. Sargı için eksenel oluklara sahip yığılmış çelik laminasyonlardan oluşur. BLDC'deki sargılar, geleneksel indüksiyon motorlarındakinden biraz farklıdır.

BLDC Motor Stator

Tipik olarak, çoğu BLDC motor, bir yıldız veya 'y ' şekline bağlı üç stator sargısından oluşur (nötr yok). Ek olarak, bobin ara bağlantılarına dayanarak, stator sargıları ayrıca trapezoidal ve sinüzoidal motorlara bölünür.

BLDC motoru ters elektromotif kuvveti

Bir trapezoidal motorda, hem tahrik akımı hem de karşı elektromotif kuvveti trapezoidal bir şekle sahiptir (sinüzoidal motor durumunda sinüzoidal). Tipik olarak, 48 V olarak derecelendirilen motorlar (veya daha az) otomotiv ve robotiklerde (hibrid otomobiller ve robot kolları) kullanılır.

Rotor

Bir BLDC motorunun rotor kısmı kalıcı mıknatıslardan (genellikle neodimyum (ND), Samaryum Kobalt (SMCO) ve Neodimyum Demir Bor (Ndfeb) gibi nadir toprak alaşım mıknatıslarından oluşur.

Uygulamaya bağlı olarak, kutup sayısı iki ila sekiz arasında değişebilir, Kuzey Kutbu (N) ve Güney Kutbu (S) dönüşümlü olarak yerleştirilir. Aşağıdaki şemada üç farklı manyetik kutup düzenlemesini göstermektedir.

(a) Mıknatıs rotorun çevresine yerleştirilir.

(b) Dikdörtgen bir kalıcı mıknatısın rotorun çekirdeğine gömüldüğü elektromanyetik olarak gömülü bir rotor adı verilen bir rotor.

(c) Mıknatıs rotorun çekirdeğine yerleştirilir. 

BLDC Motor Rotor Konum Sensörü (Salon Sensörü)

BLDC motorlarında fırça olmadığından, komisyon elektronik olarak kontrol edilir. Motoru döndürmek için, stator sargılarına sırayla enerji verilmeli ve belirli bir stator sargılarına doğru bir şekilde enerji vermek için rotorun (yani rotorun kuzey ve güney kutupları) konumu bilinmelidir.

Salon sensörlerini kullanan konum sensörleri (salon efekt prensibi üzerinde çalışan), rotorun konumunu tespit etmek ve bir elektrik sinyaline dönüştürmek için yaygın olarak kullanılır. Çoğu BLDC motor, rotorun konumunu tespit etmek için statora gömülü üç salon sensörü kullanır.

Salon sensörleri, ilk olarak 1879'da metalik malzemelerde Amerikan fizikçi salonu tarafından keşfedilen salon etkisine dayanan bir sensör türüdür, ancak metalik malzemelerdeki salon etkisi çok zayıf olduğu için kullanılmamıştır. Yarıiletken teknolojisinin geliştirilmesiyle, salon etkisi önemlidir ve uygulanmış ve geliştirilmiş nedeniyle salon bileşenleri üretmek için yarı iletken malzemeler kullanmaya başladı. Bir salon sensörü, alternatif bir manyetik alan geçtiğinde bir çıkış voltaj darbesi üreten bir sensördür. Nabzın genliği, uyarma manyetik alanın alan mukavemeti ile belirlenir. Bu nedenle, salon sensörleri harici bir güç kaynağı gerektirmez.

Salon sensörünün çıkışı, rotorun kuzey kutbunun güney kutbu veya kuzey kutbunun yakınında olup olmadığına bağlı olarak yüksek veya düşük olacaktır. Üç sensörün sonuçlarını birleştirerek, tam enerji dizisi belirlenebilir.

Stator ve rotorun tamamen tersine çevrildiği fırçalanmış DC motorlarından farklı olarak, armatür sargıları stator tarafına yerleştirilir ve yüksek kaliteli kalıcı mıknatıs malzemesi, bldcm'nin motor gövdesi yapısı, stator armatür sargılarından, stator armatürü sargılarından, kalıcı mıknatıs rotorlarından oluşur ve üç fazlı rüzgarlar, statörden oluşan bir şekilde düzenlenir. aşamalar arasındaki elektrik açısı. Bu yapı tamamen fırçalanmış bir DC motorundan farklıdır ve bir AC motorunun stator sarma yapısına benzer, ancak kare dalga AC gücü, çalışırken tahrik devresi tarafından motora verilir.

BLDCM, aynı anda tahrik devresinde iki mosfet enerji verildiği tam köprü, üç fazlı, yıldız kablolu, iki-iki iletim modu seçer ve buna göre, motorun gövdesindeki iki fazlı stator sargıları seri olarak enerjilendirilir. Her elektronik faz değişimi bir kez, stator manyetik dinamik potansiyel FA 60 ° boşluk elektrik açısına döndü, bir adım manyetik dinamik potansiyel, 60 ° zaman elektrik açısı aralığı, FA bir sıçrama yaptı. Rotor sürekli olarak dönmesine rağmen, ancak stator manyetik momentum rotasyon modu, gerçek AC senkron motor dönen manyetik momentumdan farklı olan bir basamak tipidir. Maksimum elektromanyetik tork T, Güçlü Drag Daimi Mıknatıs Rotoru Sürekli Rotasyon.

Çalışma ilkesi Fırçasız DC motor, fırça DC motoruna benzer. Lorentz'in Kuvvet Yasası, bir akım taşıyan iletken manyetik bir alana yerleştirildiği sürece, bir kuvvete tabi olacağını belirtir. Reaksiyon kuvveti nedeniyle, mıknatıs eşit ve zıt kuvvetlere tabi tutulacaktır. Bir akım bir bobinden geçtiğinde, statorun manyetik kutupları tarafından tahrik edilen, homopolariteler birbirini iten ve anizotropik kutuplar birbirini çeken bir manyetik alan üretilir. Bobindeki akımın yönü sürekli olarak değiştirilirse, rotorda indüklenen manyetik alanın kutupları da sürekli olarak değiştirilecek ve daha sonra rotor manyetik alanın hareketi altında her zaman dönecektir.

BLDC motorlarında, kalıcı mıknatıslar (rotor) hareket halindeyken, akım taşıyan iletken (stator) sabitlenir.

BLDC Motor Çalışma Diyagramı

Stator bobini güç kaynağından güç aldığında, bir elektromanyet haline gelir ve hava boşluğunda düzgün bir manyetik alan üretmeye başlar. Anahtar, güç kaynağının DC olmasına rağmen, trapezoidal bir şekle sahip bir AC voltaj dalga formu oluşturur. Elektromanyetik stator ve kalıcı mıknatıs rotoru arasındaki etkileşim kuvveti nedeniyle rotor dönmeye devam eder.

Sargıları yüksek ve düşük sinyallere geçirerek, karşılık gelen sargılar kuzey ve güney kutupları olarak heyecanlanır. Güney ve kuzey kutupları olan kalıcı mıknatıs rotoru, motorun dönmesine neden olan stator kutupları ile hizalanır.

Tek kutuplu ve iki kutuplu BLDC Motorlar için BLDC Motor Çalışma Diyagramları

Fırçasız DC motorları üç konfigürasyonda gelir: tek fazlı, iki fazlı ve üç faz. Bunlar arasında üç fazlı BLDC en yaygın olanıdır.

(3) Fırçasız DC motor sürüş yöntemleri

Sürüş yöntemi Fırçasız DC motoru farklı kategorilere göre çeşitli sürüş yöntemlerine ayrılabilir:

Drive Wave Form: Square Wave Drive'a göre, bu sürücü yöntemi, konum sensörü kontrolü olmadan motoru gerçekleştirmek kolaydır.

Sinüzoidal tahrik: Bu tahrik yöntemi motor çalıştırma etkisini geliştirebilir ve çıkış torku üniformasını yapabilir, ancak gerçekleştirme işlemi nispeten karmaşıktır. Aynı zamanda, bu yöntem SPWM ve SVPWM (Space Vector PWM) iki şekilde bulunur, SVPWM SPW'den daha iyidir.

(4) Fırçasız DC motorunun avantajları ve dezavantajları

Avantajları:

▷   Yüksek çıkış gücü

▷ Küçük boyut ve ağırlık 

▷ İyi ısı dağılımı ve yüksek verimlilik 

▷ Geniş çalışma hızları ve düşük elektrik gürültüsü. 

▷ Yüksek güvenilirlik ve düşük bakım gereksinimleri. 

▷ Yüksek dinamik yanıt 

▷ Düşük elektromanyetik parazit

Yetersiz:

▶ Bu motoru kontrol etmek için gereken elektronik kontrolör pahalıdır 

▶ Karmaşık tahrik devresi gereklidir 

▶ Ekstra konum sensörleri gereklidir (FOC kullanılmaz)

5） Fırçasız DC Motor Uygulaması

Fırçasız DC motorları, endüstriyel kontrol (fırçasız DC motorlar tekstil, metalurji, otomatik üretim hatları, CNC takım tezgahları, vb. Gibi endüstriyel üretimde önemli bir rol oynar (motorlar, silecekler, güç kapıları, güç kapıları, otomotiv, otomotiv klima, güç pencereleri, fakslar, işleme, işlemciler), havalandırma, işleme işlemleri, işçilerin, işlentiler, işçilerin, işçilerin, işçilerin, işçilerin, işçilerin, işçilerin, işçilik, işçiliğin, işleyicilerde bulunur. Disk sürücüleri, disket sürücüleri, film kameraları, vb., Mil ve iştirak odaklı kontrollerinde, hepsinin var Fırçasız DC Motorlar .) Buna ek olarak, sağlık ekipmanı (fırçasız DC motorlarının kullanımı daha yaygın olmuştur, yapay kalpte küçük bir kan pompasını sürmek için kullanılabilir; ülkede, yüksek hızlı santrifüjler için cerrahi yüksek hızlı aparat, evlileştirilmiş lazer modülatörlerinin bu tür pozisyonda kullanıldığında, kullanılmış olarak kullanılmıştır.

Fırçasız DC motorlar ve fırçalanmış DC motorlar arasındaki farklar

Proje kategorisi	Fırçasız DC Motor	Fırça DC Motoru
Yapı	Rotor olarak kalıcı mıknatıs, stator olarak elektrikli tahrik	Rotor olarak kalıcı mıknatıs, stator olarak elektrikli tahrik
Sargılar ve bobin bağlantıları	Fırçalanmış motor özellikleri, uzun ömür, parazit yok, bakım yok, düşük gürültü, yüksek fiyat.	Isı dağılımı
İyi	Fakir	Komisyon
Elektronik devreli elektronik anahtarlama komütkarı	Fırça ve doğrultma arasında mekanik temas	Rotor Konum Sensörü
Salon elemanları, optik kodlayıcılar, vb. Veya karşı potansiyel jeneratörler	Fırçalarla kendi kendini gösteren	Fırçalarla kendi kendini gösteren
Tersine çevirme	Elektronik direksiyon dişlisinin anahtarlama sırasını değiştirme	Terminal voltajı polaritesinin değişimi
Avantajların ve dezavantajların karşılaştırılması	İyi mekanik ve kontrol özellikleri, uzun ömür, parazit yok, düşük ses, ancak daha yüksek maliyet.	İyi mekanik özellikler ve kontrol, yüksek gürültü, elektromanyetik girişim

Fırçasız DC motorlarının ve fırçalanmış DC motorlarının karşılaştırılması

Global BLDC Motor Ana Üreticileri (TOP10)

Şu anda, BLDC endüstrisindeki en iyi şirketler arasında ABB, Amtek, NIDEC, Minebea Group, Textronic, United Motion Technologies, Baldor Electronics, North American Electric Company, Schneider Electric ve Regalbeloit Corporation bulunmaktadır.

Fırçasız DC Motorlarına Giriş

Fırçasız bir DC motoru (BLDC), stator tarafından üretilen manyetik alanın ve rotor tarafından üretilen manyetik alanın aynı frekansa sahip olduğu bir tür senkron motor türüdür. Yüksek çıkış gücü, düşük elektrik gürültüsü, yüksek güvenilirlik, yüksek dinamik tepki, daha az elektromanyetik parazit ve daha iyi hız torku avantajları nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır.

Fırçasız DC Motor İç Yapısı

Bir yapısı DC fırçasız motor aşağıda gösterilmiştir (örnek olarak yuvalı, harici rotor, sensörsüz motor):

Fırçasız motor, ön kapak, orta kapak, mıknatıs, silikon çelik sac, emaye tel, yatak, dönen şaft ve arka kapaktan oluşur. Bunlar arasında mıknatıs, yatak ve dönen şaft motorun rotorunu oluşturur; Motorun statörü silikon çelik tabakası ve emaye telden oluşur. Ön kapak, orta kapak ve arka kapak motorun kabuğunu içerir. Önemli bileşenler aşağıdaki tabloda açıklanmaktadır:

	Bileşenler	Tanım
Rotor	Mıknatıs	Fırçasız bir motorun önemli bir bileşeni. Fırçasız bir motorun performans parametrelerinin büyük çoğunluğu bununla ilgilidir;
	Dönme ekseni	Rotorun doğrudan stresli kısmı;
	Taşıma	Pürüzsüz motor çalışmasının garantisidir; Şu anda çoğu fırçasız motor derin oluk bilyalı rulmanlar kullanıyor;
Rotor	Silikon çelik sac	Silikon çelik sac, oluklu fırçasız motorun önemli bir parçasıdır, ana işlev manyetik direnci azaltmak ve manyetik devre işlemine katılmaktır;
	Emaye tel	Bobin sargısının enerjili iletkeni olarak; Akımın alternatif frekansı ve dalga formu sayesinde, rotorun dönmesi için statorun etrafında bir manyetik alan oluşur;

Rotor açıklaması

Bir rotor Fırçasız DC motoru (BLDC), N- ve S-Pole'ye göre (kutup çifti parametresini içeren) dönüşümlü olarak düzenlenmiş birden fazla kutup çiftine sahip kalıcı mıknatıslardan yapılmıştır.

Rotor mıknatıs kesiti

Stator Açıklama

Bir stator Fırçasız DC motoru (BLDC), iç eksen boyunca eksenel olarak kesilmiş yuvalara yerleştirilmiş stator sargıları ile bir silikon çelik sacından (aşağıdaki şekil) oluşur (çekirdek kutupların parametresi sayısı (n yuva sayısı) dahildir). Her stator sargısı birbirine bağlı bir dizi bobinden oluşur. Genellikle, sargılar üç bağlantılı bir yıldız deseninde dağıtılır.

Üçlü bağlı yıldız yarısı bobinler, bobinlerin bağlanma şekline göre, stator sargıları trapezoidal ve sinüzoidal sargılara bölünebilir. İkisi arasındaki fark esas olarak üretilen karşı elektromotif kuvvetinin dalga formudur. Adından da anlaşılacağı gibi: trapezoidal stator sargısı bir trapezoidal sayaç elektromotif kuvveti üretir ve sinüzoidal sarma bir sinüzoidal sayaç elektromotif kuvveti üretir. Bu aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:   

Not: Motor yük olmadan sağlandığında, dalga formu osiloskop ile ölçülebilir.

02 Fırçasız DC Motorlarının Sınıflandırılması

Fırçasız DC Motor Sınıflandırma Açıklaması

Fırçasız DC motoru (BLDC) Rotor dağılımına göre, iç rotor motoruna, harici rotor motoruna bölünebilir; Tahrik fazına göre, tek fazlı motor, iki fazlı motor, üç fazlı motora (en yaygın kullanım) bölünebilir; Sensörün duyusal motorlara ve duyusal olmayan motorlara bölünüp bölünmediğine göre; Motorun birçok sınıflandırması var, uzay sebebi, kendi anlayışlarıyla ilgilenen kardeşleri tanımlamak için burada olmamalı.

İç ve dış rotor motor açıklaması

Fırçasız motorlar, rotor ve statorun sıra yapısına göre dış rotor motorlara ve iç rotor motorlarına bölünebilir (aşağıda gösterildiği gibi).

Motor	Tanımlayıcı
Dış rotor motoru	İç enerjili bobin sargısı stator olarak hizmet eder ve kalıcı mıknatıslar rotor olarak muhafazaya bağlanır; Ortak bir parlamda: rotor dışarıda ve stator içeride;
İç rotor motoru	İç kalıcı mıknatıslar, rotor olarak şaft, enerjili bobin sargısı ve kabuk stator olarak bağlanır. Yaygın olarak: içeride rotor, dışarıdaki stator;

Dahili ve harici rotor motor arasındaki fark

Farklı rotor ve stator sıralamasına ek olarak, iç ve harici rotor motorları arasında aşağıdaki gibi farklılıklar da vardır:

Özellikler	İç rotor motoru	Dış rotor motoru
Güç yoğunluğu	Daha yüksek	Daha düşük
Hız	Daha yüksek	Daha düşük
Daha düşük istikrar	Daha düşük	Daha yüksek
Maliyet	Nispeten daha yüksek	Daha düşük
Isı dağılımı	Vasat	Daha da kötüsü
Kutup çiftleri	Az	Daha

03 DC fırçasız motor parametreleri

Fırçasız motor parametreleri

Parametre	Tanım
Nominal Voltaj	Fırçasız motorlar için çok geniş bir çalışma voltajı için uygundur ve bu parametre, belirtilen yük koşulları altında çalışma voltajıdır.
KV değeri	Fiziksel Önem: 1V çalışma voltajının altında dakikada hız, yani: hız (yük yok) = KV değeri * Boyut spesifikasyonlarına sahip fırçasız motorlar için çalışma voltajı: 1. Sarma dönüşlerinin sayısı büyük, KV değeri düşük, maksimum çıkış akımı küçük ve tork büyük; 2. Sarma, yüksek KV değeri, maksimum çıkış akımı, küçük tork;
Tork ve hız	Tork (moment, tork): Motordaki rotor tarafından üretilen sürüş torku, mekanik yükü sürmek için kullanılabilir; Hız: dakikada motor hızı;
Maksimum akım	Güvenli bir şekilde dayanabilen ve çalışabilen maksimum akım
Çukur yapısı	Çekirdek kutupların sayısı (n yuva sayısı n): Stator silikon çelik sacın yuvalarının sayısı; Manyetik çelik kutupların sayısı (kutup sayısı): rotordaki manyetik çelik sayısı;
Stator endüktansı	Bir motorun stator sargısının her iki ucundaki endüktans
Stator direnci	Motorun her faz sargısının DC direnci 20 ℃
Motorun her faz sargısının DC direnci 20 ℃	Belirtilen koşullar altında, motor sargısı açık olduğunda, birim hız başına armatür sargısında üretilen doğrusal indüklenen elektromotif kuvvetinin değeri

BLDC Motor Kontrolü

BLDC motor kontrol algoritmaları

Fırçasız motorlar kendi kendini yöneten tiptir (kendi kendine yönlendirme anahtarı) ve bu nedenle kontrol etmek için daha karmaşıktır.

BLDC motor kontrolü, motorun düzeltme direksiyonuna maruz kaldığı rotor pozisyonu ve mekanizma hakkında bilgi gerektirir. Kapalı döngü hız kontrolü için, motor hız gücünü kontrol etmek için rotor hızı/ veya motor akımı ve PWM sinyalleri için iki ek gereksinim vardır.

BLDC motorları, uygulama gereksinimlerine bağlı olarak yan hizalanmış veya merkez hizalanmış PWM sinyallerine sahip olabilir. Çoğu uygulama yalnızca hız değişimi çalışması gerektirir ve 6 ayrı yan hizalanmış PWM sinyalini kullanır.

Bu en yüksek çözünürlüğü sağlar. Uygulama sunucu konumlandırma, enerji frenleme veya güç tersine çevrilmesini gerektiriyorsa, tamamlayıcı merkezle hizalanmış PWM sinyalleri önerilir. Rotor pozisyonunu algılamak için BLDC motorları, mutlak pozisyon algılaması sağlamak için salon efekt sensörleri kullanır. Bu, daha fazla kablo ve daha yüksek maliyet kullanımı ile sonuçlanır. Sensörsüz BLDC kontrolü, salon sensörlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır ve bunun yerine rotor konumunu tahmin etmek için motorun karşı elektromotif kuvvetini (elektromotif kuvveti) kullanır. Sensörsüz kontrol, fan ve pompalar gibi düşük maliyetli değişken hız uygulamaları için kritiktir. BLDC motorları kullanıldığında buzdolabı ve klima kompresörleri için sensörsüz kontrol de gereklidir.

Yüksüz zaman yerleştirme ve takviyesi

Çoğu BLDC motoru tamamlayıcı PWM, yükleme süresi ekleme veya yüksüz zaman telafisi gerektirmez. Bu özellikleri gerektirebilecek tek BLDC uygulamaları yüksek performanslı BLDC servo motorlar, sinüs dalgası uyarılmış BLDC motorları, fırçasız AC veya PC senkron motorlarıdır.

Kontrol algoritmaları

BLDC motorlarının kontrolünü sağlamak için birçok farklı kontrol algoritması kullanılır. Tipik olarak, güç transistörleri motor voltajını kontrol etmek için doğrusal regülatör olarak kullanılır. Bu yaklaşım, yüksek güçlü motorlar kullanırken pratik değildir. Yüksek güçlü motorlar PWM kontrollü olmalı ve başlangıç ve kontrol işlevlerini sağlamak için bir mikrodenetleyici gerektirir.

Kontrol algoritması aşağıdaki üç işlevi sağlamalıdır:

Motor hızını kontrol etmek için bir PWM voltajı

Motoru düzeltme ve işe götürme mekanizması

Ters elektromotif kuvvet veya salon sensörleri kullanarak rotor konumunu tahmin etme yöntemleri

Darbe genişliği modülasyonu sadece motor sargılarına değişken bir voltaj uygulamak için kullanılır. Etkili voltaj, PWM görev döngüsü ile orantılıdır. Uygun doğrultucu komisyonu elde edildiğinde, bir BLDC'nin tork hızlı özellikleri, aşağıdaki DC motorlarınınkiyle aynıdır. Motorun hızını ve değişken torkunu kontrol etmek için değişken voltaj kullanılabilir.

Güç transistörünün komisyonu, statordaki uygun sargının rotor konumuna bağlı olarak en iyi torku üretmesini sağlar. Bir BLDC motorunda, MCU rotorun konumunu bilmeli ve doğru zamanda komisyon yapabilmelidir.

BLDC motor trapezoidal komisyon

İçin en basit yöntemlerden biri DC fırçasız motorlar trapezoidal komütasyon olarak adlandırılan şeyi kullanmaktır.

Bu şematik diyagramda BLDC motorları için bir merdiven kontrolörünün basitleştirilmiş blok diyagramı

Bu şemada, akım bir seferde bir çift motor terminali tarafından kontrol edilirken, üçüncü motor terminali her zaman elektrik kaynağından elektronik olarak bağlantısı kesilir.    

Büyük motora gömülü üç salon cihazı, 60 derecelik bir sektördeki rotor konumunu ölçen ve bu bilgileri motor kontrolörde sağlayan dijital sinyaller sağlamak için kullanılır. Akım akışı bir seferde iki sargıya eşit ve üçüncü sırada sıfır olduğundan, bu yöntem ortak altı yönden sadece birine sahip bir akım uzay vektörü üretir. Motor yönlendirildikçe, motor terminallerindeki akım, 60 derece dönme başına bir kez elektriksel olarak değiştirilir (düzeltilmiş komütasyon), bu nedenle mevcut boşluk vektörü her zaman en yakın 90 derece faz kaymasında

30 Derece Pozisyon

Trapezoidal Kontrol: Dikkatlice Dalga Formu ve Tork

Bu nedenle her sargedeki akım dalga formu, sıfırdan başlayıp pozitif akıma ve daha sonra negatif akımdan sonra giden trapezoidaldir. Bu, rotor döndükçe 6 farklı yöne adım atarken dengeli rotasyona yaklaşacak bir akım uzay vektörü üretir.

Klimalar ve buzdolapları gibi motor uygulamalarında salon sensörlerinin kullanımı sabit değildir. Bağlanmamış sargılarda indüklenen ters potansiyel sensörler aynı sonuçları elde etmek için kullanılabilir.

Bu tür trapezoidal tahrik sistemleri, kontrol devrelerinin sadeliği nedeniyle çok yaygındır, ancak düzeltme sırasında tork dalgalanma problemlerinden muzdariptirler.

BLDC motorları için sinüzoidal düzeltilmiş komütasyon

Trapezoidal doğrultma komisyonu dengeli ve doğru BLDC motor kontrolü sağlamak için yeterli değildir. Bunun nedeni, üç fazlı bir torkun Fırçasız motor (sinüzoidal dalga karşı elektromotif kuvveti ile) aşağıdaki denklemle tanımlanır:

Dönen Şaft Torku = KT [Irsin (O)+ISSIN (O+120)+itin (O+240)]

Nerede: O, dönen şaftın elektrik açısıdır KT, IR motorunun tork sabitidir, IS ve faz akımı sinüzoidal ise faz akımı içindir: ir = i0sino; IS = i0sin (+120o); IT = I0sin (+240o)

alacak: Dönen şaft torku = 1.5i0 * kt (dönen şaftın açısından bağımsız bir sabit)

Sinüzoidal doğrultucu, fırçasız motor kontrolörü, motor döndükçe sinüzoidal olarak sorunsuz bir şekilde değişen üç akımla üç motor sargıyı sürmeye çalıştı. Bu akımların ilişkili aşamaları, rotor akımının pürüzsüz boşluk vektörleri üretecek şekilde, rotorun değişmezliği ile dikey yönlerinde üretecek şekilde seçilir. Bu, kuzey direksiyon ile ilişkili tork dalgalanma ve direksiyon darbelerini ortadan kaldırır.

Motor döndükçe motor akımının pürüzsüz bir sinüzoidal modülasyonu oluşturmak için rotor konumunun doğru bir ölçümü gereklidir. Salon cihazları yalnızca bu amaç için yeterli olmayan rotor konumunun kaba bir hesaplamasını sağlar. Bu nedenle, bir kodlayıcı veya benzeri cihazdan açısal geri bildirim gereklidir.

BLDC motor sinüs dalga kontrolörünün basitleştirilmiş blok diyagramı

Sarma akımları düz bir sabit rotor akım boşluğu vektörü üretmek için birleştirilmesi gerektiğinden ve stator sargılarının her biri 120 derece aralıklı bir açıda konumlandırıldığından, her tel bankadaki akımların sinüzoidal olması ve 120 derecelik bir faz kayması olması gerekir. Enkoderden gelen konum bilgisi, iki sinüs dalgasını ikisi arasında 120 derecelik bir faz kayması ile sentezlemek için kullanılır. Bu sinyaller daha sonra tork komutu ile çarpılır, böylece sinüs dalgasının genliği gerekli torkla orantılıdır. Sonuç olarak, iki sinüzoidal akım komutu düzgün bir şekilde aşamalı olarak kaldırılır, böylece dikey yönde dönen bir stator akım boşluğu vektörü üretir.

Sinüzoidal akım komutu, akımı iki uygun motor sargısında modüle eden bir çift PI denetleyicisi çıktı sinyal verir. Üçüncü rotor sargısındaki akım, kontrollü sarma akımlarının negatif toplamıdır ve bu nedenle ayrı olarak kontrol edilemez. Her PI kontrolörünün çıkışı bir PWM modülatörüne ve daha sonra çıkış köprüsüne ve iki motor terminaline gönderilir. Üçüncü motor terminaline uygulanan voltaj, ilk iki sargıya uygulanan sinyallerin negatif toplamından, sırasıyla 120 derece aralıklı üç sinüzoidal voltaj için uygun şekilde kullanılır.

Sonuç olarak, gerçek çıkış akımı dalga formu sinüzoidal akım komut sinyalini doğru bir şekilde izler ve ortaya çıkan akım boşluk vektörü, kantitatif olarak stabilize olması ve istenen yöne yönlendirilmesi için sorunsuz bir şekilde döner.

Stabilize kontrolün sinüzoidal doğrultma direksiyon sonucu, genel olarak trapezoidal doğrultucu direksiyon ile elde edilemez. Bununla birlikte, düşük motor hızlarında yüksek verimliliği nedeniyle, yüksek motor hızlarında ayrılacaktır. Bunun nedeni, hız arttıkça, mevcut dönüş kontrolörlerinin artan frekans sinüzoidal bir sinyali izlemesi gerekmektedir. Aynı zamanda, hız arttıkça genlik ve frekansta artan motorun karşı elektromotif kuvvetinin üstesinden gelmelidirler.

PI denetleyicileri sonlu kazanç ve frekans tepkisine sahip olduğundan, mevcut kontrol döngüsünde zaman değişmez rahatsızlıklar faz gecikmesine neden olacak ve motor akımında daha yüksek hızlarla artan hatalara neden olacaktır. Bu, mevcut uzay vektörünün rotora göre yönüne müdahale edecektir, böylece dörtgen yönden bir yer değiştirmeye neden olur.

Bu meydana geldiğinde, belirli bir miktar akımla daha az tork üretilebilir, bu nedenle torku korumak için daha fazla akım gerekir. Verimlilik azalır.

Hız arttıkça bu düşüş devam edecektir. Bir noktada, akımın faz yer değiştirmesi 90 dereceyi aşar. Bu meydana geldiğinde, tork sıfıra indirilir. Sinüzoidal kombinasyon yoluyla, bu noktadaki hız negatif bir torkla sonuçlanır ve bu nedenle gerçekleştirilemez.

AC motor kontrol algoritmaları

Skaler kontrol

Skaler kontrol (veya V/Hz kontrolü), bir komut motorunun hızını kontrol etmek için basit bir yöntemdir

Komut motorunun kararlı durum modeli esas olarak teknolojiyi elde etmek için kullanılır, bu nedenle geçici performans mümkün değildir. Sistemin akım döngüsü yoktur. Motoru kontrol etmek için, üç fazlı güç kaynağı sadece genlik ve frekansta değişir.

Vektör Kontrolü veya Manyetik Alan Oryantasyon Kontrolü

Bir motordaki tork, iki alan birbirine dikey olduğunda stator ve rotor manyetik alanlarının ve tepe noktalarının bir fonksiyonu olarak değişir. Skaler tabanlı kontrolde, iki manyetik alan arasındaki açı önemli ölçüde değişir.

Vektör kontrolü AC motorlarında tekrar dikeylik yaratmayı başarır. Torku kontrol etmek için, her biri bir DC makinesinin yanıt verebilirliğini elde etmek için üretilen manyetik akıdan bir akım üretir. AC komutan bir motorun vektör kontrolü, ayrı ayrı uyarılmış bir DC motorunun kontrolüne benzer.

Bir DC motorunda, uyarma akımı tarafından üretilen manyetik alan enerjisi φf, armatür akımı IA tarafından üretilen armatür akısı φa'ya dik. Bu manyetik alanlar birbirine göre ayrılır ve stabilize edilir. Sonuç olarak, armatür akımı torku kontrol etmek için kontrol edildiğinde, manyetik alan enerjisi etkilenmez ve daha hızlı geçici bir tepki gerçekleşir.

Üç fazlı bir AC motorunun alan odaklı kontrolü (FOC), bir DC motorunun çalışmasını taklit etmekten oluşur. Tüm kontrollü değişkenler matematiksel olarak AC yerine DC'ye dönüştürülür. hedef bağımsız kontrol torku ve akısı.

Alan yönelimi kontrolünün (FOC) iki yöntemi vardır: Doğrudan FOC: Rotor manyetik alanının (RotorFluxangle) yönü doğrudan bir akı gözlemcisi dolaylı FOC tarafından hesaplanır: rotor manyetik alanının (rotorfluxangle) yönü, rotor hızı ve kayma (kayma) tahmini veya ölçümü ile dolaylı olarak elde edilir.

Vektör kontrolü, rotor akısının pozisyonu hakkında bilgi gerektirir ve terminal akımları ve voltajlarının bilgisini kullanılarak ileri algoritmalarla hesaplanabilir (AC indüksiyon motorunun dinamik bir modeli kullanılarak). Bununla birlikte, uygulama açısından bakıldığında, hesaplama kaynaklarına duyulan ihtiyaç çok önemlidir.

Vektör kontrol algoritmalarını uygulamak için farklı yaklaşımlar kullanılabilir. Besleme teknikleri, model tahmini ve uyarlanabilir kontrol teknikleri yanıtı ve stabiliteyi arttırmak için kullanılabilir.

AC motorlarının vektör kontrolü: Daha derin bir anlayış

Bir vektör kontrol algoritmasının kalbinde iki önemli dönüşüm vardır: Clark dönüşümü, park dönüşümü ve tersleri. Clark ve park geçişlerinin kullanımı, rotor akımının rotor bölgesine kontrolüne izin verir. Bu, bir rotor kontrol sisteminin, torku dinamik olarak değişen yükler altında en üst düzeye çıkarmak için rotora verilmesi gereken voltajı belirlemesine izin verir.

Clark Dönüşümü: Clark matematiksel dönüşüm, üç fazlı bir sistemi iki koordinatlı bir sisteme değiştirir:

IA ve IB, dikey veri ve IO'nun bileşenleri önemsiz homoplanar bileşenidir

Üç fazlı rotor akımı ve dönen referans sistemi

Park Dönüşümü: Park matematiksel dönüşümü, iki yönlü statik sistemi dönen bir sistem vektörüne dönüştürür.

İki fazlı a, β çerçeve gösterimi Clarke dönüşümü ile hesaplanır ve daha sonra vektör döndürme modülüne beslenir ve burada rotor enerjisine bağlı d, q çerçevesine uyacak şekilde θ açısını döndürür. Yukarıdaki denkleme göre, θ açısının dönüşümü gerçekleşir.

AC motorunun manyetik alan odaklı vektör kontrolünün temel yapısı

Clarke dönüşümü, sabit koordinat stator fazında bulunan üç fazlı akım IA, Ib ve IC kullanır, Park Dönüşümünde D, Q'da elementler haline gelen ISD ve ISQ'ya dönüştürülür. Clarke dönüşümü motor akışlarının bir modeline dayanmaktadır. Motor akı modelinden hesaplanan ISD, ISQ ve anlık akı açısı θ, AC indüksiyon motorunun elektrik torkunu hesaplamak için kullanılır.

AC motorlarının vektör kontrolünün temelleri

Bu türetilmiş değerler birbiriyle karşılaştırılır ve referans değerleri ve PI denetleyicisi tarafından güncellenir.

Tablo 1: Motor içi kontrol ve vektör kontrolünün karşılaştırılması:

Kontrol parametresi	V/Hz kontrolü	Yari Kontrolü	Sensörsüz sagital kontrol
Hız ayarı	% 1	0 001	0 05
Tork Ayarı	Fakir	+/-% 2	+/-% 5
Motorlu model	Yapmamak	Talep etmek	Doğru bir model gereklidir
MCU İşleme Gücü	Düşük	Yüksek	Yüksek +DSP

Vektör tabanlı motor kontrolünün doğal bir avantajı, çeşitli AC, PM-AC veya BLDC motorlarını ayrı ayrı kontrol etmek için uygun matematiksel modeli seçmek için aynı prensibi kullanmanın mümkün olmasıdır.

BLDC motorunun vektör kontrolü

BLDC motor, alan odaklı vektör kontrolü için ana seçimdir. FOC'li fırçasız motorlar%95'e kadar daha yüksek verimlilik elde edebilir ve aynı zamanda yüksek hızlarda motorlar için çok verimlidir.

Step motor kontrolü

Step motor kontrolü genellikle çift yönlü tahrik akımını benimser ve motor basamakları sargıyı sırayla değiştirerek gerçekleştirilir. Genellikle bu tür step motor 3 tahrik dizisine sahiptir:

1. 
   

   Tek fazlı tam adım sürücü:

   
   

Bu modda, sarma aşağıdaki sırayla güçlendirilir, AB/CD/BA/DC (BA, Sarma AB'nin ters yönde güçlendirildiği anlamına gelir). Bu diziye tek fazlı tam adım mod veya dalga güdümlü mod denir. Herhangi bir zamanda, sadece bir ek ücret vardır.

2. Çift fazlı tam adım sürücü:

Bu modda, iki aşama birlikte şarj edilir, bu nedenle rotor her zaman iki kutup arasındadır. Bu moda bifaz tam adım denir, bu mod bipolar motorun normal sürücü dizisidir, maksimum torku çıkarabilir.

3. Yarım adım modu:

Bu mod tek fazlı adım ve iki fazlı adım birlikte güç: tek fazlı güç ve daha sonra çift ekle güç ve ardından tek fazlı güç ... bu nedenle motor yarım adım artışlarla çalışır. Bu moda yarım adım mod olarak adlandırılır ve uyarma başına motorun etkili adım açısı yarı yarıya azalır ve çıkış torku da daha düşüktür.

Yukarıdaki üç mod, ters yönde (saat yönünün tersine) döndürmek için kullanılabilir, ancak sipariş tersine çevrilirse.

Genellikle, step motorunun adım açısını azaltmak için birden fazla kutup vardır, ancak sarma sayısı ve tahrik dizisi sabittir.

Genel DC motor kontrol algoritması

Genel Motor Hızı Kontrolü, özellikle motorun iki devresinin kullanımı: Faz Angle Control PWM kıyıcı kontrolü

Faz açısı kontrolü

Faz açısı kontrolü, genel motorların hızını kontrol etmek için en basit yöntemdir. Hız, TRIAC'ın nokta ark açısı değiştirilerek kontrol edilir. Faz açısı kontrolü çok ekonomik bir çözümdür, ancak çok etkili değildir ve elektromanyetik parazite (EMI) eğilimli değildir.

Genel motorların faz açısı kontrolü

Yukarıda gösterilen şema, faz açısı kontrolü mekanizmasını göstermektedir ve Trias hız kontrolünün tipik bir uygulamasıdır. TRIAC GATE darbesinin faz hareketi etkili bir voltaj üretir, böylece farklı motor hızları üretir ve kapı darbesini geciktirmek için bir zamanlama referansı oluşturmak için bir sıfır çapraz algılama devresi kullanılır.

PWM helikopter kontrolü

PWM kontrolü, genel motor hız kontrolü için daha gelişmiş bir çözümdür. Bu çözeltide, güç yuvası veya IGBT, motor için zamanla değişen bir voltaj oluşturmak için yüksek frekanslı düzeltilmiş AC hat voltajını açar.

General Motors için PWM kıyıcı kontrolü

Gürültüyü ortadan kaldırmak için anahtarlama frekansı aralığı genellikle 10-20kHz'dir. Bu genel amaçlı motor kontrol yöntemi, daha iyi akım kontrolü ve daha iyi EMI performansı ve dolayısıyla daha yüksek verimlilik sağlar.