چگونه یک موتور BLDC کار می کند: توضیح مفصلی در مورد اصول موتورهای DC بدون برس

طی دو تا سه دهه گذشته ، به دلیل پیشرفت مداوم فناوری الکترونیکی و مواد آهنربای دائمی ،موتورهای BLDCاز موتورهای طاقچه به راه حل های اصلی قدرت برای صنایع مختلف تبدیل شده اند.موتورهای BLDCبه دلیل راندمان بالا ، قابلیت اطمینان زیاد و طول عمر طولانی ، در برنامه های کاربردی ، از جمله لوازم خانگی ، ابزارهای برق ، وسایل نقلیه برقی و تجهیزات اتوماسیون صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است. با این حال ، اصول عملیاتی موتورهای BLDC هنوز برای افراد زیادی مشخص نیست. در این مقاله هر آنچه را که باید در مورد اصل کار Motors BLDC بدانید ، توضیح می دهد تا بتوانید دید دقیق تری از این نوآوری باورنکردنی در مهندسی برق امروزی بدست آورید.

ساختار اساسی یک موتور BLDC

اکنون ، قبل از ورود به اصل کار ، باید خود را با ساختار اساسی آن آشنا کنیم:

استاتور: در داخل محفظه موتور ثابت شده است ، به طور کلی از ورق های فولادی سیلیکون لمینت ساخته شده است و کویل ها در اطراف آن پیچیده می شوند تا چندین قطب الکترومغناطیسی ایجاد کنند.

روتور: روتور معمولاً روی شافت نصب می شود و حاوی آهنرباهای دائمی است. موتورهای BLDC را می توان بر اساس پیکربندی های مختلف آهنرباهای دائمی به چندین گونه طبقه بندی کرد.

سنسورهای سالن: برای تعیین موقعیت روتور و بازخورد به سیستم کنترل الکترونیکی.

کنترل کننده: یک سیستم کنترل الکترونیکی که زمان جریان را که از طریق سیم پیچ های استاتور بر اساس بازخورد سنسورهای سالن یا سایر مکانیسم های بازخورد جریان می یابد ، تعیین می کند.

شایان ذکر است که ساختار موتور Outrunner BLDC از ساختار روتور داخلی بی نظیر است. روتور بیرون است و استاتور در داخل است. این نوع طراحی به ویژه در برنامه هایی که به گشتاور بالا نیاز دارند ، مانند رانندگی پروانه های هواپیماهای بدون سرنشین شیوع دارد.

اصول الکترومغناطیسی: پایه و اساس عملکرد موتور BLDC

دو اصل اساسی الکترومغناطیسی عملکرد یک موتور BLDC را تعیین می کند:

قانون آمپر: هنگامی که یک هادی حامل فعلی در یک میدان مغناطیسی قرار دارد ، هادی تحت نیرو قرار می گیرد. استاتور یک موتور BLDC از سیم پیچ های مس ساخته شده ساخته شده است و پس از انرژی این سیم پیچ ها ، یک میدان مغناطیسی ایجاد می کنند که بین آهنرباهای دائمی روتور در تعامل است تا نیرویی را ایجاد کند که حرکت مکانیکی را برای چرخش روتور فراهم کند.

قانون القایی الکترومغناطیسی فارادی: هنگامی که خطوط میدان مغناطیسی را قطع می کند یا در یک میدان مغناطیسی در حال تغییر است ، یک نیروی الکترومغناطیسی در یک هادی القا می شود. این ماده به طور گسترده ای در کنترل بدون سنسور استفاده می شود ، جایی که موقعیت روتور با سنجش نیروهای الکتروموتوری پشتی تشخیص داده می شود.

این اصول در طراحی موتورهای بدون برس صنعتی اعمال می شود. آنها این کار را با تنظیم دقیق جریان جریان از طریق سیم پیچ های استاتور انجام می دهند و از تعامل الکترومغناطیسی مطلوب با آهنرباهای دائمی روتور برای دستیابی به راندمان و ثبات بالا اطمینان می دهند.

روند جابجایی یک موتور BLDC

مهمترین مکانیسم کار در موتور BLDC به نام Electronic Creatution نامیده می شود. این مهمترین و مهمترین عامل تمایز بین موتورهای بدون برس و موتورهای برس سنتی است.

اصل جابجایی: رفت و آمد ، فرآیند تغییر جهت جریان فعلی در رابطه با سیم پیچ موتور است تا بتواند تعامل مداوم الکترومغناطیسی بین روتور و استاتور وجود داشته باشد که گشتاور مداوم را ایجاد می کند.

جابجایی شش مرحله ای: روش کنترل سنتی موتورهای BLDC چرخه الکتریکی را به شش مرحله تقسیم می کند. در هر مرحله ، دو از سیم پیچ سه فاز نیرو می گیرند ، در حالی که یک مرحله خاموش است.

بازخورد سنسور سالن: سنسورهای هال موقعیت آهنرباهای دائمی روتور را تشخیص می دهند ، به طوری که کنترل کننده می تواند تعیین کند که سیم پیچ باید انرژی شود و جهت فعلی.

کنترل بدون سنسور: یک روش پیشرفته تر برای تعیین موقعیت روتور با نظارت بر نیروی الکتروموتیک پشت در مرحله غیر انرژی ، به سنسورهای سالن برای اجرای این استراتژی پیچیده نیاز نیست و در نتیجه قابلیت اطمینان بیشتری از درایو ایجاد می شود.

موتورهای BIG BLDC معمولاً برای دستیابی به خروجی گشتاور نرم تر و راندمان بالاتر ، استراتژی های کنترل پیچیده تری مانند درایو موج سینوسی یا کنترل بردار را اتخاذ می کنند.

نقش کنترلر در یک سیستم حرکتی BLDC

موتور BLDC نمی تواند به تنهایی کار کند و باید با یک کنترلر الکترونیکی تخصصی ترکیب شود:

درایور موتور: معمولاً یک اینورتر پل سه فاز بر اساس قدرت MOSFET یا IGBT که مسیر فعلی را مطابق با سیگنال کنترل تغییر می دهد

میکروکنترلر: از سنسور موقعیت سیگنال دریافت می کند ، الگوریتم های کنترل را انجام می دهد و سیگنال های PWM را برای هدایت دستگاه های برق تولید می کند.

کنترل حلقه بسته: کنترل دقیق سرعت یا کنترل موقعیت را بر اساس نیازهای برنامه فراهم می کند.

عملکرد محافظت ایمن: محافظت بیش از حد جریان ، محافظت بیش از حد دما ، محافظت از ولتاژ زیر و غیره.

برنامه های کاربردی برای سیستم های حرکتی BLDC 48V در دوچرخه های برقی ، وسایل نقلیه برقی کوچک و برخی دیگر از کاربردهای صنعتی گسترده است. کنترلر و مدار کاربری آن نیاز به مقابله با ولتاژها و جریان های بالاتر دارد و معمولاً مجموعه پیچیده تری از عملکردهای عملکرد و محافظت دارد.

ویژگی های عملکرد و سناریوهای کاربردی موتورهای BLDC

حال بیایید بعد از یادگیری اصول عملکرد موتور BLDC به مزایای عملکرد آنها نگاهی بیندازیم:

راندمان بالا: به دلیل عدم وجود تلفات اصطکاک ناشی از برس و کمیترها ، راندمان آنها به طور معمول بالاتر از 85 ٪ ، حتی در برخی موارد بالاتر از 95 ٪ است.

ویژگی های سرعت موج سرعت: طیف گسترده ای از خروجی گشتاور را فراهم می کند.

طول عمر بیشتر: بدون عناصر سایش مکانیکی ، طول عمر فقط در نهایت توسط یاتاقان ها محدود می شود.

بهبود کارآیی اتلاف گرما: تماس مستقیم بین سیم پیچ های استاتور و محفظه حرکتی برای اتلاف گرمای مؤثرتر.

سر و صدای کم و تداخل الکترومغناطیسی: هیچ جرقه ای و سر و صدای ایجاد شده توسط رفت و آمد برس وجود ندارد.

به دلیل ساختار خاص خود ، موتور BLDC Outrunner قادر به ارائه گشتاور بالاتر با سرعت کم است ، و آنها را به خصوص برای سیستم های درایو مستقیم مانند پروانه های هواپیماهای بدون سرنشین و فن ها و غیره مناسب می کند.

الگوریتم های کنترل موتورهای BLDC

فناوری کنترل مدرن BLDC پیشرفته تر از این روش ساده جابجایی شش مرحله ای پیشی گرفته است:

کنترل موج ذوزنقه: اساسی ترین روش کنترل یک شکل موج جریان ذوزنقه است. عملی کردن ساده است اما موج های گشتاور از دامنه قابل توجهی را تولید می کند.

کنترل سینوسی: رانندگی موتور توسط جریان سینوسی ، که می تواند موج گشتاور موتور را کاهش داده و باعث ایجاد نرم تر شود.

کنترل میدانی محور (FOC): با استفاده از تحول ریاضی ، جریان 3 فاز به سیستم مختصات چرخشی برای کنترل ترجمه می شود و منجر به کنترل بهینه گشتاور و راندمان انرژی می شود.

فناوری فیوژن سنسور: برای کنترل بهتر و استحکام بهتر ، سیگنال های بازخورد متعدد (به عنوان مثال ، سنسورهای سالن ، رمزگذار و نمونه گیری فعلی) را ادغام می کند.

با توجه به چالش های موجود در برنامه های با قدرت بالا ، مانند مدیریت حرارتی ، بهینه سازی کارآیی و پاسخ پویا ، الگوریتم های کنترل پیشرفته تر به طور معمول برای موتورهای بزرگ BLDC استفاده می شوند.

نتیجه گیری: اصول کار و مزایای موتورهای BLDC

موتورهای BLDCدقیقاً جریان را در سیم پیچ های استاتور از طریق یک سیستم کنترل الکترونیکی کنترل کنید و با آهنرباهای دائمی روتور در تعامل باشید تا به تبدیل کارآمد انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی برسد. از دستگاه های الکترونیکی کوچک مصرفی گرفته تا تجهیزات بزرگ صنعتی ، از کاربردهای ولتاژ کم گرفته تا سیستم های حرکتی 48 ولت BLDC ، موتورهای DC بدون برس ، با راندمان بالا ، قابلیت اطمینان بالا و عملکرد عالی ، پیشرفت تکنولوژیکی و بهبود بهره وری در صنایع مختلف را هدایت می کنند. با توسعه مداوم فناوری کنترل الکترونیکی و مواد آهنربای دائمی ، می توانیم پیش بینی کنیم که BLDC Motors چشم انداز کاربرد گسترده تری و عملکرد برجسته تری خواهد داشت.

اگر به محصولات ما علاقه دارید یا سوالی دارید ، لطفا در صورت تمایلبا ما تماس بگیریدو ما طی 24 ساعت به شما پاسخ خواهیم داد.