Cum funcționează un motor BLDC: o explicație detaliată a principiilor motoarelor de curent continuu fără perii

În ultimele două până la trei decenii, datorită progresului continuu al tehnologiei electronice și al materialelor cu magneti permanenți,Motoare BLDCs-au transformat de la motoare de nișă la soluții de putere curente pentru diverse industrii.Motoare BLDCau fost utilizate pe scară largă în aplicații, inclusiv în aparate de uz casnic, scule electrice, vehicule electrice și echipamente de automatizare industrială datorită eficienței ridicate, fiabilității ridicate și duratei de viață lungi. Cu toate acestea, principiile de funcționare ale motoarelor BLDC  nu sunt încă cunoscute de mulți oameni. Acest articol va explica tot ce trebuie să realizați despre principiul de funcționare al motoarelor BLDC, astfel încât să puteți obține o imagine mai detaliată a acestei inovații incredibile în ingineria electrică actuală.

Structura de bază a unui motor BLDC

Acum, înainte de a intra în principiul de lucru, ar trebui să ne familiarizăm cu structura sa de bază:

Stator: Fixat în interiorul carcasei motorului, este alcătuit în general din foi de oțel cu siliciu laminat, iar bobinele sunt înfășurate în jurul lui pentru a crea mai mulți poli de electromagneți.

Rotor: rotorul este de obicei montat pe arbore și conține magneți permanenți. Motoarele BLDC pot fi clasificate în mai multe varietăți pe baza diferitelor configurații ale magneților permanenți.

Senzori Hall: Pentru determinarea poziției rotorului și feedback-ul către sistemul de control electronic.

Controler: Un sistem de control electronic care determină sincronizarea curentului care curge prin înfășurările statorului pe baza feedback-ului de la senzorii Hall sau alte mecanisme de feedback.

Este demn de remarcat faptul că structura motorului outrunner BLDC este unică din structura interioară a rotorului. Rotorul este în exterior, iar statorul este în interior. Acest tip de design este predominant în special în aplicațiile care necesită un cuplu mare, cum ar fi acționarea elicelor dronei.

Principiile electromagnetismului: fundamentul funcționării motorului BLDC

Două principii de bază ale electromagnetismului determină funcționarea unui motor BLDC:

Legea lui Ampere: Când un conductor purtător de curent se află într-un câmp magnetic, conductorul va fi supus unei forțe. Statorul unui motor BLDC este construit din înfășurări de cupru spiralate și, după ce aceste înfășurări sunt alimentate, ele creează un câmp magnetic care interacționează între magneții permanenți ai rotorului pentru a genera o forță care asigură mișcarea mecanică pentru ca rotorul să se rotească.

Legea lui Faraday a inducției electromagnetice: O forță electromotoare va fi indusă într-un conductor atunci când acesta taie liniile câmpului magnetic sau se află într-un câmp magnetic în schimbare. Este utilizat pe scară largă în controlul fără senzor, unde poziția rotorului este detectată prin detectarea forțelor electromotoare din spate.

Aceste principii sunt aplicate în proiectarea motoarelor industriale fără perii. Ei realizează acest lucru prin reglarea fină a curentului care curge prin înfășurările statorului, asigurând interacțiuni electromagnetice favorabile cu magneții permanenți ai rotorului pentru a obține eficiență și stabilitate ridicate.

Procesul de comutație al unui motor BLDC

Cel mai important mecanism de lucru din motorul BLDC se numește comutație electronică. Este cel mai important și cheie factor de distincție între motoarele fără perii și motoarele tradiționale cu perii.

Principiul comutației: Comutația este procesul de schimbare a direcției fluxului de curent în ceea ce privește bobinele motorului, astfel încât să existe o interacțiune electromagnetică continuă între rotor și stator, care creează un cuplu continuu.

Comutație în șase pași: Metoda tradițională de control a motoarelor BLDC împarte ciclul electric în șase pași. La fiecare pas, două din înfășurările trifazate sunt alimentate, în timp ce o fază este oprită.

Feedback al senzorului Hall: Senzorii Hall detectează poziția magneților permanenți ai rotorului, astfel încât controlerul poate determina ce înfășurare ar trebui alimentată și direcția curentului.

Control fără senzor: O metodă mai avansată este de a determina poziția rotorului prin monitorizarea forței electromotoare din spate în faza nealimentată, nu sunt necesari senzori Hall pentru a implementa această strategie complexă, rezultând o fiabilitate mai mare a unității.

Motoarele mari BLDC adoptă de obicei strategii de control mai complexe, cum ar fi unitatea sinusoidală sau controlul vectorial, pentru a obține o ieșire mai lină a cuplului și o eficiență mai mare.

Rolul controlerului într-un sistem motor BLDC

Motorul BLDC nu poate funcționa singur și trebuie combinat cu un controler electronic specializat:

Driverul motorului: De obicei, un invertor de punte trifazat bazat pe putere MOSFET sau IGBT care comută calea curentului în funcție de semnalul de control

Microcontroler: Primește semnale de la senzorul de poziție, efectuează algoritmi de control și generează semnale PWM pentru a conduce dispozitivele de putere.

Control în buclă închisă: Oferă control precis al vitezei sau control al poziției în funcție de nevoile aplicației.

Funcție de protecție sigură: protecție la supracurent, protecție la supratemperatura, protecție la subtensiune etc.

Aplicațiile pentru sistemele de motoare BLDC de 48 V sunt răspândite în bicicletele electrice, vehiculele electrice mici și în alte aplicații industriale. Controlerul și circuitele sale de manipulare trebuie să se ocupe de tensiuni și curenți mai mari și, de obicei, au un set mai complex de funcții de performanță și protecție.

Caracteristicile de performanță și scenariile de aplicare ale motoarelor BLDC

Acum, să aruncăm o privire asupra avantajelor lor de performanță după ce a învățat principiile de funcționare a motorului BLDC:

Eficiență ridicată: Datorită absenței pierderilor prin frecare de la perii și comutatoare, eficiența acestora este de obicei peste 85%, chiar peste 95% în unele cazuri.

Caracteristici bune de viteză-cuplu: Oferă o gamă largă de cuplu de ieșire.

Durată de viață mai mare: Fără elemente mecanice de uzură, durata de viață este limitată doar în cele din urmă de rulmenți.

Eficiență îmbunătățită de disipare a căldurii: contact direct între înfășurările statorului și carcasa motorului pentru o disipare mai eficientă a căldurii.

Zgomot redus și interferență electromagnetică: Nu există scântei și zgomot generate de comutarea periei.

Datorită structurii sale speciale, motorul outrunner BLDC este mai capabil să furnizeze un cuplu mai mare la viteze mici, făcându-l potrivit în special pentru sistemele de acționare directă, cum ar fi elice și ventilatoare de drone, etc. Cu avantajele stabilității și durabilității, motorul fără perii îl face alegerea sursei de alimentare în echipamentele de automatizare și instrumente de precizie.

Algoritmii de control ai motoarelor BLDC

Tehnologia modernă de control BLDC mai dezvoltată a depășit această metodă simplă de comutare în șase pași:

Controlul undei trapezoidale: Cea mai de bază metodă de control este o formă de undă de curent trapezoidal. Este simplu de pus în practică dar produce ondulații de cuplu de amplitudine considerabilă.

Control sinusoidal: conduce motorul cu curent sinusoidal, care poate reduce ondulația cuplului motorului și poate face funcționarea mai lină.

Control orientat pe câmp (FOC): Prin aplicarea unei transformări matematice, curentul trifazat este translatat în sistemul de coordonate rotativ pentru control, ceea ce duce la un control optim al cuplului și eficiența energetică.

Tehnologie de fuziune a senzorilor: integrează mai multe semnale de feedback (de exemplu, senzori Hall, codificatori și eșantionarea curentului) pentru o mai bună acuratețe și robustețe a controlului.

Datorită provocărilor din aplicațiile de mare putere, cum ar fi managementul termic, optimizarea eficienței și răspunsul dinamic, algoritmi de control mai sofisticați sunt de obicei utilizați pentru motoarele Big BLDC.

Concluzie: Principiile de lucru și avantajele motoarelor BLDC

Motoare BLDCcontrolează cu precizie curentul din înfășurările statorului printr-un sistem de control electronic și interacționează cu magneții permanenți ai rotorului pentru a obține o conversie eficientă a energiei electrice în energie mecanică. De la dispozitive electronice mici de consum până la echipamente industriale mari, de la aplicații de joasă tensiune până la sisteme de motoare BLDC de 48 V, motoarele de curent continuu fără perii, cu eficiența lor ridicată, fiabilitatea ridicată și performanța de control excelentă, conduc progresul tehnologic și îmbunătățirea eficienței energetice în diverse industrii. Odată cu dezvoltarea continuă a tehnologiei de control electronic și a materialelor cu magnet permanenți, putem prevedea că motoarele BLDC vor avea o perspectivă de aplicare mai largă și o performanță mai remarcabilă.

Dacă sunteți interesat de produsele noastre sau aveți întrebări, vă rugăm să nu ezitațicontactaţi-neși vă vom răspunde în 24 de ore.