Moderne børsteløse DC-motorer
Takket være betydelige fremskritt innen halvlederelektronikk og teknologien for å lage kraftige neodymmagneter, er børsteløse likestrømsmotorer mye brukt i dag. De brukes i vaskemaskiner, støvsugere, vifter, droner osv.
Og selv om ideen om prinsippet om drift av en børsteløs motor ble uttrykt så tidlig som på begynnelsen av 1800-tallet, ventet den i vingene til begynnelsen av halvledertiden, da teknologiene ble klare for praktisk implementering av dette interessante og effektive konseptet, som tillot børsteløse likestrømsmotorer å gå like bredt som de gjør i dag. …
I den engelske versjonen kalles de motorer av denne typen BLDC-motor — børsteløse likestrømsmotorer — børsteløs likestrømsmotor. Motorrotoren inneholder permanente magneter, og arbeidsviklingene er plassert på statoren, det vil si at BLDC-motorenheten er helt motsatt av det som er i den klassiske børstede motoren. BLDC-motoren styres av en elektronisk kontroller kalt ESC — elektronisk hastighetskontroller — elektronisk cruisekontroll.
Elektronisk regulator og høy effektivitet
Den elektroniske regulatoren gjør at den elektriske energien som tilføres den børsteløse motoren kan varieres jevnt. I motsetning til enklere versjoner av resistive hastighetsregulatorer, som ganske enkelt begrenser kraften ved å koble en resistiv last i serie med motoren, som konverterer overskuddseffekt til varme, gir elektronisk hastighetsregulering betydelig høyere effektivitet uten å kaste bort den elektriske kraften som leveres.energi for unødvendig oppvarming. ..
Børsteløs DC-motor kan klassifiseres som selvsynkroniserende synkronmotor, der en gnistende node som krever regelmessig vedlikehold er helt slått av — samler… Oppsamlerens funksjon blir overtatt av elektronikken, på grunn av dette forenkles hele produktets design og blir mer kompakt.
Børstene erstattes faktisk av elektroniske brytere, hvor tapene er mye mindre enn de ville vært med mekanisk svitsjing. Kraftige neodymmagneter på rotoren gir større dreiemoment på akselen. Og en slik motor varmer opp mindre enn kollektorforgjengeren.
Som et resultat er effektiviteten til motoren den beste, og kraften per kilo vekt er høyere, pluss et ganske bredt spekter av rotorhastighetsregulering og nesten fullstendig fravær av generert radiointerferens. Strukturelt er motorer av denne typen lett tilpasset til å arbeide i vann og i aggressive miljøer.
Den elektroniske kontrollenheten er en svært viktig og kostbar del av en børsteløs likestrømsmotor, men den kan ikke unnlates.Fra denne enheten mottar motoren kraft, hvis parametere påvirker både hastigheten og kraften som motoren vil være i stand til å utvikle under belastning.
Selv om rotasjonshastigheten ikke trenger å justeres, er det fortsatt nødvendig med en elektronisk kontrollenhet, fordi den ikke bare har kontrollfunksjonen, men også har en strømforsyningskomponent. Vi kan si at ESC er en analog av frekvensregulator for asynkrone AC-motorerspesialdesignet for å drive og kontrollere børsteløs DC-motor.
BLDC motorkontroll
For å forstå hvordan en BLDC-motor styres, la oss først huske hvordan en kommutatormotor fungerer. I sin kjerne prinsippet om rotasjon av rammen med en strøm i et magnetfelt.
Hver gang rammen med strømmen roterer og finner en likevektsposisjon, endrer kommutatoren (børstene presset mot oppsamleren) retningen på strømmen gjennom rammen og rammen fortsetter. Denne prosessen gjentas når rammen beveger seg fra stang til stang. Bare i samlemotoren er det mange slike rammer og det er flere par magnetiske poler, derfor inneholder børstesamleren ikke to kontakter, men mange.
ECM gjør det samme. Den snur polariteten til magnetfeltet så snart rotoren må snu seg bort fra likevektsposisjonen. Det er kun styrespenningen som ikke tilføres rotoren, men til statorviklingene, og dette gjøres ved hjelp av halvlederbrytere til rett tid (rotorfaser).
Det er åpenbart at strømmen til statorviklingene til en børsteløs motor må tilføres på riktig tidspunkt, det vil si når rotoren er i en viss kjent posisjon. For å gjøre dette, bruk en av følgende metoder.Den første er basert på rotorposisjonssensoren, den andre er ved å måle EMF til en av spolene som for øyeblikket ikke mottar strøm.
Sensorene er forskjellige, magnetiske og optiske, de mest populære er magnetiske sensorer Hall effekt… Den andre metoden (basert på EMF-måling), selv om den er effektiv, tillater ikke presis kontroll ved lave hastigheter og ved oppstart. Hallsensorer gir derimot mer presis kontroll i alle moduser. Det er tre slike sensorer i trefase BLDC-motorer.
Motorer uten rotorposisjonssensorer kan brukes i tilfeller der motoren starter uten akselbelastning (vifte, propell osv.). Hvis start utføres under belastning, kreves en motor med rotorposisjonssensorer. Begge alternativene har sine fordeler og ulemper.
En løsning med en sensor blir til en mer praktisk kontroll, men hvis minst en av sensorene svikter, må motoren demonteres, i tillegg krever sensorene separate ledninger. I den sensorløse versjonen er det ikke nødvendig med spesielle ledninger, men under oppstart vil rotoren svinge frem og tilbake. Hvis dette er uakseptabelt, er det nødvendig å installere sensorer i systemet.
Rotor og stator, antall faser
Rotoren til en BLDC-motor kan være ekstern eller intern og statoren intern eller ekstern. Statoren er laget av magnetisk ledende materiale, med antall tenner helt delt på antall faser. Rotoren kan være laget, ikke nødvendigvis av et magnetisk ledende materiale, men nødvendigvis med magneter godt festet til den.
Jo sterkere magneter, jo større er tilgjengelig dreiemoment. Antall statortenner skal ikke være lik antall rotormagneter.Minimum antall tenner er lik antall kontrollfaser.
De fleste moderne børsteløse DC-motorer er trefasede, ganske enkelt for enkel design og kontroll. Som i AC-induksjonsmotorer er viklingene til de tre fasene her koblet til statoren med en "delta" eller "stjerne".
Slike motorer uten rotorposisjonssensorer har 3 strømledninger, og motorer med sensorer har 8 ledninger: to ekstra ledninger for å drive sensorene og tre for signalutgangene til sensorene.
Lavhastighets eksterne rotormotorer er laget med et stort antall poler (og derfor tenner) per fase for å oppnå rotasjon med en vinkelfrekvens betydelig mindre enn frekvensen til styrestrømmen. Men selv med høyhastighets trefasemotorer brukes vanligvis ikke antall tenner mindre enn 9.