BLDC қозғалтқышы қалай жұмыс істейді: щеткасыз тұрақты ток қозғалтқыштарының принциптерін егжей-тегжейлі түсіндіру

Соңғы екі-үш онжылдықта электронды технологиялар мен тұрақты магнитті материалдардың үздіксіз дамуының арқасында,BLDC қозғалтқыштарытауашалық қозғалтқыштардан әртүрлі салаларға арналған негізгі қуат шешімдеріне айналды.BLDC қозғалтқыштарыжоғары тиімділігі, жоғары сенімділігі және ұзақ қызмет ету мерзімі арқасында тұрмыстық техника, электр құралдары, электр көліктері және өнеркәсіптік автоматика жабдығын қоса алғанда, қолданбалы салаларда кеңінен қолданылады. Дегенмен, BLDC қозғалтқыштарының жұмыс принциптері әлі де көптеген адамдарға белгілі емес. Бұл мақалада BLDC қозғалтқыштарының жұмыс принципі туралы не қажет екенін түсіндіріп, қазіргі заманғы электротехникадағы осы керемет инновацияны толығырақ көре аласыз.

BLDC қозғалтқышының негізгі құрылымы

Енді жұмыс принципіне кіріспес бұрын оның негізгі құрылымымен танысуымыз керек:

Статор: қозғалтқыш корпусының ішіне бекітілген, ол әдетте ламинатталған кремний болат парақтардан тұрады және бірнеше электромагниттік полюстер жасау үшін оның айналасына катушкалар оралады.

Ротор: Ротор әдетте білікке орнатылады және тұрақты магниттерді қамтиды. BLDC қозғалтқыштары тұрақты магниттердің әртүрлі конфигурацияларына негізделген бірнеше сорттарға жіктелуі мүмкін.

Холл сенсорлары: ротордың орнын және электрондық басқару жүйесіне кері байланысты анықтауға арналған.

Контроллер: Холл сенсорларының немесе басқа кері байланыс механизмдерінің кері байланысы негізінде статор орамдары арқылы өтетін токтың уақытын анықтайтын электрондық басқару жүйесі.

Айта кету керек, BLDC қозғалтқышының озық құрылымы ішкі ротор құрылымынан ерекше. Ротор сыртта, ал статор ішінде. Дизайндың бұл түрі әсіресе ұшқышсыз винттердің жетегі сияқты жоғары айналу моментін қажет ететін қолданбаларда кең таралған.

Электромагнитизмнің принциптері: BLDC қозғалтқышының жұмысының негізі

Электрмагнетизмнің екі негізгі принципі BLDC қозғалтқышының жұмысын анықтайды:

Ампер заңы: Тогы бар өткізгіш магнит өрісінде болғанда, өткізгішке күш әсер етеді. BLDC қозғалтқышының статоры ширатылған мыс орамдарынан құрастырылған және бұл орамдарға қуат берілгеннен кейін олар ротордың айналуы үшін механикалық қозғалысты қамтамасыз ететін күшті тудыру үшін ротордың тұрақты магниттері арасында өзара әрекеттесетін магнит өрісін жасайды.

Фарадейдің электромагниттік индукция заңы: Өткізгіш магнит өрісінің сызықтарын кескенде немесе өзгермелі магнит өрісінде болғанда электр қозғаушы күш индукцияланады. Ол ротордың күйі артқы электр қозғаушы күштерді сезіну арқылы анықталатын сенсорсыз басқару кеңінен қолданылады.

Бұл принциптер өнеркәсіптік щеткасыз қозғалтқыштарды жобалауда қолданылады. Олар мұны статор орамдары арқылы өтетін токты мұқият реттеу арқылы, жоғары тиімділік пен тұрақтылыққа жету үшін ротордың тұрақты магниттерімен қолайлы электромагниттік әрекеттесулерді қамтамасыз ету арқылы жүзеге асырады.

BLDC қозғалтқышының коммутация процесі

BLDC қозғалтқышындағы ең маңызды жұмыс механизмі электронды коммутация деп аталады. Бұл қылшықсыз қозғалтқыштар мен дәстүрлі щеткалы қозғалтқыштар арасындағы ең маңызды және негізгі айырмашылық факторы.

Коммутация принципі: Коммутация - қозғалтқыштың катушкаларына қатысты ток ағынының бағытын өзгерту процесі, осылайша ротор мен статор арасында үздіксіз электромагниттік әсерлесу болуы мүмкін, бұл үздіксіз моментті жасайды.

Алты сатылы коммутация: BLDC қозғалтқыштарын басқарудың дәстүрлі әдісі электрлік циклді алты қадамға бөледі. Әрбір қадамда үш фазалы орамдардың екеуі қуатталады, ал бір фаза өшірулі.

Холл сенсорының кері байланысы: Холл сенсорлары ротордың тұрақты магниттерінің орнын анықтайды, осылайша контроллер қай орамға қуат беру керектігін және ток бағытын анықтай алады.

Датчиксіз басқару: Неғұрлым жетілдірілген әдіс - қуатсыз фазадағы артқы электр қозғаушы күшін бақылау арқылы ротордың орнын анықтау, бұл күрделі стратегияны жүзеге асыру үшін Холл сенсорлары қажет емес, нәтижесінде жетектің сенімділігі артады.

Үлкен BLDC қозғалтқыштары, әдетте, біркелкі айналу моменті мен жоғары тиімділікке қол жеткізу үшін синусоидтық жетегі немесе векторлық басқару сияқты күрделі басқару стратегияларын қабылдайды.

BLDC қозғалтқыш жүйесіндегі контроллердің рөлі

BLDC қозғалтқышы өздігінен жұмыс істей алмайды және оны арнайы электронды контроллермен біріктіру қажет:

Қозғалтқыш драйвері: Әдетте басқару сигналына сәйкес ток жолын ауыстыратын қуат MOSFET немесе IGBT негізіндегі үш фазалы көпір инверторы

Микроконтроллер: позиция сенсорынан сигналдарды қабылдайды, басқару алгоритмдерін орындайды және қуат құрылғыларын басқару үшін PWM сигналдарын жасайды.

Жабық циклды басқару: қолданба қажеттіліктеріне негізделген дәл жылдамдықты бақылауды немесе позицияны басқаруды қамтамасыз етеді.

Қауіпсіз қорғаныс функциясы: артық токтан қорғау, жоғары температурадан қорғау, төмен кернеуден қорғау және т.б.

48 В BLDC қозғалтқыш жүйелеріне арналған қосымшалар электрлік велосипедтерде, шағын электр көліктерінде және кейбір басқа өнеркәсіптік қолданбаларда кең таралған. Оның контроллері мен өңдеу схемасы жоғары кернеулер мен токтармен жұмыс істеуі керек және әдетте өнімділік пен қорғаныс функцияларының күрделі жиынтығына ие.

BLDC моторларының өнімділік сипаттамалары және қолдану сценарийлері

Енді BLDC қозғалтқышының жұмыс істеу принциптерін үйренгеннен кейін олардың өнімділік артықшылықтарын қарастырайық:

Жоғары тиімділік: Шөткелер мен коммутаторлардан үйкеліс жоғалтуларының болмауына байланысты олардың тиімділігі әдетте 85%, тіпті кейбір жағдайларда 95% жоғары болады.

Жақсы жылдамдық-крутящий сипаттамалары: момент шығарудың кең ауқымын қамтамасыз етеді.

Ұзақ қызмет ету мерзімі: механикалық тозу элементтерінсіз қызмет ету мерзімі ең соңында тек мойынтіректермен шектеледі.

Жақсартылған жылуды тарату тиімділігі: жылуды тиімдірек бөлу үшін статор орамдары мен қозғалтқыш корпусы арасындағы тікелей байланыс.

Төмен шу және электромагниттік кедергі: щетканың коммутациясынан пайда болатын ұшқындар мен шулар жоқ.

Арнайы құрылымының арқасында озық BLDC қозғалтқышы төмен жылдамдықта жоғары моментті қамтамасыз ете алады, бұл оларды әсіресе ұшқышсыз винттер мен желдеткіштер және т.б. сияқты тікелей жетекті жүйелер үшін қолайлы етеді. Тұрақтылық пен ұзақ мерзімділік артықшылықтарымен щеткасыз қозғалтқыш оны автоматика жабдығы мен дәл аспаптарда қуат көзін таңдауға айналдырады.

BLDC моторларын басқару алгоритмдері

Неғұрлым дамыған заманауи BLDC басқару технологиясы осы қарапайым алты қадамды коммутация әдісінен асып түсті:

Трапециялық толқынды басқару: басқарудың ең негізгі әдісі – трапеция тәрізді ток толқын пішіні. Оны іске асыру оңай бірақ айтарлықтай амплитудалық момент толқындарын тудырады.

Синусоидты басқару: қозғалтқышты синусоидалы токпен жүргізу бұл қозғалтқыш моментінің толқынын азайтып, жұмысты тегіс ете алады.

Өріске бағытталған басқару (FOC): Математикалық түрлендіруді қолдану арқылы 3 фазалы ток басқару үшін айналмалы координаттар жүйесіне аударылады, бұл оңтайлы моментті басқаруға және энергия тиімділігіне әкеледі.

Sensor fusion технологиясы: жақсырақ басқару дәлдігі мен сенімділігі үшін бірнеше кері байланыс сигналдарын (мысалы, Холл сенсорлары, кодерлер және ағымды іріктеу) біріктіреді.

Жылумен басқару, тиімділікті оңтайландыру және динамикалық жауап беру сияқты жоғары қуатты қолданбалардағы қиындықтарға байланысты әдетте Үлкен BLDC қозғалтқыштары үшін күрделірек басқару алгоритмдері қолданылады.

Қорытынды: BLDC қозғалтқыштарының жұмыс істеу принциптері мен артықшылықтары

BLDC қозғалтқыштарыэлектр энергиясын механикалық энергияға тиімді түрлендіруге қол жеткізу үшін электронды басқару жүйесі арқылы статор орамаларындағы токты дәл бақылау және ротордың тұрақты магниттерімен әрекеттесу. Кішігірім тұтынушылық электронды құрылғылардан ірі өнеркәсіптік жабдықтарға дейін, төмен вольтты қолданбалардан 48 В BLDC қозғалтқыш жүйелеріне дейін, щеткасыз тұрақты ток қозғалтқыштары жоғары тиімділігімен, жоғары сенімділігімен және тамаша басқару көрсеткіштерімен әртүрлі салаларда технологиялық прогреске және энергия тиімділігін арттыруға ықпал етеді. Электрондық басқару технологиясының және тұрақты магниттік материалдардың үздіксіз дамуымен біз BLDC қозғалтқыштары кеңірек қолдану перспективасына және керемет өнімділікке ие болатынын болжай аламыз.

Егер сіз біздің өнімдерге қызығушылық танытсаңыз немесе сұрақтарыңыз болса, қымсынбаңызбізбен хабарласыңыжәне біз сізге 24 сағат ішінде жауап береміз.