Børsteløs DC-motor - fordele, applikationer og kontrol

Børsteløs DC-motor - fordele, applikationer og kontrol

Definition

En børsteløs jævnstrømsmotor består af en rotor i form af en permanent magnet og stator i form af polyfase ankerviklinger. Den adskiller sig fra den konventionelle jævnstrømsmotor, således at den ikke indeholder børster, og kommuteringen sker ved hjælp af elektrisk ved hjælp af et elektronisk drev til at føde statorviklingerne.



Dybest set kan en BLDC-motor konstrueres på to måder - ved at placere rotoren uden for kernen og viklingerne i kernen og en anden ved at placere viklingerne uden for kernen. I det tidligere arrangement fungerer rotormagneterne som en isolator og reducerer hastigheden for varmeafledning fra motoren og fungerer ved lav strøm. Det bruges typisk i fans. I sidstnævnte arrangement spreder motoren mere varme og forårsager således en forøgelse af dens drejningsmoment. Det bruges i harddiske.


BLDC

BLDC





4-polet 2-fase motorbetjening

Den børsteløse jævnstrømsmotor drives af et elektronisk drev, der skifter forsyningsspænding mellem statorviklingerne, når rotoren drejer. Rotorpositionen overvåges af transduceren (optisk eller magnetisk), der leverer information til den elektroniske controller, og baseret på denne position bestemmes den statorvikling, der skal aktiveres. Dette elektroniske drev består af transistorer (2 for hver fase), der betjenes via en mikroprocessor.

BLDC DC

BLDC-DC



Det magnetiske felt, der genereres af de permanente magneter, interagerer med det felt, der induceres af strømmen i statorviklingerne, hvilket skaber et mekanisk drejningsmoment. Det elektroniske koblingskredsløb eller drevet skifter forsyningsstrømmen til statoren for således at opretholde en konstant vinkel på 0 til 90 grader mellem de interagerende felter. Hall-sensorer er for det meste monteret på statoren eller på rotoren. Når rotoren passerer gennem hallsensoren, baseret på Nord- eller Sydpolen, genererer den et højt eller lavt signal. Baseret på kombinationen af ​​disse signaler defineres den vikling, der skal aktiveres. For at holde motoren i gang skal magnetfeltet, der produceres af viklingerne, skifte position, når rotoren bevæger sig for at indhente statorfeltet.

BLDC DC-motor

Kredsløb

I en 4-polet, 2-faset børsteløs jævnstrømsmotor anvendes en enkelt hallsensor, som er indlejret i statoren. Når rotoren roterer, registrerer hallsensoren positionen og udvikler et højt eller lavt signal afhængigt af magnetens pol (nord eller syd). Hall-sensoren er forbundet via en modstand til transistorer. Når der optræder et højspændingssignal ved udgangen af ​​sensoren, begynder transistoren, der er forbundet til spole A, at lede, hvilket giver strømmen til strømmen og dermed aktiverer spolen A. Kondensatoren begynder at oplades til den fulde forsyningsspænding. Når hallsensoren registrerer en ændring i rotorens polaritet, udvikler den et lavspændingssignal ved dens udgang, og da transistoren 1 ikke får nogen forsyning, er den i afskæringstilstand. Spændingen udviklet omkring kondensatoren er Vcc, som er forsyningsspændingen til 2ndtransistor, og spole B får nu strøm, når strøm passerer gennem den.

BLDC-motorer har faste permanente magneter, som roterer og har en fast anker, hvilket eliminerer problemerne med at forbinde strøm til den bevægelige anker. Og muligvis flere poler på rotoren end stator- eller modstandsmotorer. Sidstnævnte kan være uden permanente magneter, bare poler, der er induceret på rotoren, derefter trukket ind i et arrangement ved hjælp af tidsindstillede statorviklinger. En elektronisk controller erstatter børstet / kommutatorsamlingen af ​​den børstede jævnstrømsmotor, som konstant skifter fasen til viklingerne for at holde motoren i drejning. Styringen udfører komparativ tidsindstillet strømfordeling ved hjælp af et solid-state-kredsløb i stedet for børste- / kommutatorsystemet.


BLDC-motor

BLDC-motor

7 fordele ved børsteløse DC-motorer

  • Bedre hastighed versus drejningsmomentegenskaber
  • Høj dynamisk respons
  • Høj effektivitet
  • Lang levetid på grund af manglende elektriske tab og friktionstab
  • Støjløs drift
  • Højere hastighedsområder

Anvendelser:

Omkostningerne ved den børsteløse DC-motor er faldet siden præsentationen på grund af fremskridt inden for materialer og design. Dette fald i omkostninger kombineret med de mange brændpunkter, den har over børste DC-motoren, gør den børsteløse DC-motor til en populær komponent i adskillige særprægede applikationer. Applikationer, der bruger BLDC-motoren inkluderer, men er ikke begrænset til:

  • Forbrugerelektronik
  • Transportere
  • Opvarmning og ventilation
  • Industriteknik
  • Model engineering

Princippet om at arbejde

Principperne for drift af BLDC-motorer er de samme som for en børstet jævnstrømsmotor, dvs. den interne akselpositionsfeedback. I tilfælde af en børstet DC-motor implementeres feedback ved hjælp af en mekanisk kommutator og børster. Inden for BLDC-motor opnås det ved hjælp af flere feedback-sensorer. I BLDC-motorer bruger vi for det meste en Hall-effekt-sensor, når rotormagnetiske poler passerer nær hall-sensoren, genererer de et HIGH eller LOW-niveau signal, som kan bruges til at bestemme akselens position. Hvis retningen af ​​magnetfeltet vendes, vil den udviklede spænding også vende.

Styring af en BLDC-motor

Kontrolenheden er implementeret af mikroelektronisk har flere højteknologiske valg. Dette kan implementeres ved hjælp af en mikro-controller, en dedikeret mikro-controller, en hard-wired mikroelektronisk enhed, en PLC eller lignende en anden enhed.

Den analoge controller bruger stadig, men den kan ikke behandle feedbackmeddelelser og kontrollere i overensstemmelse hermed. Med denne type kontrolkredsløb er det muligt at implementere styringsalgoritmer med høj ydeevne, såsom vektorstyring, feltorienteret kontrol, højhastighedsstyring, som alle er relateret til motorens elektromagnetiske tilstand. Desuden implementeres ydre sløjfekontrol til forskellige dynamiske krav, såsom glidende motorstyring, adaptiv kontrol, forudsigelig kontrol ... osv. Konventionelt.

Udover alle disse finder vi højtydende PIC (Power Integrated Circuit), ASIC (Application Specific Integrated Circuits) ... osv. der i høj grad kan forenkle konstruktionen af ​​styringen og den kraftelektroniske enhed begge. For eksempel har vi i dag komplet PWM (Pulse Width Modulation) regulator i en enkelt IC, der kan erstatte hele styreenheden i nogle systemer. Compound driver IC kan levere den komplette løsning til at køre alle seks strømafbrydere i en trefasekonverter. Der er adskillige lignende integrerede kredsløb med mere og mere tilføjelse dag for dag. I slutningen af ​​dagen vil systemmontering muligvis kun omfatte et stykke kontrolsoftware med al hardware, der kommer til den rigtige form og form.

PWM (Pulse Width Modulation) -bølge kan bruges til at styre motorens hastighed. Her er den gennemsnitlige spænding angivet, eller den gennemsnitlige strøm, der strømmer gennem motoren, vil ændre sig afhængigt af TIL- og FRA-tiden for de impulser, der styrer motorens hastighed, dvs. bølgenes arbejdscyklus styrer dens hastighed. Ved ændring af driftscyklus (ON-tid) kan vi ændre hastigheden. Ved at udveksle outputporte vil det effektivt ændre motorens retning.

Hastighedskontrol

Hastighedskontrol af BLDC-motoren er afgørende for at få motoren til at arbejde med den ønskede hastighed. Hastigheden på en børsteløs jævnstrømsmotor kan styres ved at kontrollere indgangsspændingen. Jo højere spænding, jo mere er hastigheden. Når motoren fungerer i normal tilstand eller kører under nominel hastighed, ændres armaturets indgangsspænding gennem PWM-modellen. Når en motor betjenes over nominel hastighed, svækkes fluxen ved at fremføre den udgående strøm.

Hastighedskontrollen kan være lukket loop eller open-loop hastighedskontrol.

Åben sløjfehastighedskontrol - Det involverer simpelthen at kontrollere jævnspændingen, der påføres motorterminalerne ved at skære jævnspændingen. Dette resulterer imidlertid i en eller anden form for strømbegrænsning.

Hastighedskontrol med lukket sløjfe - Det indebærer at kontrollere indgangsspændingen gennem hastighedsfeedback fra motoren. Således styres forsyningsspændingen afhængigt af fejlsignalet.

Hastighedskontrollen med lukket sløjfe består af tre grundlæggende komponenter.

  1. Et PWM-kredsløb til generering af de krævede PWM-impulser. Det kan enten være en mikrokontroller eller en timer-IC.
  2. En sensorenhed til at registrere den faktiske motorhastighed. Det kan være en hall-effekt-sensor, en infrarød sensor eller en optisk indkoder.
  3. Et motordrev til styring af motordriften.

Denne teknik til at ændre forsyningsspændingen baseret på fejlsignalet kan enten være gennem pid-styringsteknikken eller ved hjælp af fuzzy logik.

Anvendelse til hastighedskontrol af børsteløs DC-motor

BLDC DC Motor Control

BLDC DC Motor Control

Motordriften styres ved hjælp af en optokobler og et MOSFET-arrangement, hvor indgangsstrøm styres via PWM-teknikken fra mikrokontrolleren. Når motoren roterer, bliver den infrarøde led til stede ved sin aksel belyst med hvidt lys på grund af tilstedeværelsen af ​​en hvid plet på dens aksel og reflekterer det infrarøde lys. Fotodioden modtager dette infrarøde lys og gennemgår en ændring i dets modstand, hvilket forårsager en ændring i forsyningsspænding til den tilsluttede transistor, og der gives en puls til mikrocontrolleren for at generere antallet af omdrejninger pr. Minut. Denne hastighed vises på LCD'et.

Den krævede hastighed indtastes i tastaturet, der er grænseflade til mikrokontrolleren. Forskellen mellem den registrerede hastighed og den ønskede hastighed er fejlsignalet, og mikrocontrolleren genererer PWM-signalet i henhold til fejlsignalet, baseret på den uklare logik for at give jævnstrømsindgangen til motoren.

Således ved hjælp af lukket kredsløbskontrol kan hastigheden af ​​den børsteløse jævnstrømsmotor styres, og den kan bringes til at rotere med en hvilken som helst ønsket hastighed.

Fotokredit: