Sådan fungerer børsteløse DC (BLDC) motorer

Sådan fungerer børsteløse DC (BLDC) motorer

Indlægget beskriver udførligt det grundlæggende betjeningskoncept for børsteløse DC-motorer, også kaldet BLDC-motor.



Forskellen mellem børstet og børsteløst DC-motor

I vores traditionelle børstede motorer anvendes børster til at skifte den centrale bevægelige rotor i forhold til den omgivende stationære permanente magnetstator.

Børster bliver bydende nødvendige, fordi rotoren er lavet ved hjælp af elektromagneter, der har brug for strøm til at fungere, men da den også skal rotere, bliver ting klodset, og børster bliver det eneste alternativ til at levere strøm til den roterende elektromagnetiske rotor.





Tværtimod i børsteløse DC-motorer eller BLDC-motorer har vi en stationær centralstator og en omgivende cirkulær rotor. Statoren består af et sæt elektromagneter, mens rotoren har permanente magneter fastgjort over sin omkreds i en bestemt beregnet position.

Brug af Hall Effect Sensors

Mekanismen har også en Hall-effektføler, der er installeret for at registrere rotorens og dens magneter i forhold til statorelektromagneten og informere dataene til et eksternt koblingskredsløb, som derefter bliver ansvarlig for aktivering / deaktivering af elektromagneterne ved korrekt sekvens eller timing, der påvirker en rotationsbevægelse på rotoren.



Ovenstående forklaring kan forstås ved hjælp af følgende grundlæggende illustration og derefter gennem et detaljeret design i de efterfølgende billeder.

Vi har lært og kender en hel del interessante ting om magneter og hvordan disse enheder interagerer.

Vi ved, at en nordpol af magneten tiltrækker sydpolen af ​​en anden magnet, mens ligesom poler frastøder.

Hvordan permanente magneter er placeret

I det ovenstående viste diagram ser vi en skive med en indbygget magnet ved sin kant (vist i rød farve), der er placeret med nordpolen udad, og også en elektromagnet placeret parallelt med den cirkulære kant af skiven, der producerer en det sydlige magnetfelt, når det er energisk.

Antager vi nu, at arrangementet er placeret som vist i det første øverste diagram med elektromagneten i deaktiveret tilstand.

I denne position, så snart elektromagneten aktiveres med en passende DC-indgang, opnår den og genererer et sydmagnetisk felt, der påvirker en trækkraft over skivemagneten, som igen tvinger skiven til at rotere med noget drejningsmoment, indtil dens permanente magnet kommer på linje med elektromagneterne modsatte fluxlinjer.

Ovenstående handling viser det grundlæggende format, hvor BLDC-konceptet fungerer.

Sådan fungerer BLDC-motoren med hall-effektsensorer

Lad os nu se, hvordan det ovennævnte koncept faktisk implementeres ved hjælp af Hall-effektsensorer for at opretholde en kontinuerlig bevægelse over rotoren.

Følgende eksempeldiagram forklarer mekanismen grundigt:

I ovenstående diagram ser vi grundlæggende et ligetil BLDC rotor / statorarrangement, hvor det ydre cirkulære element er den roterende rotor, mens den centrale elektromagnet bliver den faste stator.

Rotoren kunne ses med et par permanente magneter fastgjort i periferien, som har sydpolen som de påvirkende fluxlinjer, den centrale stator er en stærk elektromagnet, der er designet til at generere en ækvivalent styrke af nordpolens magnetiske flux, når den får energi med en ekstern DC.

Vi kan også visualisere en hallsensor beliggende nær et af hjørnerne af den indre rotorperiferi. Hall-effekten registrerer fundamentalt det roterende rotors magnetfelt og føder signalet til et kontrolkredsløb, der er ansvarligt for at drive statorelektromagneterne.

Med henvisning til den øverste position ser vi det tomme område (som er uden magnetfelt) på rotoren i tæt kontakt med hallsensoren, der holder den i slukket tilstand.

På dette øjeblik informerer frakoblingssignalet fra hall-effekten styrekredsløbet om at tænde elektromagneterne, hvilket øjeblikkeligt inducerer en trækningseffekt på rotorens sydpol, der står lige rundt om hjørnet.

Når dette sker, kommer sydpolen ned bølgende og producerer det krævede drejningsmoment på rotoren og forsøger at tilpasse sig på linje med elektromagnetens nordpol.

Imidlertid trækker rotorens sydpol i processen sig også tæt på hallsensoren (som vist i det nederste diagram), som straks registrerer dette og tænder og informerer kontrolkredsen om at slukke for elektromagneterne.

Sluk for elektromagneternes tid er afgørende

Afbrydelse af elektromagneterne i det rigtige øjeblik som signaleret af halleffektføleren forbyder stop og hæmning af rotorens bevægelse, men giver snarere mulighed for at fortsætte med bevægelsen gennem det genererede drejningsmoment, indtil den foregående position begynder at forme sig, og indtil hallen sensoren endnu en gang 'mærker' rotorens tomme område og slukkes, når cyklen gentages.

Ovenstående skift af hallsensoren i overensstemmelse med de forskellige rotorpositioner påfører en kontinuerlig rotationsbevægelse med et toque, som kan være direkte proportionalt med stator / rotormagnetiske interaktioner og naturligvis hall-effektpositioneringen.

Ovenstående diskussioner forklarer den mest grundlæggende to magnet, en hall sensormekanisme.

For at opnå usædvanligt højere drejningsmomenter anvendes flere magneter og sæt elektromagneter i andre børsteløse motorer med højere effektivitet, hvor mere end en hall-effekt-sensor kan ses til implementering af flere sensorer af rotormagneterne, således at forskellige sæt elektromagneter kunne skiftes ved foretrukket korrekt sekvens.

Sådan styres BLDC-motor

Indtil videre har vi forstået det grundlæggende arbejdskoncept for BLDC motorer og lærte, hvordan en Hall-sensor bruges til at aktivere motorens elektromagnet gennem et eksternt tilsluttet elektronisk kredsløb til at opretholde en kontinuerlig roterende bevægelse af rotoren, i det næste afsnit vil vi studere regading, hvordan BLDC-driverkredsløb faktisk fungerer til styring af BLDC-motorer

Metoden til implementering af en fast statorelektromagnet og en roterende fri magnetisk rotor sikrer forbedret effektivitet for BLDC-motorer sammenlignet med de traditionelle børstede motorer, der har nøjagtig den modsatte topologi og derfor kræver børster til motoroperationerne. Brugen af ​​børster gør procedurerne relativt ineffektive med hensyn til lang levetid, forbrug og størrelse.

Ulempen ved BLDC Motor

Selvom BLDC-typer kan være det mest effektive motorkoncept, har det en væsentlig ulempe, at det kræver et eksternt elektronisk kredsløb for at betjene det. Men med fremkomsten af ​​moderne IC'er og følsomme Hall-sensorer synes dette emne nu at være ganske trivielt sammenlignet med den høje grad af effektivitet, der er involveret i dette koncept.

4 Magnet BLDC Driver Designet

I denne artikel diskuterer vi et simpelt og grundlæggende kontrolkredsløb til en BLDC-motor af firemagnet, en hallsensortype. Motordriften kan forstås ved at henvise til følgende motormekanismediagram:

Ovenstående billede viser et grundlæggende BLDC-motorarrangement med to sæt permanente magneter på tværs af periferien af ​​en ekstern rotor og to sæt central elektromagnet (A, B, C, D) som stator.

For at starte og opretholde et drejningsmoment skal enten A, B eller C, D-elektromagneter være i en aktiveret tilstand (aldrig sammen) afhængigt af positionerne for rotormagnetens nord- / sydpoler i forhold til de aktiverede elektromagneter.

Sådan fungerer BLDC-motordriver

For at være præcis, lad os antage den position, der er vist i ovenstående scenarie med A og B i en tændt tilstand, således at side A får energi med sydpolen, mens side B aktiveres med nordpolen.

Dette ville betyde, at siden A ville udøve en trækningseffekt over sin venstre blå nordpol og en frastødende virkning på sin højre sydpol af statoren, ligesom siden B ville trække den nedre røde sydpol og frastøde den øvre nord rotorens pol ... hele processen kunne derefter antages at udøve en imponerende bevægelse med uret over rotormekanismen.
Lad os også antage, at i ovenstående situation er Hall-sensoren i deaktiveret tilstand, da det kan være en 'sydpolaktiveret' Hall-sensorenhed.

Ovenstående effekt ville forsøge at justere og tvinge rotoren således, at syd låses ansigt til ansigt med side B, mens nordpolen med side A, men før denne situation er i stand til at transpirere, bringes Hall-sensoren tæt på forskydning af rotorens øverste sydpol, og når denne netop går over Hall-sensoren, er den tvunget til at tænde, sende et positivt signal til det tilsluttede styrekredsløb, som øjeblikkeligt reagerer og slukker for elektromagneter A / B og tænder for elektromagneter C / D, idet man sørger for, at rotorens øjeblik med uret igen håndhæves ved at opretholde et ensartet drejningsmoment på rotoren.

Grundlæggende BLDC Driver Circuit

Ovenstående forklarede omskiftning af elektromagneterne som reaktion på Hall-sensortriggeringssignalet kan meget simpelt implementeres ved hjælp af følgende ligefremme BLDC-kontrolkredsløbside.

Kredsløbet har ikke brug for meget af en forklaring, da det er for grundlæggende, under tændingssituationer for Hall-sensoren er BC547 og den koblede TIP122 tilsvarende tændt, hvilket igen tænder de tilsvarende sæt elektromagneter, der er fastgjort over deres kollektor og positive , under frakoblingsperioderne for Hall-sensoren, er BC547 / TIP122-paret slået fra, men den ekstreme venstre TIP122-transistor er tændt og aktiverer de modsatte sæt elektromagneter.

Situationen skiftes skiftevis, kontinuerligt, så længe der forbliver strøm, og holder BLDC roterende med de krævede moment og momentum.




Forrige: Laptop-opladerkreds fra 12V batteri Næste: Sådan oprettes et kraftigt RF-signal jammer-kredsløb