Kaip veikia BLDC variklis: išsamus nuolatinės srovės variklių be šepetėlių principų paaiškinimas

Per pastaruosius du ar tris dešimtmečius dėl nuolatinės elektroninių technologijų ir nuolatinių magnetų medžiagų pažangos,BLDC varikliaiiš nišinių variklių tapo pagrindiniais įvairių pramonės šakų maitinimo sprendimais.BLDC varikliaiDėl didelio efektyvumo, didelio patikimumo ir ilgo tarnavimo jie buvo plačiai naudojami buitiniuose prietaisuose, elektriniuose įrankiuose, elektrinėse transporto priemonėse ir pramoninės automatikos įrangoje. Tačiau BLDC variklių veikimo principai vis dar nėra žinomi daugeliui asmenų. Šiame straipsnyje bus paaiškinta, ką reikia žinoti apie BLDC variklių veikimo principą, kad galėtumėte gauti išsamesnį vaizdą apie šią neįtikėtiną šiuolaikinės elektros inžinerijos naujovę.

Pagrindinė BLDC variklio struktūra

Dabar, prieš pradėdami dirbti su darbo principu, turėtume susipažinti su pagrindine jo struktūra:

Statorius: pritvirtintas variklio korpuso viduje, jis paprastai sudarytas iš laminuotų silicio plieno lakštų, o aplink jį suvynioti ritės, kad būtų sukurti keli elektromagnetų poliai.

Rotorius: Rotorius paprastai montuojamas ant veleno ir jame yra nuolatiniai magnetai. BLDC varikliai gali būti suskirstyti į kelias rūšis, atsižvelgiant į įvairias nuolatinių magnetų konfigūracijas.

Holo jutikliai: skirti nustatyti rotoriaus padėtį ir grįžtamąjį ryšį į elektroninę valdymo sistemą.

Valdiklis: elektroninė valdymo sistema, kuri nustato srovės, tekančios per statoriaus apvijas, laiką pagal grįžtamąjį ryšį iš Holo jutiklių ar kitų grįžtamojo ryšio mechanizmų.

Verta paminėti, kad išorinė BLDC variklio konstrukcija skiriasi nuo vidinio rotoriaus struktūros. Rotorius yra išorėje, o statorius yra viduje. Šio tipo konstrukcija ypač paplitusi tais atvejais, kai reikalingas didelis sukimo momentas, pavyzdžiui, varant drono sraigtus.

Elektromagnetizmo principai: BLDC variklio veikimo pagrindas

Du pagrindiniai elektromagnetizmo principai lemia BLDC variklio veikimą:

Ampero dėsnis: kai srovės laidininkas yra magnetiniame lauke, laidininkas bus veikiamas jėgos. BLDC variklio statorius yra pagamintas iš suvyniotų varinių apvijų, o po to, kai šios apvijos yra įjungtos, jos sukuria magnetinį lauką, kuris sąveikauja tarp rotoriaus nuolatinių magnetų ir sukuria jėgą, kuri užtikrina mechaninį rotoriaus judėjimą.

Faradėjaus elektromagnetinės indukcijos dėsnis: Elektrovaros jėga bus indukuojama laidininke, kai jis pjauna magnetinio lauko linijas arba yra kintančiame magnetiniame lauke. Jis plačiai naudojamas valdyme be jutiklių, kai rotoriaus padėtis aptinkama aptikdama galines elektrovaros jėgas.

Šie principai taikomi projektuojant pramoninius variklius be šepetėlių. Jie tai atlieka tiksliai reguliuodami srovę, tekančią per statoriaus apvijas, užtikrindami palankią elektromagnetinę sąveiką su rotoriaus nuolatiniais magnetais, kad būtų pasiektas didelis efektyvumas ir stabilumas.

BLDC variklio komutavimo procesas

Svarbiausias BLDC variklio veikimo mechanizmas vadinamas elektroniniu komutavimu. Tai yra svarbiausias ir pagrindinis skirtumas tarp variklių be šepetėlių ir tradicinių variklių su šepečiu.

Komutavimo principas: Komutavimas yra srovės tekėjimo krypties keitimo variklio ritėse procesas, kad tarp rotoriaus ir statoriaus būtų nuolatinė elektromagnetinė sąveika, kuri sukuria nuolatinį sukimo momentą.

Šešių pakopų komutavimas: tradicinis BLDC variklių valdymo metodas padalija elektros ciklą į šešis žingsnius. Kiekviename žingsnyje dvi iš trifazių apvijų yra maitinamos, o viena fazė yra išjungta.

Holo jutiklio grįžtamasis ryšys: Holo jutikliai nustato rotoriaus nuolatinių magnetų padėtį, kad valdiklis galėtų nustatyti, kuriai apvijai turi būti įjungta energija, ir srovės kryptį.

Valdymas be jutiklių: pažangesnis metodas yra nustatyti rotoriaus padėtį stebint užpakalinę elektrovaros jėgą fazėje, kurioje nėra energijos, šiai sudėtingai strategijai įgyvendinti nereikia Hallo jutiklių, todėl pavara yra patikimesnė.

Dideli BLDC varikliai paprastai naudoja sudėtingesnes valdymo strategijas, tokias kaip sinusinės bangos pavara arba vektorinis valdymas, kad būtų pasiektas sklandesnis sukimo momentas ir didesnis efektyvumas.

Valdiklio vaidmuo BLDC variklio sistemoje

BLDC variklis negali veikti savarankiškai ir turi būti derinamas su specializuotu elektroniniu valdikliu:

Variklio tvarkyklė: paprastai trifazis tiltinis keitiklis, pagrįstas MOSFET arba IGBT galia, perjungiantis srovės kelią pagal valdymo signalą

Mikrovaldiklis: priima signalus iš padėties jutiklio, atlieka valdymo algoritmus ir generuoja PWM signalus, kad valdytų maitinimo įrenginius.

Uždarojo ciklo valdymas: užtikrina tikslų greičio valdymą arba padėties valdymą pagal taikymo poreikius.

Saugios apsaugos funkcija: apsauga nuo viršsrovių, apsauga nuo perkaitimo, apsauga nuo žemos įtampos ir kt.

48 V BLDC variklių sistemų pritaikymas yra plačiai paplitęs elektriniuose dviračiuose, mažose elektrinėse transporto priemonėse ir kai kuriose kitose pramonės srityse. Jo valdiklis ir valdymo grandinė turi susidoroti su didesne įtampa ir srovėmis ir paprastai turi sudėtingesnį veikimo ir apsaugos funkcijų rinkinį.

BLDC variklių veikimo charakteristikos ir taikymo scenarijai

Išmokę BLDC variklio veikimo principus, pažvelkime į jų veikimo pranašumus:

Didelis efektyvumas: dėl to, kad šepečiai ir komutatoriai nepraranda trinties nuostolių, jų efektyvumas paprastai yra didesnis nei 85%, kai kuriais atvejais net didesnis nei 95%.

Geros greičio ir sukimo momento charakteristikos: suteikia platų sukimo momento išėjimo diapazoną.

Ilgesnė eksploatavimo trukmė: be mechaninių susidėvinčių elementų eksploatavimo trukmę galiausiai riboja tik guoliai.

Pagerintas šilumos išsklaidymo efektyvumas: tiesioginis kontaktas tarp statoriaus apvijų ir variklio korpuso užtikrina efektyvesnį šilumos išsklaidymą.

Mažas triukšmas ir elektromagnetiniai trukdžiai: Komutuojant šepečiu nėra kibirkščių ir triukšmo.

Dėl savo specialios konstrukcijos išorinis BLDC variklis gali užtikrinti didesnį sukimo momentą esant mažam greičiui, todėl jis ypač tinka tiesioginės pavaros sistemoms, pvz., dronų sraigtams ir ventiliatoriams ir kt. Dėl stabilumo ir ilgaamžiškumo bešepetėlis variklis leidžia naudoti automatikos įrangos ir tiksliųjų prietaisų maitinimo šaltinį.

BLDC variklių valdymo algoritmai

Labiau išvystyta moderni BLDC valdymo technologija pranoko šį paprastą šešių žingsnių komutavimo metodą:

Trapecinės bangos valdymas: Pagrindinis valdymo metodas yra trapecinės srovės bangos forma. Tai paprasta pritaikyti praktikoje, tačiau sukuria didelės amplitudės sukimo momento bangas.

Sinusoidinis valdymas: varo variklį sinusine srove, kuri gali sumažinti variklio sukimo momento virpėjimą ir padaryti veikimą sklandžiau.

Į lauką orientuotas valdymas (FOC): Taikant matematinę transformaciją, 3 fazių srovė paverčiama sukamąja koordinačių sistema, kad būtų galima valdyti, todėl užtikrinamas optimalus sukimo momento valdymas ir energijos vartojimo efektyvumas.

Jutiklių suliejimo technologija: integruoja kelis grįžtamojo ryšio signalus (pvz., Hall jutiklius, koduotuvus ir srovės atranką), kad būtų užtikrintas geresnis valdymo tikslumas ir tvirtumas.

Dėl didelės galios taikomųjų programų iššūkių, tokių kaip šilumos valdymas, efektyvumo optimizavimas ir dinaminis atsakas, dideliems BLDC varikliams paprastai naudojami sudėtingesni valdymo algoritmai.

Išvada: BLDC variklių veikimo principai ir pranašumai

BLDC varikliaitiksliai valdo statoriaus apvijų srovę per elektroninę valdymo sistemą ir sąveikauja su rotoriaus nuolatiniais magnetais, kad elektros energija būtų efektyviai paversta mechanine energija. Nuo mažų plataus vartojimo elektroninių prietaisų iki stambios pramoninės įrangos, nuo žemos įtampos įrenginių iki 48 V BLDC variklių sistemų – bešepetėliai nuolatinės srovės varikliai, pasižymintys dideliu efektyvumu, dideliu patikimumu ir puikiomis valdymo savybėmis, skatina technologinę pažangą ir energijos vartojimo efektyvumo didinimą įvairiose pramonės šakose. Nuolat tobulinant elektroninio valdymo technologiją ir nuolatinio magneto medžiagas, galime numatyti, kad BLDC varikliai turės platesnę taikymo perspektyvą ir turės didesnį našumą.

Jei domitės mūsų produktais ar turite klausimų, nedvejodami kreipkitėssusisiekite su mumisir mes jums atsakysime per 24 valandas.