Úvod k produktům BLDC a analýza scénářů použití

Úvod k produktům BLDC a analýza scénářů použití

I. Úvod do BLDC

Bezkartáčový stejnosměrný motor (BLDC) je typ stejnosměrného motoru, který nepoužívá mechanické komutující kontakty (uhlíkové kartáče). Místo toho využívá elektronický řídicí systém k dosažení komutace, čímž nahrazuje tradiční stejnosměrný motor s kartáči.

Jeho protějškem je základní „stejnosměrný motor (motor s kartáči)“. Cívka je umístěna v magnetickém poli. Při průtoku proudu je cívka jedním magnetickým pólem odpuzována a druhým přitahována, čímž se pod tímto účinkem neustále otáčí. Během otáčení se mění směr proudu procházejícího cívkou, aby bylo možné otáčení udržet.

U stejnosměrného motoru (motoru s kartáči) je magnetické pole vytvořené pevnými trvalými magnety stacionární. Otáčení se dosahuje řízením magnetického pole vyvolaného cívkou (rotorem) uvnitř motoru. Otáčková rychlost se mění změnou napětí. U bezkartáčového stejnosměrného motoru (BLDC) je rotor tvořen trvalými magnety. Otáčení se dosahuje změnou směru magnetického pole vyvolaného okolními cívkami. Otáčení rotoru se řídí regulací směru a velikosti proudu procházejícího cívkami.

Bezkartáčové stejnosměrné motory mají tři konfigurace: jednofázovou, dvoufázovou a třífázovou. Mezi nimi je nejrozšířenější třífázový BLDC motor. Obecně jsou jednofázové a třífázové bezkartáčové motory často používány v běžných elektrických spotřebičích. Základní princip těchto dvou konfigurací je stejný, avšak jejich řídicí metody se mírně liší.

U jednofázového bezkartáčového motoru jsou všechny vnitřní vinutí vyrobeny z jediného vodiče. Směr proudu se mezi jednotlivými vinutími liší. Změnou směru proudu v příslušných polohách a v příslušných časech lze dosáhnout řízení otáčení motoru. Řídicí metoda pro tuto konfiguraci je poměrně jednoduchá, a proto se tento typ motoru široce používá například u ventilátorů chladičů.

Na rozdíl od jednofázové konstrukce jsou vnitřní vinutí třífázového bezkartáčového motoru rozdělena do tří skupin. Na první pohled vypadají jako tři nezávislé sady vinutí, avšak interně jsou vzájemně propojeny. Tato konfigurace motoru nabízí oproti jednofázové konstrukci výhody v oblasti řízení rychlosti i celkového snížení hlučnosti, což vede k širšímu spektru aplikací.

II. Vlastnosti bezkartáčových motorů

1. Může nahradit regulaci otáček stejnosměrného motoru, regulaci otáček střídavého motoru pomocí měniče a frekvenčního řízení, stejně jako regulaci otáček asynchronního motoru s reduktorem ;

2. Uchovává výhody tradičních stejnosměrných motorů, zároveň však eliminuje konstrukci uhlíkových kartáčů a komutátoru ;

3. Schopný provozu při nízkých otáčkách a vysokém výkonu; může přímo pohánět velké zátěže bez reduktoru ;

4malé rozměry, nízká hmotnost, vysoký výstupní výkon;

5vynikající charakteristiky točivého momentu, dobrý výkon točivého momentu v středních a nízkých otáčkách, vysoký startovací točivý moment, nízký startovací proud;

6. Bezstupňová regulace otáček, široký rozsah otáček, vysoká přetížitelnost ;

7. Měkký start/stop, dobré brzdové vlastnosti; umožňuje eliminovat původní mechanická nebo elektromagnetická brzdová zařízení ;

8. Vysoká účinnost: samotný motor nemá ztráty z buzení ani z uhlíkových kartáčů, eliminuje spotřebu energie z vícestupňového zpomalení a dosahuje celkové úspory energie 20 % až 60 % ;

9. Vysoká spolehlivost, dobrá stabilita, silná přizpůsobivost, jednoduchá údržba a oprava;

10. Odolný proti vibracím a nárazům, nízká hladina hluku, nízké vibrace, hladký chod, dlouhá životnost ;

11. Žádná jiskřivá generace, zvláště vhodné pro výbušná prostředí; k dispozici jsou výbušinově bezpečné modely ;

12. Na základě požadavků lze vybrat motory s lichoběžníkovým nebo sinusovým průběhem magnetického pole .

III. Užití bezkartáčových motorů

Aplikace se stálou zátěží

Tento typ aplikace se používá především v oblastech, kde je vyžadována určitá otáčková frekvence, avšak s nízkými požadavky na její přesnost, například u ventilátorů, čerpadel a fénů. Takové aplikace mají obvykle relativně nízké náklady a často využívají řízení bez zpětné vazby.

Aplikace s proměnnou zátěží

Tyto aplikace se především týkají případů, kdy je nutné rychlost motoru měnit v rámci určitého rozsahu. Tyto aplikace kladou vyšší nároky na vysokorychlostní vlastnosti motoru a jeho dynamickou odezvu. Dobrými příklady jsou domácí spotřebiče, jako jsou pračky, odstředivé sušičky a kompresory. V automobilovém průmyslu patří mezi vynikající příklady řízení olejového čerpadla, elektronické řídicí jednotky, řízení motoru a elektronické nářadí. Mnoho aplikací se vyskytuje také v leteckém a kosmickém průmyslu, například centrifugy, čerpadla, robotické paže a gyroskopy. V tomto oboru se pro realizaci polootvorené a uzavřené zpětnovazební regulace často používají zpětnovazební zařízení motoru. To vyžaduje složité regulační algoritmy, což zvyšuje složitost řídicí jednotky i celkové náklady na systém.

Aplikace pro polohování

Většina průmyslových řídicích a automatizačních aplikací spadá do této kategorie. Tyto aplikace často zahrnují přenos energie, například prostřednictvím ozubených kol nebo dopravních pásů. Systém proto klade specifické požadavky na dynamickou odezvu otáček a točivý moment motoru. Kromě toho tyto aplikace mohou vyžadovat častou změnu směru otáčení motoru. Motor může pracovat v režimu zrychlování, stálých otáček nebo zpomalování a zátěž se během těchto fází také může měnit. To klade vyšší nároky na řídicí jednotku.