Introduktion til BLDC-produkter og analyse af anvendelsesscenarier

Introduktion til BLDC-produkter og analyse af anvendelsesscenarier

I. Introduktion til BLDC

En børsteløs likestrømsmotor (BLDC) er en type likestrømsmotor, der ikke bruger mekaniske kommuteringskontakter (kulbørster). I stedet anvender den en elektronisk controller til at opnå kommutering og erstatter derved den traditionelle likestrømsmotor med børster.

Modstykket hertil er den grundlæggende "likestrømsmotor (børstet motor)". En spole placeres inden for et magnetfelt. Når strøm løber gennem spolen, bliver den frastødt af den ene magnetpol og tiltrukket af den anden, hvilket fører til kontinuerlig rotation under denne virkning. Under rotationen vendes strømmens retning gennem spolen, så den kan fortsætte med at dreje.

I en likestrømsmotor (børsteløs motor) er det magnetiske felt, der genereres af de faste permanente magneter, stationært. Rotation opnås ved at styre det magnetiske felt, der dannes af spolen (rotoren) inde i motoren. Omdrejningshastigheden ændres ved at variere spændingen. I en BLDC-motor består rotoren af permanente magneter. Rotation opnås ved at ændre retningen af det magnetiske felt, der genereres af de omgivende spoler. Rotationen af rotoren styres ved at regulere retningen og størrelsen af strømmen gennem spolerne.

Børsteløse likestrømsmotorer findes i tre konfigurationer: enfaset, tofaset og trefaset. Af disse er den trefasede BLDC-motor den mest almindelige. Generelt set anvendes enfasede og trefasede børsteløse motorer ofte i dagligdagens elektriske apparater. Grundprincippet for disse to konfigurationer er det samme, men deres styringsmetoder adskiller sig lidt.

I en enfaset børsteløs motor udføres alle interne vindinger ved hjælp af en enkelt ledning. Strømretningen er forskellig mellem vindingerne. Ved at ændre strømretningen på passende positioner og tidspunkter kan motordrejningskontrol opnås. Kontrolmetoden for denne konfiguration er relativt simpel, hvilket gør den bredt anvendt i applikationer såsom radiatorluftere.

I modsætning til den enfasede konstruktion er de interne vindinger i en trefaset børsteløs motor opdelt i tre grupper. Overfladisk fremstår disse som tre uafhængige sæt vindinger, men internt er de forbundet. Sammenlignet med den enfasede konstruktion tilbyder denne motorkonfiguration fordele ved hastighedsregulering og generel støjdæmpning, hvilket resulterer i et bredere anvendelsesområde.

II. Egenskaber ved børsteløse motorer

1. Kan erstatte DC-motorhastighedsregulering, inverter + variabel frekvensmotorhastighedsregulering samt asynkronmotor + reduktormotorhastighedsregulering ;

2. Bevarer fordelene ved traditionelle likestrømsmotorer, mens kulbørste- og slipringstrukturen elimineres ;

3. I stand til at operere ved lav hastighed og høj effekt og kan direkte drive store laster uden en reduktionskasse ;

4lille størrelse, letvægtig og med høj effektydelse;

5udmærkede drejningsmomentegenskaber, god drejningsmomentpræstation ved mellem- og lavhastighed, højt startdrejningsmoment og lav startstrøm;

6. Trinløs hastighedsregulering, bred hastighedsområde og stor overlastkapacitet ;

7. Blød start/stopping, gode bremseejenskaber og mulighed for at eliminere de oprindelige mekaniske eller elektromagnetiske bremseanordninger ;

8. Høj effektivitet: Motoren har ingen tab fra udligningsstrøm eller kulbørster, eliminerer forbruget ved flertrins reduktion og opnår en samlet energibesparelse på 20 %–60 % ;

9. Høj pålidelighed, god stabilitet, stor tilpasningsevne samt simpel vedligeholdelse og reparation;

10. Modstandsdygtig over for vibration og stød, lav støj, lav vibration, jævn drift og lang levetid ;

11. Ingen gnistdannelse, især velegnet til eksplosive miljøer; eksplosionssikre modeller er tilgængelige ;

12. Trapezformede bølgefeltmotorer og sinusformede bølgefeltmotorer kan vælges efter behov .

III. Anvendelsesscenarier for børsteløse motorer

Anvendelser med konstant belastning

Denne type anvendelse bruges primært inden for områder, hvor en bestemt omdrejningshastighed kræves, men hvor kravene til præcisionen af denne hastighed er lave – f.eks. ventilatorer, vandpumper og hårtørrere. Sådanne anvendelser har typisk relativt lave omkostninger og bruger ofte åben-loop-styring.

Anvendelser med variabel belastning

Disse henviser primært til applikationer, hvor motorens hastighed skal variere inden for et bestemt område. Disse applikationer stiller højere krav til motorens egenskaber ved høj hastighed samt dens dynamiske respons. Husholdningsapparater som vaskemaskiner, centrifugaltørreapparater og kompressorer er gode eksempler. I bilindustrien er oliepumpestyring, elektroniske styringsenheder, motorstyring og elektroniske værktøjer ligeledes fremragende eksempler. Der findes også mange anvendelser inden for luft- og rumfart, f.eks. centrifuger, pomper, robotarme og gyroskoper. I dette felt bruges motorfeedbackenheder ofte til at implementere halvåbenløbs- og lukketløbsstyring. Dette kræver komplekse styringsalgoritmer, hvilket øger styreenhedens kompleksitet og systemets omkostninger.

Positioneringsapplikationer

De fleste industrielle styrings- og automatiseringsapplikationer falder ind under denne kategori. Disse applikationer omfatter ofte energioverførsel, f.eks. gear eller transportbånd. Systemet har derfor specifikke krav til motorens dynamiske hastighedsrespons og drejningsmoment. Desuden kan disse applikationer kræve hyppige ændringer af motorens rotationsretning. Motoren kan arbejde i accelerations-, konstanthastigheds- eller decelerationsfaser, og belastningen kan også variere under disse faser. Dette stiller øgede krav til styringen.