Εισαγωγή στα προϊόντα BLDC και ανάλυση σεναρίων εφαρμογής

Εισαγωγή στα προϊόντα BLDC και ανάλυση σεναρίων εφαρμογής

Ι. Εισαγωγή στα BLDC

Ένας ασύγχρονος κινητήρας συνεχούς ρεύματος (BLDC) είναι ένας τύπος κινητήρα συνεχούς ρεύματος που δεν χρησιμοποιεί μηχανικές επαφές αντιστροφέα (ανθρακικά πριονάκια). Αντ’ αυτού, χρησιμοποιεί έναν ηλεκτρονικό ελεγκτή για να επιτύχει την αντιστροφή, αντικαθιστώντας έτσι τον παραδοσιακό κινητήρα συνεχούς ρεύματος με πριονάκια.

Το αντίστοιχο αυτού είναι ο βασικός «κινητήρας συνεχούς ρεύματος (κινητήρας με πριονάκια)». Ένα πηνίο τοποθετείται εντός μαγνητικού πεδίου. Όταν διαρρέεται από ρεύμα, το πηνίο απωθείται από έναν μαγνητικό πόλο και έλκεται από τον άλλο, με αποτέλεσμα να περιστρέφεται συνεχώς υπό αυτήν την επίδραση. Κατά τη διάρκεια της περιστροφής, η φορά του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο αντιστρέφεται, επιτρέποντάς του να συνεχίζει να περιστρέφεται.

Σε έναν συνεχούς ρεύματος (DC) κινητήρα (κινητήρα με ψήκτρες), το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται από τους σταθερούς μόνιμους μαγνήτες παραμένει ακίνητο. Η περιστροφή επιτυγχάνεται με τον έλεγχο του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από την πηνίο (ρότορα) εντός του κινητήρα. Η ταχύτητα περιστροφής αλλάζει με τη μεταβολή της τάσης. Σε έναν κινητήρα BLDC, ο ρότορας αποτελείται από μόνιμους μαγνήτες. Η περιστροφή επιτυγχάνεται με την αλλαγή της κατεύθυνσης του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από τα περιβάλλοντα πηνία. Η περιστροφή του ρότορα ελέγχεται ρυθμίζοντας την κατεύθυνση και το μέγεθος του ρεύματος που διαρρέει τα πηνία.

Οι ασύγχρονοι κινητήρες συνεχούς ρεύματος (BLDC) έχουν τρεις διαμορφώσεις: μονοφασική, διφασική και τριφασική. Ανάμεσα σε αυτές, η τριφασική BLDC είναι η πιο διαδεδομένη. Γενικά, οι μονοφασικοί και οι τριφασικοί ασύγχρονοι κινητήρες χρησιμοποιούνται συχνά σε καθημερινές ηλεκτρικές συσκευές. Η βασική αρχή λειτουργίας αυτών των δύο διαμορφώσεων είναι η ίδια, αλλά οι μέθοδοι ελέγχου τους διαφέρουν ελαφρώς.

Σε ένα μονοφασικό ασύγχρονο κινητήρα, όλα τα εσωτερικά τυλίγματα κατασκευάζονται με ένα μόνο σύρμα. Η κατεύθυνση του ρεύματος διαφέρει μεταξύ των τυλιγμάτων. Με την αλλαγή της κατεύθυνσης του ρεύματος σε κατάλληλες θέσεις και χρονικές στιγμές, επιτυγχάνεται ο έλεγχος της περιστροφής του κινητήρα. Η μέθοδος ελέγχου για αυτήν τη διαμόρφωση είναι σχετικά απλή, γεγονός που την καθιστά ευρέως χρησιμοποιούμενη σε εφαρμογές όπως οι ανεμιστήρες ψύξης.

Σε αντίθεση με τη μονοφασική διαμόρφωση, τα εσωτερικά τυλίγματα ενός τριφασικού ασύγχρονου κινητήρα διαιρούνται σε τρεις ομάδες. Επιφανειακά, φαίνονται ως τρία ανεξάρτητα σύνολα τυλιγμάτων, αλλά εσωτερικά είναι συνδεδεμένα. Σε σύγκριση με τη μονοφασική διαμόρφωση, αυτή η διαμόρφωση κινητήρα προσφέρει πλεονεκτήματα όσον αφορά τον έλεγχο της ταχύτητας και τη μείωση του συνολικού θορύβου, με αποτέλεσμα να χρησιμοποιείται σε ευρύτερο φάσμα εφαρμογών.

ΙΙ. Χαρακτηριστικά των ασύγχρονων κινητήρων

1. Μπορεί να αντικαταστήσει τη ρύθμιση της ταχύτητας συνεχούς ρεύματος (DC), τη ρύθμιση της ταχύτητας με αντιστροφέα + κινητήρα μεταβλητής συχνότητας, καθώς και τη ρύθμιση της ταχύτητας με ασύγχρονο κινητήρα + μειωτήρα ;

2. Διατηρεί τα πλεονεκτήματα των παραδοσιακών συνεχούς ρεύματος (DC) κινητήρων, ενώ εξαλείφει τη δομή των ανθρακικών βουρτσών και των δακτυλίων ολίσθησης ;

3. Ικανός να λειτουργεί σε χαμηλές ταχύτητες με υψηλή ισχύ, μπορεί να κινεί απευθείας μεγάλα φορτία χωρίς μειωτήρα ;

4μικρό μέγεθος, ελαφρύ βάρος, υψηλή εξόδους ισχύος·

5εξαιρετικά χαρακτηριστικά ροπής, καλή απόδοση ροπής στις μεσαίες/χαμηλές ταχύτητες, υψηλή ροπή εκκίνησης, χαμηλό ρεύμα εκκίνησης·

6. Ασυνεχής ρύθμιση ταχύτητας, ευρύ εύρος ταχυτήτων, ισχυρή ικανότητα υπερφόρτωσης ;

7. Μαλακή εκκίνηση/διακοπή, καλά χαρακτηριστικά πέδησης, μπορεί να εξαλείψει την ανάγκη για τις αρχικές μηχανικές ή ηλεκτρομαγνητικές διατάξεις πέδησης ;

8. Υψηλή απόδοση: Ο κινητήρας δεν παρουσιάζει απώλειες διέγερσης ή απώλειες λόγω ανθρακικών βουρτσών, εξαλείφει την κατανάλωση ενέργειας από πολυβάθμιους μειωτήρες, επιτυγχάνοντας συνολική εξοικονόμηση ενέργειας 20%–60% ;

9. Υψηλή αξιοπιστία, καλή σταθερότητα, ισχυρή προσαρμοστικότητα, απλή συντήρηση και επισκευή·

10. Ανθεκτικός σε δονήσεις και κρούσεις, χαμηλός θόρυβος, χαμηλές δονήσεις, ομαλή λειτουργία, μεγάλη διάρκεια ζωής ;

11. Χωρίς παραγωγή σπινθήρων, ιδιαίτερα κατάλληλο για εκρηκτικά περιβάλλοντα· διατίθενται αντιεκρηκτικά μοντέλα ;

12. Μπορούν να επιλεγούν κινητήρες με τραπεζοειδές κύμα πεδίου ή με ημιτονοειδές κύμα πεδίου, ανάλογα με τις απαιτήσεις .

ΙΙΙ. Σενάρια εφαρμογής για ασύγχρονους κινητήρες

Εφαρμογές με σταθερό φορτίο

Αυτός ο τύπος εφαρμογής χρησιμοποιείται κυρίως σε τομείς που απαιτούν συγκεκριμένη στροφορμή, αλλά με χαμηλές απαιτήσεις ακρίβειας όσον αφορά την ταχύτητα περιστροφής, όπως οι ανεμιστήρες, οι αντλίες νερού και οι στεγνωτήρες μαλλιών. Τέτοιες εφαρμογές έχουν συνήθως σχετικά χαμηλό κόστος και χρησιμοποιούν συχνά έλεγχο ανοιχτού βρόχου.

Εφαρμογές με μεταβλητό φορτίο

Αυτές αφορούν κυρίως εφαρμογές όπου η ταχύτητα του κινητήρα πρέπει να μεταβάλλεται εντός ενός συγκεκριμένου εύρους. Οι εφαρμογές αυτές έχουν υψηλότερες απαιτήσεις όσον αφορά τα χαρακτηριστικά υψηλής ταχύτητας του κινητήρα και τη δυναμική του απόκριση. Καλά παραδείγματα αποτελούν οικιακές συσκευές όπως πλυντήρια, στροφόμετρα (στροφικοί αποστραγγιστήρες) και συμπιεστές. Στην αυτοκινητοβιομηχανία, ο έλεγχος της αντλίας λαδιού, οι ηλεκτρονικοί ελεγκτές, ο έλεγχος του κινητήρα και τα ηλεκτρονικά εργαλεία αποτελούν επίσης εξαιρετικά παραδείγματα. Υπάρχουν επίσης πολλές εφαρμογές στον αεροδιαστημικό τομέα, όπως φυγοκεντρικές μηχανές, αντλίες, ρομποτικά βραχίονες και γυροσκόπια. Σε αυτόν τον τομέα, συσκευές ανάδρασης κινητήρα χρησιμοποιούνται συχνά για την υλοποίηση ημι-ανοιχτού βρόχου και κλειστού βρόχου ελέγχου. Αυτό απαιτεί περίπλοκους αλγορίθμους ελέγχου, αυξάνοντας την πολυπλοκότητα του ελεγκτή και το κόστος του συστήματος.

Εφαρμογές Τοποθέτησης

Οι περισσότερες βιομηχανικές εφαρμογές ελέγχου και αυτοματισμού εμπίπτουν σε αυτήν την κατηγορία. Συχνά, αυτές οι εφαρμογές περιλαμβάνουν μετάδοση ενέργειας, όπως οδοντωτοί τροχοί ή ταινίες μεταφοράς. Ως αποτέλεσμα, το σύστημα έχει συγκεκριμένες απαιτήσεις όσον αφορά τη δυναμική απόκριση της ταχύτητας και τη ροπή του κινητήρα. Επιπλέον, αυτές οι εφαρμογές μπορεί να απαιτούν συχνές αλλαγές της φοράς περιστροφής του κινητήρα. Ο κινητήρας μπορεί να λειτουργεί σε φάσεις επιτάχυνσης, σταθερής ταχύτητας ή επιβράδυνσης, ενώ το φορτίο μπορεί επίσης να μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια αυτών των φάσεων. Αυτό θέτει αυξημένες απαιτήσεις στον ελεγκτή.