Introduction aux produits BLDC et analyse des scénarios d'application

Introduction aux produits BLDC et analyse des scénarios d'application

I. Introduction aux moteurs BLDC

Un moteur à courant continu sans balais (BLDC) est un type de moteur à courant continu qui n'utilise pas de contacts mécaniques de commutation (balais en carbone). À la place, il emploie un contrôleur électronique pour assurer la commutation, remplaçant ainsi le moteur à courant continu traditionnel à balais.

Son homologue est le « moteur à courant continu (moteur à balais) » de base. Une bobine est placée dans un champ magnétique. Lorsqu’un courant y circule, la bobine est repoussée par un pôle magnétique et attirée par l’autre, ce qui provoque une rotation continue sous cet effet. Pendant la rotation, le sens du courant traversant la bobine est inversé, permettant ainsi son maintien en rotation.

Dans un moteur à courant continu (moteur à balais), le champ magnétique généré par les aimants permanents fixes est stationnaire. La rotation est obtenue en contrôlant le champ magnétique produit par la bobine (rotor) située à l’intérieur. La vitesse de rotation est modifiée en faisant varier la tension. Dans un moteur à courant continu sans balais (BLDC), le rotor est constitué d’aimants permanents. La rotation est obtenue en changeant la direction du champ magnétique généré par les bobines environnantes. La rotation du rotor est contrôlée en régulant la direction et l’intensité du courant circulant dans les bobines.

Les moteurs à courant continu sans balais existent sous trois configurations : monophasée, biphasée et triphasée. Parmi celles-ci, le BLDC triphasé est le plus courant. Généralement, les moteurs sans balais monophasés et triphasés sont fréquemment utilisés dans les appareils électriques courants. Le principe fondamental de ces deux configurations est identique, mais leurs méthodes de commande diffèrent légèrement.

Dans un moteur sans balais monophasé, tous les enroulements internes sont réalisés à l’aide d’un seul fil. Le sens du courant diffère entre les enroulements. En modifiant le sens du courant aux positions et aux instants appropriés, on peut contrôler la rotation du moteur. La méthode de commande de cette configuration est relativement simple, ce qui explique son utilisation répandue dans des applications telles que les ventilateurs de radiateur.

Contrairement à la structure monophasée, les enroulements internes d’un moteur sans balais triphasé sont divisés en trois groupes. Superficiellement, ceux-ci apparaissent comme trois jeux d’enroulements indépendants, mais ils sont interconnectés en interne. Par rapport à la structure monophasée, cette configuration de moteur offre des avantages en matière de régulation de vitesse et de réduction globale du bruit, ce qui élargit son champ d’applications.

II. Caractéristiques des moteurs sans balais

1. Peut remplacer la régulation de vitesse des moteurs à courant continu, la régulation de vitesse par onduleur + moteur à fréquence variable, ainsi que la régulation de vitesse par moteur asynchrone + réducteur ;

2. Conserve les avantages des moteurs à courant continu traditionnels tout en éliminant la structure de balais de carbone et d'anneaux collecteurs ;

3. Capable de fonctionner à faible vitesse avec une puissance élevée, peut entraîner directement de grandes charges sans réducteur ;

4petite taille, poids léger, puissance de sortie élevée ;

5caractéristiques de couple excellentes, bonnes performances de couple aux vitesses moyenne et basse, couple de démarrage élevé, courant de démarrage faible ;

6. Régulation continue de la vitesse, large plage de vitesses, forte capacité de surcharge ;

7. Démarrage/arrêt progressif, bonnes caractéristiques de freinage, permet d’éliminer la nécessité d’origine de dispositifs de freinage mécaniques ou électromagnétiques ;

8. Haute efficacité : le moteur lui-même ne présente aucune perte d’excitation ni aucune perte liée aux balais de carbone, élimine la consommation liée à la démultiplication à plusieurs étages, permettant ainsi des économies d’énergie globales de 20 % à 60 % ;

9. Haute fiabilité, bonne stabilité, forte adaptabilité, entretien et réparation simples ;

10. Résistant aux vibrations et aux chocs, faible niveau sonore, faibles vibrations, fonctionnement fluide, longue durée de vie ;

11. Pas de génération d'étincelles, particulièrement adapté aux environnements explosifs ; modèles antidéflagrants disponibles ;

12. Des moteurs à champ d'onde trapézoïdale et des moteurs à champ d'onde sinusoïdale peuvent être sélectionnés en fonction des besoins .

III. Scénarios d'application des moteurs sans balais

Applications à charge constante

Ce type d'application est principalement utilisé dans des domaines nécessitant une vitesse de rotation déterminée, mais avec des exigences faibles en matière de précision sur cette vitesse, tels que les ventilateurs, les pompes à eau et les sèche-cheveux. Ces applications présentent généralement un coût relativement faible et utilisent souvent une commande en boucle ouverte.

Applications à charge variable

Ces applications concernent principalement les cas où la vitesse du moteur doit varier dans une certaine plage. Elles imposent des exigences plus élevées en ce qui concerne les caractéristiques haute vitesse du moteur et sa réponse dynamique. Les appareils électroménagers tels que les machines à laver, les essoreuses et les compresseurs en constituent de bons exemples. Dans le secteur automobile, la commande des pompes à huile, des calculateurs électroniques, la gestion moteur et les outils électroniques sont également d’excellents exemples. De nombreuses applications existent également dans le domaine aérospatial, comme les centrifugeuses, les pompes, les bras robotisés et les gyroscopes. Dans ce domaine, des capteurs de rétroaction moteur sont souvent utilisés pour mettre en œuvre des régulations semi-bouclées ou bouclées. Cela nécessite des algorithmes de commande complexes, augmentant ainsi la complexité du variateur et le coût global du système.

Applications de positionnement

La plupart des applications industrielles de commande et d’automatisation entrent dans cette catégorie. Ces applications impliquent souvent la transmission d’énergie, par exemple à l’aide d’engrenages ou de convoyeurs. Le système présente donc des exigences spécifiques en matière de réponse dynamique en vitesse et de couple du moteur. En outre, ces applications peuvent nécessiter des changements fréquents du sens de rotation du moteur. Ce dernier peut fonctionner en phase d’accélération, de vitesse constante ou de décélération, et la charge peut également varier au cours de ces phases. Cela impose des exigences plus élevées au variateur de vitesse.