Inleiding tot BLDC-producten en analyse van toepassingscenario's

Inleiding tot BLDC-producten en analyse van toepassingscenario's

I. Inleiding tot BLDC

Een brushless DC-motor (BLDC) is een type gelijkstroommotor dat geen mechanische commutatiecontacten (koolborstels) gebruikt. In plaats daarvan wordt een elektronische regelaar ingezet om de commutatie te realiseren, waardoor de traditionele gelijkstroommotor met borstels wordt vervangen.

Het tegenhanger hiervan is de basisgelijkstroommotor (geborstelde motor). Een spoel wordt geplaatst binnen een magnetisch veld. Wanneer er stroom doorheen loopt, wordt de spoel afgestoten door één magnetische pool en aangetrokken door de andere, wat leidt tot continue rotatie onder dit effect. Tijdens de rotatie wordt de stroomrichting door de spoel omgekeerd, zodat deze blijft draaien.

Bij een gelijkstroommotor (gepoetste motor) is het magnetische veld dat wordt opgewekt door de vaste permanente magneten stationair. De rotatie wordt bereikt door het magnetische veld dat door de spoel (rotor) binnenin wordt opgewekt, te regelen. Het toerental wordt gewijzigd door de spanning te variëren. Bij een BLDC-motor bestaat de rotor uit permanente magneten. De rotatie wordt bereikt door de richting van het magnetische veld dat door de omliggende spoelen wordt opgewekt, te veranderen. De rotatie van de rotor wordt geregeld door de richting en grootte van de stroom die door de spoelen loopt, te reguleren.

Draadloze gelijkstroommotoren (BLDC-motoren) bestaan in drie configuraties: enkelfasig, tweefasig en driefasig. Van deze drie is de driefasige BLDC-motor het meest gebruikelijk. Over het algemeen worden enkelfasige en driefasige draadloze motoren veel gebruikt in alledaagse elektrische apparaten. Het onderliggende principe van deze twee configuraties is hetzelfde, maar hun aansturingsmethoden verschillen licht.

Bij een enkelfasige borstelloze motor worden alle interne wikkelingen met één enkele draad afgewerkt. De stroomrichting verschilt tussen de wikkelingen. Door de stroomrichting op de juiste positie en op het juiste moment te wijzigen, kan de draairichting van de motor worden geregeld. De regelingsmethode voor deze configuratie is relatief eenvoudig, waardoor deze veel wordt toegepast in toepassingen zoals radiatorkoelventilatoren.

In tegenstelling tot de enkelfasige opbouw zijn de interne wikkelingen van een driefasige borstelloze motor verdeeld in drie groepen. Oppervlakkig gezien lijken deze op drie onafhankelijke wikkelsets, maar intern zijn ze met elkaar verbonden. Deze motorconfiguratie biedt ten opzichte van de enkelfasige opbouw voordelen op het gebied van snelheidsregeling en algehele geluidsreductie, wat resulteert in een breder toepassingsgebied.

II. Kenmerken van borstelloze motoren

1. Kan DC-motorsnelheidsregeling, omvormer + variabele-frequentiemotorsnelheidsregeling en asynchrone motor + reductor-snelheidsregeling vervangen ;

2. Behoudt de voordelen van traditionele gelijkstroommotoren terwijl de koolborstel- en ringcommutatorconstructie wordt geëlimineerd ;

3. In staat tot laagsnelheids-, hoogvermogensbedrijf; kan grote belastingen direct aandrijven zonder reductieversnelling ;

4kleine afmetingen, licht van gewicht, hoog uitgangsvermogen;

5uitstekende koppelkenmerken, goede koppelprestaties bij midden- en lage snelheden, hoog startkoppel, lage startstroom;

6. Traploze snelheidsregeling, breed snelheidsbereik, sterke overbelastingscapaciteit ;

7. Zachte start/stopping, goede remkenmerken; kan de oorspronkelijke mechanische of elektromagnetische remsystemen overbodig maken ;

8. Hoog rendement: de motor zelf kent geen uitschakelverliezen of koolborstelverliezen en elimineert het energieverbruik van meervoudige reductietrappen, waardoor een algehele energiebesparing van 20% tot 60% wordt bereikt ;

9. Hoge betrouwbaarheid, goede stabiliteit, sterke aanpasbaarheid, eenvoudig onderhoud en reparatie;

10. Bestand tegen trillingen en schokken, geringe geluidsemissie, lage trillingen, soepele werking, lange levensduur ;

11. Geen vonkvorming, bijzonder geschikt voor explosieve omgevingen; explosiebestendige modellen beschikbaar ;

12. Trapeziumvormige en sinusvormige veldmotoren kunnen op basis van de vereisten worden geselecteerd .

III. Toepassingsscenario’s voor borstelloze motoren

Toepassingen met constante belasting

Dit type toepassing wordt voornamelijk gebruikt in sectoren waarbij een bepaalde draaisnelheid vereist is, maar waarbij de nauwkeurigheid van die snelheid weinig belangrijk is, zoals bij ventilatoren, waterpompen en haardrogers. Dergelijke toepassingen zijn doorgaans relatief goedkoop en maken vaak gebruik van open-regelkringbesturing.

Toepassingen met variabele belasting

Deze verwijzen voornamelijk naar toepassingen waarbij de motorsnelheid binnen een bepaald bereik moet variëren. Deze toepassingen stellen hogere eisen aan de hoog-snelheidskenmerken en dynamische respons van de motor. Huishoudelijke apparaten zoals wasmachines, centrifugale drogers en compressoren zijn goede voorbeelden. In de automobielindustrie zijn ook oliepompregeling, elektronische regelaars, motorregeling en elektrisch gereedschap uitstekende voorbeelden. Er zijn eveneens talloze toepassingen op het gebied van lucht- en ruimtevaart, zoals centrifuges, pompen, robotarmen en gyroscopen. Op dit gebied worden vaak motorkoppelingen gebruikt om semi-open-loop- en gesloten-loopregeling te realiseren. Dit vereist complexe regelalgoritmes, wat leidt tot een grotere regelaarcomplexiteit en hogere systeemkosten.

Positioneringstoepassingen

De meeste industriële regel- en automatiseringstoepassingen vallen in deze categorie. Deze toepassingen omvatten vaak energietransmissie, bijvoorbeeld via tandwielen of transportbanden. Daarom stelt het systeem specifieke eisen aan de dynamische snelheidsrespons en het koppel van de motor. Bovendien kunnen deze toepassingen frequente wijzigingen in de draairichting van de motor vereisen. De motor kan in versnelling, constante snelheid of vertraging werken, en de belasting kan tijdens deze fasen eveneens variëren. Dit stelt hogere eisen aan de regelaar.