Introducere în produsele BLDC și analiza scenariilor de utilizare

Introducere în produsele BLDC și analiza scenariilor de utilizare

I. Introducere în BLDC

Un motor de curenț continuu fără perii (BLDC) este un tip de motor de curenț continuu care nu utilizează contacte mecanice de comutare (perii de carbon). În schimb, folosește un controller electronic pentru a realiza comutarea, înlocuind astfel motorul clasic de curenț continuu cu perii.

Contrapartida acestuia este motorul de bază „de curenț continuu (cu perii)”. O bobină este plasată într-un câmp magnetic. Când prin aceasta trece curent, bobina este respinsă de un pol magnetic și atrasă de celălalt, determinând o rotație continuă sub acțiunea acestui efect. În timpul rotației, sensul curentului care străbate bobina este inversat, permițându-i să continue rotirea.

Într-un motor de curent continuu (motor cu periuțe), câmpul magnetic generat de magneții permanenți fixați este staționar. Rotirea este obținută prin comandarea câmpului magnetic produs de bobina (rotorul) din interiorul său. Viteza de rotație se modifică prin variația tensiunii. Într-un motor de curent continuu fără periuțe (BLDC), rotorul este format din magneți permanenți. Rotirea este obținută prin schimbarea direcției câmpului magnetic generat de bobinele înconjurătoare. Rotirea rotorului este controlată prin reglarea direcției și a mărimii curentului care străbate bobinele.

Motoarele de curent continuu fără periuțe (BLDC) au trei configurații: monofazate, bifazate și trifazate. Dintre acestea, motoarele BLDC trifazate sunt cele mai frecvent utilizate. În general, motoarele fără periuțe monofazate și trifazate sunt utilizate frecvent în electrocasnicele de uz zilnic. Principiul de funcționare al acestor două configurații este același, dar metodele lor de comandă diferă ușor.

Într-un motor fără perii monofazat, toate înfășurările interne sunt realizate folosind un singur fir. Sensul curentului diferă între înfășurări. Prin schimbarea sensului curentului în poziții și momente potrivite, se poate obține controlul rotației motorului. Metoda de comandă pentru această configurație este relativ simplă, ceea ce face ca acest tip de motor să fie larg utilizat în aplicații precum ventilatoarele pentru radiatoare.

Spre deosebire de structura monofazată, înfășurările interne ale unui motor fără perii trifazat sunt împărțite în trei grupuri. La prima vedere, acestea par a fi trei seturi independente de înfășurări, dar, în interior, ele sunt interconectate. Comparativ cu structura monofazată, această configurație de motor oferă avantaje în ceea ce privește reglarea vitezei și reducerea globală a zgomotului, ceea ce duce la o gamă mai largă de aplicații.

II. Caracteristicile motoarelor fără perii

1. Poate înlocui reglarea vitezei motoarelor de c.c., reglarea vitezei motoarelor cu invertor + frecvență variabilă, respectiv reglarea vitezei motoarelor asincrone + reductor ;

2. Păstrează avantajele motoarelor de curent continuu tradiționale, eliminând în același timp structura cu perii de carbon și inelele colectoare ;

3. Capabil să funcționeze la viteze joase, cu putere ridicată; poate antrena direct sarcini mari, fără a necesita un reductor ;

4dimensiuni mici, greutate redusă, putere de ieșire ridicată;

5caracteristici excelente de cuplu, performanță bună a cuplului la viteze medii/ joase, cuplu de pornire ridicat, curent de pornire scăzut;

6. Reglare continuă a vitezei, domeniu larg de viteze, capacitate mare de suprasarcină ;

7. Pornire/oprire progresivă, caracteristici excelente de frânare, poate elimina necesitatea dispozitivelor mecanice sau electromagnetice de frânare originale ;

8. Eficiență ridicată: motorul nu are pierderi datorate excitării sau pierderi cauzate de perii de carbon și elimină consumul energetic asociat reducerii în mai multe trepte, realizând economii globale de energie de 20 %–60 % ;

9. Fiabilitate ridicată, stabilitate bună, adaptabilitate puternică, întreținere și reparații simple;

10. Rezistent la vibrații și șocuri, zgomot scăzut, vibrații reduse, funcționare lină, durată de viață lungă ;

11. Fără generare de scântei, în special potrivit pentru medii explozive; modele antideflagrante disponibile ;

12. Motoare cu câmp de undă trapezoidală și motoare cu câmp de undă sinusoidală pot fi selectate în funcție de cerințe .

III. Scenarii de utilizare pentru motoarele fără periuțe

Aplicații cu sarcină constantă

Acest tip de aplicație este utilizat în principal în domenii care necesită o anumită viteză de rotație, dar cu cerințe reduse de precizie privind această viteză, cum ar fi ventilatoarele, pompele de apă și uscătoarele de păr. Astfel de aplicații au, de obicei, costuri relativ reduse și folosesc frecvent comanda în buclă deschisă.

Aplicații cu sarcină variabilă

Acestea se referă în principal la aplicații în care viteza motorului trebuie să varieze într-un anumit domeniu. Aceste aplicații impun cerințe mai ridicate privind caracteristicile de înaltă viteză ale motorului și răspunsul dinamic al acestuia. Electrocasnicele, cum ar fi mașinile de spălat, uscătoarele centrifugale și compresoarele, reprezintă exemple bune. În industria auto, controlul pompei de ulei, unitățile de comandă electronice, controlul motorului și uneltele electronice sunt, de asemenea, exemple excelente. Există, de asemenea, numeroase aplicații în domeniul aerospace, cum ar fi centrifugele, pompele, brațele robotizate și giroscopurile. În acest domeniu, dispozitivele de feedback pentru motoare sunt adesea utilizate pentru a implementa controlul semi-buclă deschisă și controlul buclă închisă. Acest lucru necesită algoritmi de comandă complecși, ceea ce crește complexitatea controlerului și costul sistemului.

Aplicații de poziționare

Majoritatea aplicațiilor industriale de control și automatizare se încadrează în această categorie. Aceste aplicații implică adesea transmiterea energiei, de exemplu prin angrenaje sau benzi transportoare. În consecință, sistemul impune cerințe specifice privind răspunsul dinamic al vitezei și cuplul motorului. În plus, aceste aplicații pot necesita schimbări frecvente ale sensului de rotație al motorului. Motorul poate funcționa în faze de accelerare, viteză constantă sau decelerare, iar sarcina poate varia, de asemenea, în aceste faze. Acest lucru ridică cerințe mai mari față de regulator.