Moderni istosmjerni motori bez četkica

Zahvaljujući značajnom napretku u poluvodičkoj elektronici i tehnologiji za stvaranje snažnih neodimskih magneta, istosmjerni motori bez četkica danas se široko koriste. Koriste se u perilicama rublja, usisavačima, ventilatorima, dronovima itd.

I premda je ideja o principu rada motora bez četkica izražena još početkom 19. stoljeća, čekala je sve do početka ere poluvodiča, kada su tehnologije postale spremne za praktičnu primjenu ovaj zanimljiv i učinkovit koncept, koji je omogućio istosmjernim motorima bez četkica da hodaju jednako široko kao danas. …

U engleskoj verziji oni se nazivaju motorima ove vrste BLDC motor — DC motori bez četkica — DC motor bez četkica. Rotor motora sadrži stalni magneti, a radni namoti se nalaze na statoru, odnosno uređaj BLDC motora je potpuno suprotan onome koji je u klasičnom brušenom motoru. BLDC motorom upravlja elektronički kontroler tzv ESC — elektronički regulator brzine — elektronički tempomat.

Elektronski regulator i visoka učinkovitost

Elektronički regulator omogućuje glatku promjenu električne energije koja se dovodi u motor bez četkica. Za razliku od jednostavnijih inačica otpornih regulatora brzine, koji jednostavno ograničavaju snagu povezivanjem otpornog opterećenja u seriju s motorom, koji pretvara višak snage u toplinu, elektronička kontrola brzine omogućuje značajno veću učinkovitost bez rasipanja isporučene električne energije za nepotrebno zagrijavanje. ..

DC motor bez četkica može se klasificirati kao samosinkronizirajući sinkroni motor, gdje je čvor za iskrenje koji zahtijeva redovito održavanje potpuno isključen — kolektor… Funkciju kolektora preuzima elektronika, čime je cijeli dizajn proizvoda uvelike pojednostavljen i postaje kompaktniji.

Četkice su zapravo zamijenjene elektroničkim sklopkama, kod kojih su gubici mnogo manji nego što bi bili kod mehaničke sklopke. Snažni neodimijski magneti na rotoru omogućuju veći okretni moment na osovini. I takav se motor manje zagrijava od kolektorskog prethodnika.

Kao rezultat, učinkovitost motora je najbolja, a snaga po kilogramu težine veća, plus prilično širok raspon regulacije brzine rotora i gotovo potpuni izostanak generiranih radio smetnji. Strukturno, motori ove vrste lako se prilagođavaju za rad u vodi iu agresivnim okruženjima.

Elektronička upravljačka jedinica je vrlo važan i skup dio istosmjernog motora bez četkica, ali se ne može zanemariti.Iz ovog uređaja motor dobiva snagu čiji parametri istovremeno utječu i na brzinu i na snagu koju će motor moći razviti pod opterećenjem.

Čak i ako se brzina rotacije ne mora podešavati, još uvijek je potrebna elektronička upravljačka jedinica, jer ona ne samo da nosi upravljačku funkciju, već ima i komponentu napajanja. Možemo reći da je ESC analog od regulator frekvencije za asinkrone AC motoreposebno dizajniran za napajanje i upravljanje istosmjernim motorom bez četkica.

BLDC upravljanje motorom

Da bismo razumjeli kako se upravlja BLDC motorom, prvo se sjetimo kako radi komutatorski motor. U svojoj srži princip rotacije okvira sa strujom u magnetskom polju.

Svaki put kad se okvir sa strujom okrene i nađe ravnotežni položaj, komutator (četkice pritisnute na kolektor) promijeni smjer struje kroz okvir i okvir se nastavlja. Ovaj proces se ponavlja kako se okvir pomiče od pola do pola. Samo u motoru kolektora postoji mnogo takvih okvira i postoji nekoliko pari magnetskih polova, zbog čega kolektor četkica sadrži ne dva kontakta, već mnogo.

ECM radi isto. On mijenja polaritet magnetskog polja čim se rotor mora okrenuti od ravnotežnog položaja. Samo se upravljački napon ne dovodi na rotor, već na namote statora, a to se vrši pomoću poluvodičkih sklopki u pravom trenutku (faze rotora).

Očito je da se struja u namote statora motora bez četkica mora dovoditi u točno vrijeme, to jest kada je rotor u određenom poznatom položaju. Da biste to učinili, upotrijebite jednu od sljedećih metoda.Prvi se temelji na senzoru položaja rotora, drugi je mjerenjem EMF jedne od zavojnica koja trenutno ne prima napajanje.

Senzori su različiti, magnetski i optički, najpopularniji su magnetski senzori Hall efekt… Druga metoda (temeljena na mjerenju EMF), iako je učinkovita, ne dopušta preciznu kontrolu pri malim brzinama i pri pokretanju. Hallovi senzori, s druge strane, pružaju precizniju kontrolu u svim načinima rada. Tri su takva senzora u trofaznim BLDC motorima.

Motori bez senzora položaja rotora primjenjivi su u slučajevima kada se motor pokreće bez opterećenja osovine (ventilator, propeler, itd.). Ako se pokretanje vrši pod opterećenjem, potreban je motor sa senzorima položaja rotora. Obje opcije imaju svoje prednosti i nedostatke.

Rješenje sa senzorom pretvara se u praktičniju kontrolu, ali ako barem jedan od senzora ne uspije, motor će morati biti rastavljen, osim toga, senzori zahtijevaju zasebne žice. U verziji bez senzora nisu potrebne posebne žice, ali tijekom pokretanja rotor će se njihati naprijed-natrag. Ako je to neprihvatljivo, potrebno je ugraditi senzore u sustav.

Rotor i stator, broj faza

Rotor BLDC motora može biti vanjski ili unutarnji, a stator unutarnji ili vanjski. Stator je izrađen od magnetski vodljivog materijala, s brojem zubaca potpuno podijeljenim s brojem faza. Rotor može biti izrađen, ne nužno od magnetski vodljivog materijala, ali nužno s magnetima koji su čvrsto pričvršćeni na njega.

Što su magneti jači, to je veći raspoloživi moment. Broj zubaca statora ne smije biti jednak broju magneta rotora.Minimalni broj zubaca jednak je broju kontrolnih faza.

Većina modernih istosmjernih motora bez četkica su trofazni, jednostavno zbog jednostavnosti dizajna i upravljanja. Kao i kod indukcijskih motora izmjenične struje, namoti tri faze spojeni su ovdje na stator "trokutom" ili "zvijezdom".

Takvi motori bez senzora položaja rotora imaju 3 žice za napajanje, a motori sa senzorima imaju 8 žica: dvije dodatne žice za napajanje senzora i tri za signalne izlaze senzora.

Namot statora izrađen je izoliranom bakrenom žicom tako da tvori magnetske polove potrebnog broja faza, ravnomjerno raspoređenih po obodu rotora.Broj samostojećih polova statora za svaku fazu odabire se na temelju zahtjeva motora. brzina (i rotacijski moment).

Motori s vanjskim rotorom niske brzine izrađuju se s velikim brojem polova (a time i zuba) po fazi kako bi se postigla rotacija s kutnom frekvencijom znatno manjom od frekvencije upravljačke struje. Ali čak i kod trofaznih motora velike brzine, broj zuba manji od 9 obično se ne koristi.