Modern kefe nélküli DC motorok
A félvezető elektronika és a nagy teljesítményű neodímium mágnesek létrehozásának technológiájának köszönhetően a kefe nélküli egyenáramú motorokat manapság széles körben használják. Mosógépekben, porszívókban, ventilátorokban, drónokban stb.
És bár a kefe nélküli motor működési elvének gondolata már a 19. század elején megfogalmazódott, a félvezető korszak kezdetéig a szárnyakon várt, amikor a technológiák készen állnak a gyakorlati megvalósításra. ez az érdekes és hatékony koncepció, amely lehetővé tette, hogy a kefe nélküli egyenáramú motorok olyan széles körben járjanak, mint manapság. …
Az angol változatban ilyen típusú motoroknak nevezik őket BLDC motor — Kefe nélküli egyenáramú motorok - kefe nélküli DC motor. A motor forgórésze tartalmaz állandó mágnesek, a munkatekercsek pedig az állórészen helyezkednek el, vagyis a BLDC motoros készülék teljesen ellentétes a klasszikus kefés motorral. A BLDC motort egy elektronikus vezérlő vezérli, az úgynevezett ESC – Elektronikus sebességszabályozó - elektronikus sebességtartó automatika.
Elektronikus szabályozó és nagy hatékonyság
Az elektronikus szabályozó lehetővé teszi a kefe nélküli motor által táplált elektromos energia zökkenőmentes változtatását. Ellentétben az ellenállásos fordulatszám-szabályozók egyszerűbb változataival, amelyek egyszerűen korlátozzák a teljesítményt azáltal, hogy sorba kapcsolják az ellenállásos terhelést a motorral, amely a felesleges teljesítményt hővé alakítja, az elektronikus fordulatszám-szabályozás lényegesen nagyobb hatékonyságot biztosít a leadott elektromos teljesítmény pazarlása nélkül.energia a szükségtelen fűtéshez. ..
A kefe nélküli egyenáramú motor besorolható önszinkronizáló szinkronmotor, ahol a rendszeres karbantartást igénylő szikrázó csomópont teljesen ki van kapcsolva — gyűjtő… A kollektor funkcióját az elektronika veszi át, aminek köszönhetően a termék teljes kialakítása jelentősen leegyszerűsödik és kompaktabbá válik.
A keféket tulajdonképpen elektronikus kapcsolók helyettesítik, amelyekben a veszteségek sokkal kisebbek, mint a mechanikus kapcsolásnál. A forgórészen található erős neodímium mágnesek nagyobb nyomatékot tesznek lehetővé a tengelyen. És egy ilyen motor kevésbé melegszik, mint a kollektoros elődje.
Ennek eredményeként a motor hatásfoka a legjobb, és a tömeg kilogrammonkénti teljesítménye nagyobb, valamint a rotor fordulatszámának meglehetősen széles tartománya és a generált rádióinterferencia szinte teljes hiánya. Szerkezetileg az ilyen típusú motorok könnyen adaptálhatók vízben és agresszív környezetben való használatra.
Az elektronikus vezérlőegység nagyon fontos és drága része a kefe nélküli egyenáramú motoroknak, de nem lehet nélkülözni.Ettől az eszköztől kap a motor teljesítményt, amelynek paraméterei egyidejűleg befolyásolják mind a fordulatszámot, mind a teljesítményt, amelyet a motor terhelés alatt képes fejleszteni.
Ha a fordulatszámot nem is kell állítani, akkor is szükség van egy elektronikus vezérlőegységre, mert az nemcsak a vezérlési funkciót hordozza, hanem tápegységet is tartalmaz. Azt mondhatjuk, hogy az ESC analógja frekvenciaszabályozó aszinkron váltakozó áramú motorokhozkifejezetten a kefe nélküli egyenáramú motor táplálására és vezérlésére tervezték.
BLDC motorvezérlés
A BLDC motor vezérlésének megértéséhez először emlékezzünk a kommutátormotor működésére. Magjában a keret mágneses térben árammal történő elforgatásának elve.
Minden alkalommal, amikor az árammal rendelkező keret elfordul és egyensúlyi helyzetet talál, a kommutátor (a kollektorhoz nyomott kefék) megváltoztatja a kereten áthaladó áram irányát, és a keret továbbmegy. Ez a folyamat megismétlődik, amikor a keret pólusról pólusra mozog. Csak a kollektor motorban van sok ilyen keret és több pár mágneses pólus van, ezért a kefekollektor nem két érintkezőt tartalmaz, hanem sok.
Az ECM ugyanezt teszi. Megfordítja a mágneses tér polaritását, amint a rotornak el kell fordulnia az egyensúlyi helyzetből. Csak a vezérlőfeszültséget nem a forgórészre, hanem az állórész tekercseire tápláljuk, és ez félvezető kapcsolók segítségével történik a megfelelő időben (rotorfázisok).
Nyilvánvaló, hogy a kefe nélküli motor állórész tekercseinek áramát a megfelelő időben kell táplálni, vagyis amikor a forgórész egy bizonyos ismert helyzetben van. Ehhez használja az alábbi módszerek egyikét.Az első a forgórész helyzetérzékelőjén alapul, a második pedig az egyik tekercs EMF-jének mérése, amely jelenleg nem kap áramot.
Az érzékelők különbözőek, mágnesesek és optikaiak, a legnépszerűbbek a mágneses érzékelők Hall hatás… A második módszer (az EMF mérésen alapuló), bár hatékony, nem teszi lehetővé a pontos szabályozást alacsony fordulatszámon és indításkor. A Hall szenzorok viszont minden üzemmódban pontosabb vezérlést biztosítanak. Három ilyen érzékelő van a háromfázisú BLDC motorokban.
A forgórész helyzetérzékelő nélküli motorok olyan esetekben alkalmazhatók, amikor a motor tengelyterhelés nélkül indul (ventilátor, propeller stb.). Ha az indítás terhelés alatt történik, akkor forgórész helyzetérzékelőkkel ellátott motorra van szükség. Mindkét lehetőségnek megvannak a maga előnyei és hátrányai.
Az érzékelős megoldás kényelmesebb vezérléssé válik, de ha legalább az egyik érzékelő meghibásodik, akkor a motort szét kell szerelni, ráadásul az érzékelők külön vezetékeket igényelnek. Az érzékelő nélküli változatban nincs szükség speciális vezetékekre, de indításkor a rotor ide-oda billeg. Ha ez elfogadhatatlan, érzékelőket kell telepíteni a rendszerbe.
Rotor és állórész, fázisok száma
A BLDC motor forgórésze lehet külső vagy belső, az állórész pedig belső vagy külső. Az állórész mágnesesen vezető anyagból készül, a fogak számát teljesen elosztva a fázisok számával. A forgórész készülhet, nem feltétlenül mágnesesen vezető anyagból, de szükségszerűen úgy, hogy mágnesek vannak erősen hozzáerősítve.
Minél erősebbek a mágnesek, annál nagyobb a rendelkezésre álló nyomaték. Az állórész fogainak száma nem lehet egyenlő a forgórész mágneseinek számával.A fogak minimális száma megegyezik a szabályozási fázisok számával.
A legtöbb modern kefe nélküli egyenáramú motor háromfázisú, egyszerűen a tervezés és a vezérlés egyszerűsége miatt. A váltakozó áramú indukciós motorokhoz hasonlóan itt is a három fázis tekercselése egy „delta” vagy „csillag” révén csatlakozik az állórészhez.
Az ilyen, forgórész helyzetérzékelő nélküli motorok 3 tápvezetékkel rendelkeznek, az érzékelős motorok pedig 8 vezetékkel rendelkeznek: két további vezeték az érzékelők táplálására és három az érzékelők jelkimenetére.
Az alacsony fordulatszámú külső forgórészes motorok fázisonként nagy számú pólussal (és ezért fogakkal) készülnek, hogy a vezérlőáram frekvenciájánál lényegesen kisebb szögfrekvenciával forogjanak. De még a nagy sebességű háromfázisú motorok esetében sem használják a 9-nél kisebb fogak számát.