Motoare de curent continuu fără perii moderne

Datorită progreselor semnificative în electronica semiconductoare și tehnologiei de a crea magneți puternici de neodim, motoarele de curent continuu fără perii sunt utilizate pe scară largă astăzi. Se folosesc la mașini de spălat, aspiratoare, ventilatoare, drone etc.

Și deși ideea principiului de funcționare a unui motor fără perii a fost exprimată încă de la începutul secolului al XIX-lea, a așteptat în aripi până la începutul erei semiconductoarelor, când tehnologiile au devenit gata pentru implementarea practică a acest concept interesant și eficient, care a permis motoarelor de curent continuu fără perii să meargă la fel de larg ca și astăzi. …

În versiunea în limba engleză, ele sunt numite motoare de acest tip Motor BLDC — Motoare DC fără perii - motor DC fără perii. Rotorul motorului conține magneți permanenți, iar înfășurările de lucru sunt situate pe stator, adică dispozitivul motor BLDC este complet opus față de ceea ce este în motorul clasic cu perii. Motorul BLDC este controlat de un controler electronic numit ESC – Controler electronic de viteză — control electronic al vitezei de croazieră.

Regulator electronic si eficienta ridicata

Regulatorul electronic permite ca energia electrică furnizată motorului fără perii să fie variată fără probleme. Spre deosebire de versiunile mai simple ale regulatoarelor de viteză rezistive, care pur și simplu limitează puterea prin conectarea unei sarcini rezistive în serie cu motorul, care transformă puterea în exces în căldură, controlul electronic al vitezei oferă o eficiență semnificativ mai mare fără a irosi energia electrică furnizată pentru o încălzire inutilă. ..

Motorul de curent continuu fără perii poate fi clasificat ca motor sincron cu autosincronizare, unde un nod care provoacă scântei care necesită întreținere regulată este complet oprit — colector… Funcția colectorului este preluată de electronică, datorită căreia întregul design al produsului este mult simplificat și devine mai compact.

Periile sunt de fapt înlocuite de întrerupătoare electronice, pierderile în care sunt mult mai mici decât ar fi cu comutarea mecanică. Magneții puternici de neodim de pe rotor permit un cuplu mai mare pe arbore. Și un astfel de motor se încălzește mai puțin decât predecesorul său colector.

Drept urmare, eficiența motorului este cea mai bună, iar puterea pe kilogram de greutate este mai mare, plus o gamă destul de largă de reglare a vitezei rotorului și absența aproape completă a interferențelor radio generate. Din punct de vedere structural, motoarele de acest tip sunt ușor adaptate pentru a lucra în apă și în medii agresive.

Unitatea de control electronică este o parte foarte importantă și costisitoare a unui motor DC fără perii, dar nu poate fi renunțată la ea.De la acest dispozitiv, motorul primește putere, ai cărui parametri afectează simultan atât viteza, cât și puterea pe care motorul o va putea dezvolta sub sarcină.

Chiar dacă viteza de rotație nu trebuie reglată, este totuși necesară o unitate de control electronică, deoarece nu numai că poartă funcția de control, ci are și o componentă de alimentare. Putem spune că ESC este un analog al regulator de frecvență pentru motoare asincrone de curent alternativspecial conceput pentru alimentarea și controlul motorului DC fără perii.

Controlul motorului BLDC

Pentru a înțelege cum este controlat un motor BLDC, să ne amintim mai întâi cum funcționează un motor cu comutator. În miezul ei principiul de rotație a cadrului cu un curent într-un câmp magnetic.

De fiecare dată când cadrul cu curentul se rotește și găsește o poziție de echilibru, comutatorul (periile apăsate pe colector) schimbă direcția curentului prin cadru și cadrul continuă. Acest proces se repetă pe măsură ce cadrul se deplasează de la un stâlp la altul. Doar in motorul colectorului sunt multe astfel de rame si sunt mai multe perechi de poli magnetici, motiv pentru care colectorul de perii contine nu doua contacte, ci multe.

ECM face la fel. Acesta inversează polaritatea câmpului magnetic de îndată ce rotorul trebuie să se îndepărteze de poziția de echilibru. Numai că tensiunea de comandă nu este furnizată rotorului, ci înfășurărilor statorului, iar acest lucru se realizează cu ajutorul comutatoarelor semiconductoare la momentul potrivit (fazele rotorului).

Este evident că curentul către înfășurările statorului unui motor fără perii trebuie să fie furnizat la momentul corect, adică atunci când rotorul se află într-o anumită poziție cunoscută. Pentru a face acest lucru, utilizați una dintre următoarele metode.Primul se bazează pe senzorul de poziție a rotorului, al doilea este prin măsurarea EMF a uneia dintre bobinele care nu primește curent curent.

Senzorii sunt diferiți, magnetici și optici, cei mai populari sunt senzorii magnetici efectul de hol… A doua metodă (bazată pe măsurarea EMF), deși eficientă, nu permite un control precis la viteze mici și la pornire. Senzorii Hall, pe de altă parte, oferă un control mai precis în toate modurile. Există trei astfel de senzori în motoarele trifazate BLDC.

Motoarele fără senzori de poziție a rotorului sunt aplicabile în cazurile în care motorul pornește fără sarcină pe arbore (ventilator, elice etc.). Dacă pornirea se face sub sarcină, este necesar un motor cu senzori de poziție a rotorului. Ambele opțiuni au avantajele și dezavantajele lor.

O soluție cu senzor se transformă într-un control mai convenabil, dar dacă cel puțin unul dintre senzori eșuează, motorul va trebui să fie dezasamblat, în plus, senzorii necesită fire separate. În versiunea fără senzori, nu sunt necesare fire speciale, dar în timpul pornirii rotorul se va balansa înainte și înapoi. Dacă acest lucru este inacceptabil, este necesar să instalați senzori în sistem.

Rotor și stator, număr de faze

Rotorul unui motor BLDC poate fi extern sau intern, iar statorul intern sau respectiv extern. Statorul este realizat din material conductiv magnetic, cu numărul de dinți împărțit complet la numărul de faze. Rotorul poate fi realizat, nu neapărat dintr-un material conducător magnetic, ci neapărat cu magneți atașați ferm de el.

Cu cât magneții sunt mai puternici, cu atât cuplul disponibil este mai mare. Numărul dinților statorului nu trebuie să fie egal cu numărul magneților rotorului.Numărul minim de dinți este egal cu numărul de faze de control.

Majoritatea motoarelor de curent continuu fără perii moderne sunt trifazate, pur și simplu pentru simplitatea designului și controlului. Ca și în motoarele cu inducție AC, înfășurările celor trei faze sunt conectate aici la stator printr-o „delta” sau „stea”.

Astfel de motoare fără senzori de poziție a rotorului au 3 fire de alimentare, iar motoarele cu senzori au 8 fire: două fire suplimentare pentru alimentarea senzorilor și trei pentru ieșirile de semnal ale senzorilor.

Înfășurarea statorului este realizată cu sârmă de cupru izolată astfel încât să formeze polii magnetici ai numărului necesar de faze, distribuite uniform de-a lungul circumferinței rotorului.Numărul de poli statori liberi pentru fiecare fază este selectat în funcție de motorul necesar. viteza (și momentul de rotație).

Motoarele cu rotor extern de viteză mică sunt realizate cu un număr mare de poli (și deci dinți) pe fază pentru a obține o rotație cu o frecvență unghiulară semnificativ mai mică decât frecvența curentului de control. Dar chiar și cu motoare trifazate de mare viteză, numărul de dinți mai mic de 9 nu este de obicei utilizat.