Как работает мотор BLDC: подробное объяснение принципов бесщеточных двигателей DC

За последние два -три десятилетия, из -за непрерывного развития электронных технологий и постоянных магнитных материалов,BLDC Motorsпревратились из нишевых двигателей в основные энергетические решения для различных отраслей.BLDC Motorsшироко используются в приложениях, включая бытовые приборы, электроинструменты, электромобили и оборудование для промышленной автоматизации из -за их высокой эффективности, высокой надежности и длительного срока службы. Тем не менее, принципы эксплуатации BLDC Motors до сих пор не известны многим людям. Эта статья объяснит все, что вам нужно, чтобы понять о принципе работы BLDC Motors, чтобы вы могли получить более подробное представление об этом невероятном инновациях в современной электротехнике.

Основная структура двигателя BLDC

Теперь, прежде чем вступить в принцип работы, мы должны ознакомиться с его основной структурой:

Статор: Исправлено внутри корпуса двигателя, он, как правило, состоит из ламинированных кремниевых стальных листов, а катушки намотаны вокруг него, чтобы создать несколько полюсов электромагнитной сети.

Ротор: ротор обычно монтируется на валу и содержит постоянные магниты. Двигатели BLDC могут быть классифицированы на несколько разновидностей на основе различных конфигураций постоянных магнитов.

Датчики зала: для определения положения ротора и обратной связи с системой электронной управления.

Контроллер: электронная система управления, которая определяет сроки тока, который течет через обмотки статора на основе обратной связи датчиков зала или других механизмов обратной связи.

Стоит отметить, что моторная структура Outrunner BLDC уникальна из внутренней структуры ротора. Ротор находится снаружи, а статор находится внутри. Этот тип дизайна особенно распространен в приложениях, которые требуют высокого крутящего момента, как в приводе пропеллеров беспилотников.

Принципы электромагнетизма: основание операции двигателя BLDC

Два основных принципа электромагнетизма определяют работу двигателя BLDC:

Закон Ампера: когда проводник в текущем носителе находится в магнитном поле, проводник будет подвергнут силе. Статор двигателя BLDC построен из спиральных медных обмоток, и после того, как эти обмотки заряжены, они создают магнитное поле, которое взаимодействует между постоянными магнитами ротора, чтобы генерировать силу, которая обеспечивает механическое движение для поворота ротора.

Закон Фарадея электромагнитной индукции: электродвижущая сила будет вызвана в проводнике, когда он разрезает линии магнитного поля или находится в изменяющемся магнитном поле. Он широко используется в без датчиков управления, где положение ротора обнаруживается путем измерения электродвижных сил.

Эти принципы применяются в разработке промышленных бесщеточных двигателей. Они достигают этого, мелко регулируя ток, протекающий через обмотки статора, обеспечивая благоприятные электромагнитные взаимодействия с постоянными магнитами ротора для достижения высокой эффективности и стабильности.

Процесс коммутации двигателя BLDC

Самый важный рабочий механизм в двигателе BLDC называется электронная коммутация. Это самый важный и ключевой коэффициент различия между бесщеточными двигателями и традиционными матовыми двигателями.

Принцип коммутации. Коммутация - это процесс изменения направления текущего потока в отношении катушек двигателя, чтобы существовать непрерывное электромагнитное взаимодействие между ротором и статором, что создает непрерывный крутящий момент.

Шестиэтапные коммутации: традиционный метод управления двигателями BLDC делит электрический цикл на шесть этапов. На каждом шаге два из трехфазных сетей питаются, а одна фаза выключен.

Обратная связь с датчиком зала: датчики зала обнаруживают положение постоянных магнитов ротора, так что контроллер может определить, какую обмотку следует заряжать, и направление тока.

Без датчика управление: более продвинутый метод заключается в определении положения ротора путем контроля за спиной электродвижущей силой в неэнергированной фазе, для реализации этой сложной стратегии не требуется никаких датчиков зала.

Большие двигатели BLDC обычно принимают более сложные стратегии управления, такие как синусоидальный привод или управление вектором, для достижения более плавного момента крутящего момента и более высокой эффективности.

Роль контроллера в двигательной системе BLDC

Мотор BLDC не может работать самостоятельно и должен быть объединен со специализированным электронным контроллером:

Драйвер двигателя: обычно трехфазный мостовой инвертор на основе мощности MOSFET или IGBT, который переключает путь тока в соответствии с контрольным сигналом

Microcontroller: получает сигналы от датчика положения, выполняет алгоритмы управления и генерирует сигналы PWM для управления силовыми устройствами.

Управление с замкнутым контуром: обеспечивает точное управление скоростью или управление положением на основе потребностей применения.

Функция безопасной защиты: защита от тока, чрезмерная защита, защита от напряжения и т. Д.

Приложения для моторных систем 48 В BLDC широко распространены в электрических велосипедах, небольших электромобилях и некоторых других промышленных применениях. Его контроллер и схема обработки должны иметь дело с более высокими напряжениями и токами и обычно имеют более сложный набор функций производительности и защиты.

Характеристики производительности и сценарии применения моторов BLDC

Теперь давайте посмотрим на их преимущества производительности после изучения принципов моторной работы BLDC:

Высокая эффективность: из -за отсутствия потерь трения у кистей и коммутаторов их эффективность обычно выше 85%, даже выше 95% в некоторых случаях.

Хорошие характеристики скоростного круга: обеспечивает широкий спектр момента крутящего момента.

Большая продолжительность жизни: без механических элементов износа продолжительность жизни только в конечном итоге ограничена подшипниками.

Повышенная эффективность рассеивания тепла: прямой контакт между обмотками статора и корпусом двигателя для более эффективного рассеяния тепла.

Низкий шум и электромагнитные помехи: нет искры и шума, генерируемые коммутацией кисти.

Из -за своей специальной структуры двигатель Outrunner BLDC более способен обеспечивать более высокий крутящий момент на низких скоростях, что делает их особенно подходящими для систем прямых приводов, таких как пропеллеры и вентиляторы и т. Д., С учетом преимуществ стабильности и долговечности, бесщеточный двигатель делает его выбором питания в оборудовании для автоматизации и точности.

Алгоритмы управления двигателями BLDC

Более разработанная современная технология управления BLDC превзошла этот простой метод шестиэтапного коммутации:

Управление трапециевидной волной: самым основным методом управления является форма волны трапециевидного тока. Это просто применить на практике, но создает крутящий момент значительной амплитуды.

Синусоидальный контроль: управление двигателем с помощью синусоидального тока, что может уменьшить волновую крутящую момента и сделать бегущий более гладким.

Полевой ориентированный контроль (FOC): применив математическое преобразование, 3-фазный ток переводится в вращающуюся систему координат для управления, что приводит к оптимальному управлению крутящим моментом и энергоэффективности.

Технология слияния датчика: интегрирует несколько сигналов обратной связи (например, датчики зала, кодеры и тока) для лучшей точности управления и устойчивости.

Из-за проблем в мощных приложениях, таких как тепловое управление, оптимизация эффективности и динамический отклик, более сложные алгоритмы управления обычно используются для крупных двигателей BLDC.

Вывод: принципы работы и преимущества моторов BLDC

BLDC MotorsТочно контролировать ток в обмотках статора через электронную систему управления и взаимодействуйте с постоянными магнитами ротора, чтобы достичь эффективного превращения электрической энергии в механическую энергию. От небольших потребительских электронных устройств до крупного промышленного оборудования, от низковольтных применений до двигателей 48 В BLDC, бесщеточных двигателей постоянного тока, с их высокой эффективностью, высокой надежностью и превосходной эффективностью управления, способствуют технологическому прогрессу и повышению энергоэффективности в различных отраслях. Благодаря непрерывной разработке технологии электронного управления и постоянных магнитных материалов мы можем предвидеть, что BLDC Motors будет иметь более широкую перспективу применения и более выдающиеся показатели.

Если вы заинтересованы в наших продуктах или у вас есть какие -либо вопросы, пожалуйста, не стесняйтесьсвязаться с намиИ мы ответим вам в течение 24 часов.