Hvordan virker en BLDC-motor: En detaljeret forklaring af principperne for børsteløse jævnstrømsmotorer

I løbet af de sidste to til tre årtier, på grund af den kontinuerlige udvikling af elektronisk teknologi og permanentmagnetmaterialer,BLDC motorerhar forvandlet sig fra nichemotorer til mainstream strømløsninger til forskellige industrier.BLDC motorerer blevet brugt i vid udstrækning i applikationer, herunder husholdningsapparater, elværktøj, elektriske køretøjer og industrielt automationsudstyr på grund af deres høje effektivitet, høje pålidelighed og lange levetid. Alligevel er driftsprincipperne for BLDC-motorer stadig ikke kendt af mange mennesker. Denne artikel vil forklare, hvad end du har brug for at indse om arbejdsprincippet for BLDC-motorer, så du kan få et mere detaljeret overblik over denne utrolige innovation i nutidens elektroteknik.

Den grundlæggende struktur af en BLDC-motor

Nu, før vi går ind i arbejdsprincippet, bør vi gøre os bekendt med dets grundlæggende struktur:

Stator: Fastgjort inde i motorhuset, det består generelt af laminerede siliciumstålplader, og spoler er viklet rundt om det for at skabe flere elektromagnetiske poler.

Rotor: Rotoren er normalt monteret på akslen og indeholder permanente magneter. BLDC-motorer kan klassificeres i flere varianter baseret på de forskellige konfigurationer af permanente magneterne.

Hall-sensorer: Til bestemmelse af rotorens position og feedback til det elektroniske styresystem.

Controller: Et elektronisk styresystem, der bestemmer timingen af ​​strømmen, der flyder gennem statorviklingerne baseret på feedback fra Hall-sensorerne eller andre feedback-mekanismer.

Det er værd at bemærke, at outrunner BLDC-motorstrukturen er unik fra den indre rotorstruktur. Rotoren er udenfor, og statoren er indeni. Denne type design er især udbredt i applikationer der kræver højt drejningsmoment, som i drevet af dronepropeller.

Principperne for elektromagnetisme: Grundlaget for BLDC-motordrift

To grundlæggende principper for elektromagnetisme bestemmer driften af ​​en BLDC-motor:

Amperes lov: Når en strømførende leder er i et magnetfelt, vil lederen blive udsat for en kraft. Statoren på en BLDC-motor er konstrueret af spiralformede kobberviklinger, og efter at disse viklinger er aktiveret, skaber de et magnetisk felt, der interagerer mellem rotorens permanente magneter for at generere en kraft, der giver rotoren den mekaniske bevægelse til at dreje.

Faradays lov om elektromagnetisk induktion: En elektromotorisk kraft vil blive induceret i en leder, når den skærer magnetiske feltlinjer eller er i et skiftende magnetfelt. Det er meget udbredt i sensorløs styring, hvor rotorpositionen detekteres ved at fornemme de tilbagegående elektromotoriske kræfter.

Disse principper anvendes i design af industrielle børsteløse motorer. De opnår dette ved at finregulere strømmen, der strømmer gennem statorviklingerne, og sikrer gunstige elektromagnetiske interaktioner med rotorens permanente magneter for at opnå høj effektivitet og stabilitet.

Kommuteringsprocessen for en BLDC-motor

Den vigtigste arbejdsmekanisme i BLDC-motoren kaldes elektronisk kommutering. Det er den vigtigste og vigtigste skelnen mellem børsteløse motorer og traditionelle børstede motorer.

Kommutationsprincip: Kommutering er processen med at ændre retningen af ​​strømmen i forhold til motorens spoler, så der kan eksistere kontinuerlig elektromagnetisk interaktion mellem rotoren og statoren, hvilket skaber kontinuerligt drejningsmoment.

Seks-trins kommutering: Den traditionelle kontrolmetode for BLDC-motorer deler den elektriske cyklus i seks trin. I hvert trin er to ud af de trefasede viklinger strømforsynet, mens en fase er slukket.

Hallsensorfeedback: Hallsensorer registrerer positionen af ​​rotorens permanente magneter, så regulatoren kan bestemme hvilken vikling der skal aktiveres og strømretningen.

Sensorløs styring: En mere avanceret metode er at bestemme rotorens position ved at overvåge den tilbageelektromotoriske kraft i den ikke-aktiverede fase, ingen Hall-sensorer er nødvendige for at implementere denne komplekse strategi, hvilket resulterer i større pålidelighed af drevet.

Store BLDC-motorer anvender normalt mere komplekse kontrolstrategier, såsom sinusbølgedrift eller vektorstyring, for at opnå jævnere drejningsmomentudgang og højere effektivitet.

Controllerens rolle i et BLDC-motorsystem

BLDC-motor kan ikke fungere alene og skal kombineres med en specialiseret elektronisk controller:

Motordriveren: Normalt en trefaset broinverter baseret på power MOSFET eller IGBT, der skifter strømvejen i henhold til styresignalet

Mikrocontroller: Modtager signaler fra positionssensoren, udfører kontrolalgoritmer og genererer PWM-signaler til at drive strøm-enhederne.

Lukket sløjfekontrol: Giver nøjagtig hastighedskontrol eller positionskontrol baseret på applikationsbehov.

Sikker beskyttelsesfunktion: overstrømsbeskyttelse, overtemperaturbeskyttelse, underspændingsbeskyttelse osv.

Anvendelser til 48V BLDC-motorsystemer er udbredt i elektriske cykler, små elektriske køretøjer og nogle andre industrielle applikationer. Dens controller og håndteringskredsløb skal håndtere højere spændinger og strømme og har normalt et mere komplekst sæt ydelses- og beskyttelsesfunktioner.

BLDC-motorers ydeevnekarakteristika og anvendelsesscenarier

Lad os nu tage et kig på deres præstationsfordele efter at have lært BLDC motordriftsprincipper:

Høj effektivitet: På grund af fraværet af friktionstab fra børster og kommutatorer er deres effektivitet typisk over 85 %, endda over 95 % i nogle tilfælde.

Gode ​​hastigheds-drejningsmomentegenskaber: Giver en bred vifte af drejningsmomentydelser.

Større levetid: Uden mekaniske slidelementer er levetiden kun i sidste ende begrænset af lejerne.

Forbedret varmeafledningseffektivitet: Direkte kontakt mellem statorviklingerne og motorhuset for mere effektiv varmeafledning.

Lav støj og elektromagnetisk interferens: Der er ingen gnister og støj genereret af børstekommutering.

På grund af sin specielle struktur er outrunner BLDC-motoren mere i stand til at give højere drejningsmoment ved lave hastigheder, hvilket gør dem særligt velegnede til direkte drivsystemer, såsom dronepropeller og blæsere osv. Med fordelene ved stabilitet og holdbarhed gør den børsteløse motor den til valg af strømforsyning i automationsudstyr og præcisionsinstrumenter.

BLDC-motorers styrealgoritmer

Den mere udviklede moderne BLDC-styringsteknologi har overgået denne enkle seks-trins kommuteringsmetode:

Trapezbølgekontrol: Den mest basale kontrolmetode er en trapezformet strømbølgeform. Den er enkel at implementere i praksis, men frembringer drejningsmomentbølger med betydelig amplitude.

Sinusformet styring: at drive motoren ved hjælp af sinusformet strøm, hvilket kan reducere motorens drejningsmoment krusning og gøre kørsel jævnere.

Feltorienteret kontrol (FOC): Ved at anvende en matematisk transformation oversættes den 3-fasede strøm til det roterende koordinatsystem for kontrol, hvilket fører til optimal drejningsmomentkontrol og energieffektivitet.

Sensorfusionsteknologi: Integrerer flere feedbacksignaler (f.eks. Hall-sensorer, indkodere og strømsampling) for bedre kontrolnøjagtighed og robusthed.

På grund af udfordringerne i højeffektapplikationer, såsom termisk styring, effektivitetsoptimering og dynamisk respons, bruges mere sofistikerede kontrolalgoritmer typisk til Big BLDC-motorer.

Konklusion: Arbejdsprincipperne og fordelene ved BLDC-motorer

BLDC motorerstyre strømmen i statorviklingerne præcist gennem et elektronisk styresystem og interagere med rotorens permanente magneter for at opnå effektiv omdannelse af elektrisk energi til mekanisk energi. Fra små forbrugerelektronik enheder til stort industrielt udstyr, fra lavspændingsapplikationer til 48V BLDC-motorsystemer, er børsteløse jævnstrømsmotorer med deres høje effektivitet, høje pålidelighed og fremragende kontrolydeevne, der driver teknologiske fremskridt og forbedring af energieffektiviteten i forskellige industrier. Med den kontinuerlige udvikling af elektronisk styringsteknologi og permanentmagnetmaterialer kan vi forudse, at BLDC-motorer vil have en bredere anvendelsesmuligheder og mere fremragende ydeevne.

Hvis du er interesseret i vores produkter eller har spørgsmål, er du velkommen til atkontakt osog vi vil svare dig inden for 24 timer.