Comprendre le principe et l’application des moteurs à haut rendement: 1 sur 3

Un moteur convertit l’énergie électrique fournie en énergie mécanique. Différents types de moteurs sont d’usage courant. Parmi ceux-ci, les moteurs à courant continu sans balais (BLDC) présentent un rendement élevé et une excellente contrôlabilité, et sont largement utilisés dans de nombreuses applications. Le moteur BLDC présente des avantages d’économie d’énergie par rapport aux autres types de moteurs.,

Les moteurs sont des machines de distribution de puissance

Lorsque les ingénieurs sont confrontés au défi de concevoir des équipements électriques pour effectuer des tâches mécaniques, ils peuvent réfléchir à la façon dont les signaux électriques sont convertis en énergie. Ainsi, les actionneurs et les moteurs font partie des appareils qui convertissent les signaux électriques en mouvement. Les moteurs échangent l’énergie électrique en énergie mécanique.

Le type de moteur le plus simple est le moteur à courant continu brossé. Dans ce type de moteur, le courant électrique passe à travers des bobines disposées dans un champ magnétique fixe., Le courant génère des champs magnétiques dans les bobines; cela provoque la rotation de l’ensemble de la bobine, car chaque bobine est repoussée du pôle similaire et tirée vers le pôle différent du champ fixe. Pour maintenir la rotation, il est nécessaire d’inverser continuellement le courant—de sorte que les polarités de la bobine basculent continuellement, ce qui fait que les bobines continuent à « chasser” les pôles fixes contrairement. L’alimentation des bobines est fournie par des brosses conductrices fixes qui entrent en contact avec un commutateur rotatif; c’est la rotation du commutateur qui provoque l’inversion du courant à travers les bobines., Le commutateur et les brosses sont les éléments clés qui distinguent le moteur à courant continu brossé des autres types de moteurs. La figure 1 illustre le principe général du moteur brossé.

Figure 1: Fonctionnement de l’Brossé Moteur à courant continu.

Les brosses fixes fournissent de l’énergie électrique au commutateur rotatif. Pendant que le commutateur tourne, il retourne continuellement la direction du courant dans les bobines, inversant les polarités de bobine de sorte que les bobines maintiennent la rotation vers la droite., Le commutateur tourne car il est fixé au rotor sur lequel les bobines sont montées.

Types de moteurs courants

Les moteurs diffèrent selon leur type de puissance (AC ou DC) et leur méthode de génération de rotation (Figure 2). Ci-dessous, nous examinons brièvement les caractéristiques et les utilisations de chaque type.

Figure 2: Différents types de moteurs

Les moteurs à courant continu brossés, dotés d’une conception simple et d’un contrôle facile, sont largement utilisés pour ouvrir et fermer les plateaux de disques., Dans les voitures, ils sont souvent utilisés pour rétracter, étendre et positionner les vitres latérales à alimentation électrique. Le faible coût de ces moteurs adaptés pour de nombreuses utilisations. Un inconvénient, cependant, est que les brosses et les commutateurs ont tendance à s’user relativement rapidement en raison de leur contact continu, nécessitant un remplacement fréquent et un entretien périodique.

Un moteur pas à pas est entraîné par des impulsions; il tourne selon un angle spécifique (pas) à chaque impulsion., Parce que la rotation est contrôlée avec précision par le nombre d’impulsions reçues, ces moteurs sont largement utilisés pour mettre en œuvre des ajustements de position. Ils sont souvent utilisés, par exemple, pour contrôler l’alimentation en papier dans les télécopieurs et les imprimantes—car ces appareils alimentent le papier en étapes fixes, qui sont facilement corrélées avec le nombre d’impulsions. La pause peut également être facilement contrôlée, car la rotation du moteur s’arrête instantanément lorsque le signal d’impulsion est interrompu.

Avec les moteurs synchrones, la rotation est synchrone avec la fréquence du courant d’alimentation., Ces moteurs sont souvent utilisés pour entraîner les plateaux rotatifs dans les fours à micro-ondes; les réducteurs de l’unité moteur peuvent être utilisés pour obtenir les vitesses de rotation appropriées pour chauffer les aliments. Avec les moteurs à induction, aussi, la vitesse de rotation varie avec la fréquence; mais le mouvement n’est pas synchrone. Dans le passé, ces moteurs étaient souvent utilisés dans les ventilateurs électriques et les machines à laver.

Il existe différents types de moteurs en usage courant. Dans cette session, nous examinons les avantages et les applications des moteurs à courant continu sans balais.

Pourquoi Les Moteurs BLDC Tournent-Ils?,

Comme leur nom l’indique, les moteurs à courant continu sans balais n’utilisent pas de brosses. Avec les moteurs brossés, les brosses fournissent du courant à travers le commutateur dans les bobines du rotor. Alors, comment un moteur sans balais transmet-il le courant aux bobines du rotor? Ce n’est pas le cas—car les bobines ne sont pas situées sur le rotor. Au lieu de cela, le rotor est un aimant permanent; les bobines ne tournent pas, mais sont plutôt fixés sur le stator. Parce que les bobines ne bougent pas, il n’y a pas besoin de brosses et d’un commutateur. (Voir La Figure. 3.,)

Avec le moteur brossé, la rotation est obtenue en contrôlant les champs magnétiques générés par les bobines sur le rotor, tandis que le champ magnétique généré par les aimants stationnaires reste fixe. Pour modifier la vitesse de rotation, vous modifiez la tension des bobines. Avec un moteur BLDC, c’est l’aimant permanent qui tourne; la rotation est obtenue en changeant la direction des champs magnétiques générés par les bobines stationnaires environnantes. Pour contrôler la rotation, vous ajustez l’amplitude et la direction du courant dans ces bobines.,

la Figure 3: UN Moteur BLDC.

Étant donné que le rotor est un aimant permanent, il n’a pas besoin de courant, ce qui élimine le besoin de brosses et de commutateur. Le courant vers les bobines fixes est contrôlé de l’extérieur.

Avantages des moteurs BLDC

Un moteur BLDC avec trois bobines sur le stator aura six fils électriques (deux à chaque bobine) s’étendant de ces bobines., Dans la plupart des implémentations, trois de ces fils seront connectés en interne, les trois fils restants s’étendant du corps du moteur (contrairement aux deux fils s’étendant du moteur brossé décrit précédemment). Le câblage dans le boîtier du moteur BLDC est plus compliqué que de simplement connecter les bornes positives et négatives de la cellule d’alimentation; nous examinerons de plus près le fonctionnement de ces moteurs dans la deuxième session de cette série. Ci-dessous, nous concluons en examinant les avantages des moteurs by BLDC.,

Un grand avantage est l’efficacité, car ces moteurs peuvent contrôler en continu à la force de rotation maximale (couple). Les moteurs brossés, en revanche, n’atteignent le couple maximal qu’à certains points de la rotation. Pour qu’un moteur brossé délivre le même couple qu’un modèle sans balais, il faudrait utiliser des aimants plus grands. C’est pourquoi même les petits moteurs BLDC peuvent fournir une puissance considérable.

Le deuxième grand avantage—lié au premier—est la contrôlabilité. Les moteurs BLDC peuvent être contrôlés, à l’aide de mécanismes de rétroaction, pour fournir précisément le couple et la vitesse de rotation souhaités., Le contrôle de précision réduit à son tour la consommation d’énergie et la production de chaleur et, dans les cas où les moteurs sont alimentés par batterie, allonge la durée de vie de la batterie.

Les moteurs BLDC offrent également une grande durabilité et une faible génération de bruit électrique, grâce à l’absence de brosses. Avec les moteurs brossés, les brosses et le commutateur s’usent à la suite d’un contact en mouvement continu et produisent également des étincelles là où le contact est établi. Le bruit électrique, en particulier, est le résultat des fortes étincelles qui ont tendance à se produire aux zones où les brosses passent au-dessus des espaces du commutateur., C’est pourquoi les moteurs BLDC sont souvent considérés comme préférables dans les applications où il est important d’éviter le bruit électrique.

Applications idéales pour les moteurs BLDC

Nous avons vu que les moteurs BLDC offrent un rendement et une contrôlabilité élevés, et qu’ils ont une longue durée de vie. Alors, quelles sont-elles? En raison de leur efficacité et de leur longévité, ils sont largement utilisés dans les appareils fonctionnant en continu., Ils ont longtemps été utilisés dans les machines à laver, les climatiseurs et autres appareils électroniques grand public; et plus récemment, ils apparaissent dans les ventilateurs, où leur rendement élevé a contribué à une réduction significative de la consommation d’énergie.

Ils sont également utilisés pour conduire des machines sous-vide. Dans un cas, un changement dans le programme de contrôle a entraîné un grand saut dans la vitesse de rotation—un exemple de la contrôlabilité superlative offerte par ces moteurs.,

Les moteurs BLDC sont également utilisés pour faire tourner les disques durs, où leur durabilité maintient le fonctionnement fiable sur le long terme, tandis que leur efficacité énergétique contribue à la réduction de l’énergie dans un domaine où cela devient de plus en plus important.

Vers une utilisation plus large à l’avenir

Nous pouvons nous attendre à voir des moteurs BLDC utilisés dans un plus large éventail d’applications à l’avenir. Par exemple, ils seront probablement largement utilisés pour conduire des robots de service—de petits robots qui fournissent des services dans des domaines autres que la fabrication., On pourrait penser que les moteurs pas à pas seraient plus appropriés dans ce type d’application, où les impulsions pourraient être utilisées pour contrôler précisément le positionnement. Mais les moteurs BLDC sont mieux adaptés au contrôle de la force. Et avec un moteur pas à pas, maintenir la position d’une structure telle qu’un bras de robot nécessiterait un courant relativement important et continu. Avec un moteur BLDC, tout ce qui serait nécessaire est un courant proportionnel à la force externe—permettant un contrôle plus économe en énergie. Les moteurs BLDC peuvent également remplacer de simples moteurs à courant continu brossés dans les chariots de golf et les chariots de mobilité., En plus de leur meilleure efficacité, les moteurs BLDC peuvent également fournir un contrôle plus précis, ce qui peut prolonger la durée de vie de la batterie.

Les moteurs BLDC sont également idéaux pour les drones. Leur capacité à fournir un contrôle de précision les rend particulièrement adaptés aux drones multirotor, où l’attitude du drone est contrôlée en contrôlant précisément la vitesse de rotation de chaque rotor.

Dans cette session, nous avons vu comment les moteurs BLDC offrent une excellente efficacité, contrôlabilité et longévité. Mais un contrôle minutieux et approprié est essentiel pour tirer pleinement parti du potentiel de ces moteurs., Lors de notre prochaine session, nous examinerons le fonctionnement de ces moteurs.

Liste des modules

  1. Quels sont les moteurs CC sans balais
  2. Contrôlant les moteurs BLDC
  3. Solutions Renesas pour le contrôle des moteurs BLDC