inzicht in het principe en de toepassing van hoogrenderende motoren: 1 van 3
een motor zet geleverde elektrische energie om in mechanische energie. Verschillende soorten motoren worden vaak gebruikt. Onder deze, borstelloze DC-motoren (BLDC) beschikken over een hoog rendement en uitstekende regelbaarheid, en worden veel gebruikt in vele toepassingen. De BLDC-motor heeft energiebesparende voordelen ten opzichte van andere motortypen.,
motoren zijn Vermogensafgiftemachines
wanneer ingenieurs worden geconfronteerd met de uitdaging om elektrische apparatuur te ontwerpen om mechanische taken uit te voeren, kunnen zij nadenken over hoe elektrische signalen in energie worden omgezet. Actuatoren en motoren behoren tot de apparaten die elektrische signalen omzetten in beweging. Motoren wisselen elektrische energie uit naar mechanische energie.
het eenvoudigste type motor is de geborstelde gelijkstroommotor. In dit type motor wordt elektrische stroom door spoelen geleid die binnen een vast magnetisch veld worden geplaatst., De stroom genereert magnetische velden in de spoelen; dit zorgt ervoor dat de spoel assemblage om te draaien, als elke spoel wordt geduwd weg van de soortgelijke pool en getrokken naar de in tegenstelling pool van het vaste veld. Om de rotatie te behouden, is het noodzakelijk om de stroom voortdurend om te keren—zodat de spoelpolariteiten voortdurend zullen omdraaien, waardoor de spoelen blijven “achtervolgen” de in tegenstelling tot vaste Polen. Stroom aan de spoelen wordt geleverd door vaste geleidende borstels die contact MAKEN met een roterende commutator; het is de rotatie van de commutator die de omkering van de stroom door de spoelen veroorzaakt., De commutator en borstels zijn de belangrijkste onderdelen die de geborstelde DC-motor onderscheiden van andere motortypes. Figuur 1 illustreert het algemene principe van de geborstelde motor.
figuur 1: werking van de Geborstelde gelijkstroommotor.
vaste borstels leveren elektrische energie aan de roterende commutator. Terwijl de commutator draait, draait hij voortdurend de richting van de stroom in de spoelen, waarbij hij de polariteiten van de spoel omdraait, zodat de spoelen naar rechts draaien., De commutator draait omdat hij is bevestigd aan de rotor waarop de spoelen zijn gemonteerd.
gemeenschappelijke motortypen
motoren verschillen afhankelijk van hun vermogenstype (wisselstroom of gelijkstroom) en hun methode voor het genereren van rotatie (Figuur 2). Hieronder kijken we kort naar de functies en toepassingen van elk type.
Figuur 2: verschillende typen motoren
geborstelde gelijkstroommotoren, met een eenvoudig ontwerp en eenvoudige bediening, worden op grote schaal gebruikt om schijfbakken te openen en te sluiten., In auto ‘ s worden ze vaak gebruikt voor het intrekken, uitbreiden en positioneren van elektrisch aangedreven zijruiten. De lage kosten van deze motoren maken ze geschikt voor vele toepassingen. Een nadeel is echter dat borstels en commutators relatief snel slijten als gevolg van hun voortdurende contact, waardoor frequente vervanging en periodiek onderhoud nodig zijn.
Een stappenmotor wordt aangedreven door pulsen; deze draait bij elke puls in een specifieke hoek (stap)., Omdat de rotatie nauwkeurig wordt geregeld door het aantal ontvangen pulsen, worden deze motoren op grote schaal gebruikt om positionele aanpassingen uit te voeren. Ze worden vaak gebruikt om bijvoorbeeld de papierinvoer in faxmachines en printers te regelen—omdat deze apparaten papier in vaste stappen invoeren, die gemakkelijk kunnen worden gecorreleerd met het aantal pulsen. Pauzeren kan ook eenvoudig worden geregeld, omdat de motorrotatie direct stopt wanneer het pulssignaal wordt onderbroken.
bij synchrone motoren is de rotatie synchroon met de frequentie van de voedingsstroom., Deze motoren worden vaak gebruikt om de roterende trays in magnetrons rijden; reductie tandwielen in de motoreenheid kan worden gebruikt om de juiste rotatiesnelheden te verkrijgen om voedsel te verwarmen. Ook bij inductiemotoren varieert de rotatiesnelheid met de frequentie, maar de beweging is niet synchroon. In het verleden werden deze motoren vaak gebruikt in elektrische ventilatoren en wasmachines.
Er zijn verschillende typen motoren die algemeen worden gebruikt. In deze sessie kijken we naar de voordelen en toepassingen van borstelloze gelijkstroommotoren.
waarom draaien BLDC-motoren?,
zoals de naam al aangeeft, gebruiken borstelloze gelijkstroommotoren geen borstels. Bij geborstelde motoren leveren de borstels stroom door de commutator in de spoelen op de rotor. Dus hoe geeft een borstelloze motor stroom door aan de rotorspoelen? Dat doet het niet—omdat de spoelen zich niet op de rotor bevinden. In plaats daarvan is de rotor een permanente magneet; de spoelen draaien niet, maar worden in plaats daarvan op de stator gefixeerd. Omdat de spoelen niet bewegen, is er geen behoefte aan borstels en een commutator. (Zie Figuur. 3.,)
met de geborstelde motor wordt rotatie bereikt door het regelen van de magnetische velden die door de spoelen op de rotor worden gegenereerd, terwijl het magnetische veld dat door de stationaire magneten wordt gegenereerd, vast blijft. Om de rotatiesnelheid te veranderen, verander je de spanning voor de spoelen. Met een BLDC-motor is het de permanente magneet die draait; rotatie wordt bereikt door het veranderen van de richting van de magnetische velden gegenereerd door de omringende stationaire spoelen. Om de rotatie te regelen, stel je de grootte en richting van de stroom in deze spoelen.,
Figuur 3: een BLDC-Motor.
omdat de rotor een permanente magneet is, heeft hij geen stroom nodig, waardoor er geen borstels en commutator nodig zijn. De stroom naar de vaste spoelen wordt van buitenaf geregeld.
voordelen van BLDC-motoren
een BLDC-motor met drie spoelen op de stator heeft zes elektrische draden (twee per spoel) die zich van deze spoelen uitstrekken., In de meeste implementaties zullen drie van deze draden intern worden aangesloten, waarbij de drie resterende draden zich uitstrekken van het motorlichaam (in tegenstelling tot de twee draden die zich uitstrekken van de eerder beschreven geborstelde motor). Bedrading in de BLDC motor geval is ingewikkelder dan alleen het aansluiten van de positieve en negatieve aansluitingen van de energiecel; we zullen meer kijken naar hoe deze motoren werken in de tweede sessie van deze serie. Hieronder sluiten we af door te kijken naar de voordelen van by BLDC motoren.,
een groot voordeel is Efficiëntie, omdat deze motoren continu kunnen regelen bij maximale draaikracht (koppel). Geborstelde motoren daarentegen bereiken het maximumkoppel slechts op bepaalde punten in de rotatie. Om een geborstelde motor hetzelfde draaimoment te laten leveren als een borstelloos model, moeten grotere magneten worden gebruikt. Dit is de reden waarom zelfs kleine BLDC-motoren aanzienlijk vermogen kunnen leveren.
het tweede grote voordeel—gerelateerd aan de eerste—is controleerbaarheid. BLDC-motoren kunnen met behulp van feedbackmechanismen worden geregeld om precies het gewenste koppel en draaisnelheid te leveren., Precisiecontrole vermindert op zijn beurt het energieverbruik en de warmteopwekking en verlengt de levensduur van de batterij—in gevallen waarin motoren op batterijen werken.
BLDC-motoren bieden ook een hoge duurzaamheid en een lage elektrische ruis generatie, dankzij het gebrek aan borstels. Bij geborstelde motoren slijten de borstels en commutator als gevolg van continu bewegend contact en produceren ook vonken waar contact wordt gemaakt. Met name elektrisch lawaai is het gevolg van de sterke vonken die de neiging hebben op te treden op de plaatsen waar de borstels de gaten in de commutator passeren., Dit is de reden waarom BLDC motoren worden vaak beschouwd als de voorkeur in toepassingen waar het belangrijk is om elektrische ruis te voorkomen.
ideale toepassingen voor BLDC-motoren
we hebben gezien dat BLDC-motoren een hoog rendement en regelbaarheid bieden en dat ze een lange levensduur hebben. Waar zijn ze goed voor? Vanwege hun efficiëntie en levensduur worden ze veel gebruikt in apparaten die continu draaien., Ze worden al lang gebruikt in wasmachines, airconditioners en andere consumentenelektronica; en meer recent verschijnen ze in ventilatoren, waar hun hoge efficiëntie heeft bijgedragen aan een aanzienlijke vermindering van het energieverbruik.
ze worden ook gebruikt om vacuümmachines aan te drijven. In één geval resulteerde een verandering in het besturingsprogramma in een grote sprong in rotatiesnelheid—een voorbeeld van de superlatieve regelbaarheid die deze motoren bieden.,
BLDC-motoren worden ook gebruikt om harde schijven te laten draaien, waarbij hun duurzaamheid ervoor zorgt dat de schijven op lange termijn betrouwbaar werken, terwijl hun energie-efficiëntie bijdraagt tot energiebesparing in een gebied waar dit steeds belangrijker wordt.
naar een breder gebruik in de toekomst
We kunnen verwachten dat BLDC-motoren in een breder scala van toepassingen in de toekomst worden gebruikt. Zo zullen ze waarschijnlijk op grote schaal worden gebruikt om servicerobots aan te drijven—kleine robots die diensten leveren op andere gebieden dan productie., Men zou kunnen denken dat stappenmotoren geschikter zouden zijn in dit soort toepassingen, waar pulsen kunnen worden gebruikt om de positionering nauwkeurig te regelen. Maar BLDC motoren zijn beter geschikt voor het beheersen van de kracht. En met een stappenmotor zou het vasthouden van de positie van een structuur zoals een robotarm een relatief grote en continue stroom vereisen. Bij een BLDC-motor is alleen een stroom nodig die in verhouding staat tot de externe kracht—waardoor een energiezuinigere regeling mogelijk is. BLDC motoren kunnen ook worden vervangen eenvoudige geborstelde dc motoren in golfkarren en mobiliteit karren., Naast hun betere efficiëntie kunnen BLDC-motoren ook nauwkeurigere controle leveren—wat op zijn beurt de levensduur van de batterij verder kan verlengen.
BLDC-motoren zijn ook ideaal voor drones. Hun vermogen om nauwkeurige controle te leveren maakt ze vooral geschikt voor multirotor drones, waar de houding van de drone wordt gecontroleerd door de rotatiesnelheid van elke rotor nauwkeurig te regelen.
in deze sessie hebben we gezien hoe BLDC-motoren uitstekende efficiëntie, controleerbaarheid en levensduur bieden. Maar zorgvuldige en goede controle is essentieel om optimaal te profiteren van het potentieel van deze motoren., In onze volgende sessie zullen we kijken hoe deze motoren werken.
modulelijst
- Wat zijn Borstelloze gelijkstroommotoren
- controlerende BLDC-motoren
- Renesas oplossingen voor BLDC-motorbesturing