zrozumienie zasady i zastosowania silników o wysokiej sprawności: 1 of 3

silnik przekształca dostarczoną energię elektryczną w energię mechaniczną. W powszechnym użyciu są różne typy silników. Wśród nich bezszczotkowe silniki PRĄDU STAŁEGO (BLDC) charakteryzują się wysoką wydajnością i doskonałą sterownością i są szeroko stosowane w wielu zastosowaniach. Silnik BLDC ma zalety oszczędzania energii w porównaniu do innych typów silników.,

Silniki to Maszyny zasilające

Kiedy inżynierowie stają przed wyzwaniem projektowania urządzeń elektrycznych do wykonywania zadań mechanicznych, mogą pomyśleć o tym, jak sygnały elektryczne są przekształcane w energię. Tak więc siłowniki i silniki należą do urządzeń, które przekształcają sygnały elektryczne w ruch. Silniki wymieniają energię elektryczną na energię mechaniczną.

najprostszym typem silnika jest szczotkowany silnik PRĄDU STAŁEGO. W tego typu silniku prąd elektryczny jest przepuszczany przez cewki, które są rozmieszczone w stałym polu magnetycznym., Prąd generuje pole magnetyczne w cewkach; powoduje to, że zespół cewki się obraca, ponieważ każda cewka jest odepchnięta od podobnego bieguna i pociągnięta w kierunku innego bieguna stałego pola. Aby utrzymaÄ ‡ rotacjÄ™, konieczne jest nieustanne odwracanie prÄ … du—tak aby polaryzacje cewek bez przerwy siÄ ™ obracaĺ ' y, powodujÄ … c, ĹĽe cewki te kontynuujÄ … „ganianie” odmiennych biegunăłw. Moc do cewek jest dostarczana przez stałe pędzle przewodzące, które stykają się z obracającym się komutatorem; to obrót komutatora powoduje odwrócenie prądu przez cewki., Komutator i szczotki są kluczowymi elementami odróżniającymi szczotkowany silnik PRĄDU STAŁEGO od innych typów silników. Rysunek 1 ilustruje ogólną zasadę działania silnika szczotkowanego.

Rysunek 1: Działanie Szczotkowanego Silnika PRĄDU STAŁEGO.

szczotki stałe dostarczają energię elektryczną do obrotowego komutatora. W miarę jak komutator ten obraca się, bez przerwy odwraca on kierunek prądu do zwojów, odwracając ich polaryzację tak aby zwoje te utrzymywały prawostronny obrót., Komutator obraca się, ponieważ jest przymocowany do wirnika, na którym zamontowane są cewki.

typowe typy silników

Silniki różnią się w zależności od rodzaju mocy (AC lub DC) i sposobu generowania obrotów (Rysunek 2). Poniżej krótko przyjrzymy się funkcjom i zastosowaniom każdego typu.

Rysunek 2: różne typy silników

Szczotkowane silniki PRĄDU STAŁEGO, o prostej konstrukcji i łatwym sterowaniu, są szeroko stosowane do otwierania i zamykania tacek dyskowych., W samochodach są one często używane do wysuwania, przedłużania i pozycjonowania bocznych szyb zasilanych elektrycznie. Niski koszt tych silników sprawia, że nadają się do wielu zastosowań. Wadą jest jednak to, że szczotki i komutatory zużywają się stosunkowo szybko w wyniku ich ciągłego kontaktu, co wymaga częstej wymiany i okresowej konserwacji.

silnik krokowy napędzany jest impulsami; obraca się o określony kąt (krok) z każdym impulsem., Ponieważ obrót jest precyzyjnie kontrolowany przez liczbę odbieranych impulsów, silniki te są szeroko stosowane do wprowadzania regulacji pozycyjnych. Są one często używane na przykład do sterowania podawaniem papieru w faksach i drukarkach—ponieważ urządzenia te podają papier w stałych krokach, które są łatwo skorelowane z liczbą impulsów. Pauzowanie można również łatwo kontrolować, ponieważ obrót silnika zatrzymuje się natychmiast po przerwaniu sygnału impulsu.

w przypadku silników synchronicznych obroty są synchroniczne z częstotliwością prądu zasilającego., Silniki te są często używane do napędzania obrotowych tacek w kuchenkach mikrofalowych; przekładnie redukcyjne w jednostce silnikowej mogą być używane do uzyskania odpowiednich prędkości obrotowych do podgrzewania żywności. Również w przypadku silników indukcyjnych prędkość obrotowa zmienia się z częstotliwością; ale ruch nie jest synchroniczny. W przeszłości silniki te były często używane w wentylatorach elektrycznych i pralkach.

w powszechnym użyciu są różne typy silników. W tej sesji przyjrzymy się zaletom i zastosowaniom bezszczotkowych silników prądu stałego.

dlaczego silniki BLDC się obracają?,

jak sama nazwa wskazuje, bezszczotkowe silniki PRĄDU STAŁEGO nie używają szczotek. W przypadku silników szczotkowanych szczotki dostarczają prąd przez komutator do cewek na wirniku. Jak więc silnik bezszczotkowy przekazuje prąd do cewek wirnika? Nie ma-bo cewki nie znajdują się na wirniku. Zamiast tego wirnik jest magnesem trwałym; cewki nie obracają się, ale zamiast tego są mocowane na miejscu na stojanie. Ponieważ cewki nie poruszają się, nie ma potrzeby stosowania szczotek i komutatora. (Patrz Rysunek. 3.,)

dzięki szczotkowanemu silnikowi obrót uzyskuje się poprzez sterowanie polem magnetycznym generowanym przez cewki na wirniku, podczas gdy pole magnetyczne generowane przez magnesy stacjonarne pozostaje stałe. Aby zmienić prędkość obrotową, zmieniasz napięcie cewek. Z silnikiem BLDC, to magnes stały, który obraca; obrót uzyskuje się przez zmianę kierunku pola magnetycznego generowanego przez otaczające cewki stacjonarne. Aby kontrolować obrót, regulujesz wielkość i kierunek prądu w tych cewkach.,

Rysunek 3: Silnik BLDC.

ponieważ wirnik jest magnesem trwałym, nie potrzebuje prądu, eliminując potrzebę stosowania szczotek i komutatora. Prąd do stałych cewek jest kontrolowany z zewnątrz.

zalety silników BLDC

Silnik BLDC Z trzema cewkami na stojanie będzie miał sześć przewodów elektrycznych (po dwa do każdej cewki) rozciągających się od tych cewek., W większości implementacji trzy z tych przewodów będą połączone wewnętrznie, a trzy pozostałe przewody rozciągają się od korpusu silnika (w przeciwieństwie do dwóch przewodów rozciągających się od silnika szczotkowanego opisanego wcześniej). Okablowanie w przypadku silnika BLDC jest bardziej skomplikowane niż zwykłe podłączenie dodatnich i ujemnych zacisków ogniwa zasilającego; przyjrzymy się dokładniej, jak te silniki działają w drugiej sesji tej serii. Poniżej podsumowujemy, patrząc na zalety silników by BLDC.,

dużą zaletą jest sprawność, ponieważ silniki te mogą sterować w sposób ciągły z maksymalną siłą obrotową (momentem obrotowym). Silniki Szczotkowane natomiast osiągają maksymalny moment obrotowy tylko w określonych punktach obrotu. Aby silnik szczotkowany zapewniał ten sam moment obrotowy, co model bezszczotkowy, musiałby użyć większych magnesów. Dlatego nawet małe silniki BLDC mogą dostarczyć znaczną moc.

drugą dużą zaletą—związaną z pierwszą—jest sterowność. Silniki BLDC mogą być sterowane za pomocą mechanizmów sprzężenia zwrotnego, aby precyzyjnie dostarczyć żądany moment obrotowy i prędkość obrotową., Precyzyjne sterowanie z kolei zmniejsza zużycie energii i wytwarzanie ciepła, a w przypadku silników zasilanych bateryjnie wydłuża żywotność baterii.

silniki BLDC oferują również wysoką trwałość i niski poziom generowania hałasu elektrycznego, dzięki braku szczotek. W przypadku silników szczotkowanych szczotki i komutator zużywają się w wyniku ciągłego ruchomego kontaktu, a także wytwarzają iskry w miejscu styku. W szczególności hałas elektryczny jest wynikiem silnych iskier, które występują zwykle w miejscach, w których szczotki przechodzą przez szczeliny w komutatorze., Dlatego silniki BLDC są często uważane za preferowane w zastosowaniach, w których ważne jest unikanie hałasu elektrycznego.

idealne Aplikacje dla silników BLDC

widzieliśmy, że silniki BLDC oferują wysoką sprawność i sterowalność oraz długą żywotność. Do czego są dobre? Ze względu na ich wydajność i długowieczność są szeroko stosowane w urządzeniach pracujących w sposób ciągły., Od dawna stosowane są w pralkach, klimatyzatorach i innej elektronice użytkowej, a ostatnio pojawiają się w wentylatorach, gdzie ich wysoka sprawność przyczyniła się do znacznego zmniejszenia zużycia energii.

są również wykorzystywane do napędzania maszyn próżniowych. W jednym przypadku zmiana programu sterowania spowodowała duży skok prędkości obrotowej—przykład superlatywnej sterowności oferowanej przez te silniki.,

silniki BLDC są również używane do wirowania dysków twardych, gdzie ich trwałość utrzymuje niezawodną pracę napędów przez długi czas, a ich wydajność energetyczna przyczynia się do redukcji energii w obszarze, w którym staje się to coraz ważniejsze.

w kierunku szerszego zastosowania w przyszłości

w przyszłości możemy spodziewać się zastosowania silników BLDC w szerszym zakresie zastosowań. Na przykład prawdopodobnie będą one szeroko stosowane do napędzania robotów serwisowych-małych robotów, które świadczą usługi w dziedzinach innych niż produkcja., Można by pomyśleć, że silniki krokowe byłyby bardziej odpowiednie w tego typu zastosowaniach, gdzie impulsy mogłyby być używane do precyzyjnej kontroli pozycjonowania. Ale silniki BLDC lepiej nadają się do kontrolowania siły. W przypadku silnika krokowego utrzymanie pozycji konstrukcji, takiej jak ramię robota, wymagałoby stosunkowo dużego i ciągłego prądu. W przypadku silnika BLDC wymagany jest jedynie prąd proporcjonalny do siły zewnętrznej-co pozwala na bardziej energooszczędne sterowanie. Silniki BLDC mogą również zastępować proste Szczotkowane silniki PRĄDU STAŁEGO w wózkach golfowych i wózkach mobilnych., Oprócz lepszej wydajności, silniki BLDC mogą również zapewnić bardziej precyzyjne sterowanie—co z kolei może jeszcze bardziej wydłużyć żywotność baterii.

silniki BLDC są również idealne do dronów. Ich zdolność do precyzyjnego sterowania sprawia, że szczególnie nadają się do dronów multirotor, gdzie postawa drona jest kontrolowana przez precyzyjną kontrolę prędkości obrotowej każdego wirnika.

podczas tej sesji widzieliśmy, jak silniki BLDC oferują doskonałą wydajność, sterowalność i trwałość. Jednak staranna i właściwa kontrola jest niezbędna, aby w pełni wykorzystać potencjał tych silników., W następnej sesji przyjrzymy się, jak działają te silniki.

lista modułów

  1. czym są bezszczotkowe silniki PRĄDU STAŁEGO
  2. sterowanie silnikami BLDC
  3. Renesas rozwiązania do sterowania silnikami BLDC