förstå principen och tillämpningen av högeffektiva motorer: 1 av 3
en motor omvandlar levererad elektrisk energi till mekanisk energi. Olika typer av motorer är vanligt förekommande. Bland dessa har borstlösa DC-motorer (BLDC) hög effektivitet och utmärkt styrbarhet, och används ofta i många applikationer. BLDC-motorn har energibesparande fördelar i förhållande till andra motortyper.,
motorer är Kraftleveransmaskiner
När ingenjörer står inför utmaningen att utforma elektrisk utrustning för att utföra mekaniska uppgifter, kan de tänka på hur elektriska signaler omvandlas till energi. Så ställdon och motorer är bland de enheter som omvandlar elektriska signaler till rörelse. Motorer utbyter elektrisk energi till mekanisk energi.
den enklaste typen av motor är den borstade likströmsmotorn. I denna typ av motor passerar elektrisk ström genom spolar som är anordnade inom ett fast magnetfält., Strömmen genererar magnetfält i spolarna; detta gör att spolmonteringen roterar, eftersom varje spole trycks bort från den liknande Polen och dras mot det fasta fältets olikpol. För att bibehålla rotationen är det nödvändigt att ständigt vända strömmen-så att spolpolariteter ständigt kommer att vända, vilket gör att spolarna fortsätter att ”jaga” de olik fasta polerna. Ström till spolarna levereras genom fasta ledande borstar som kommer i kontakt med en roterande kommutator; det är rotationen av kommutatorn som orsakar återföring av strömmen genom spolarna., Kommutatorn och borstarna är de viktigaste komponenterna som skiljer den borstade likströmsmotorn från andra motortyper. Figur 1 illustrerar den allmänna principen för den borstade motorn.
Figur 1: drift av den borstade likströmsmotorn.
fasta borstar levererar elektrisk energi till den roterande kommutatorn. När kommutatorn roterar, vänder den kontinuerligt strömriktningen i spolarna och vänder spolpolariteterna så att spolarna behåller höger rotation., Kommutatorn roterar eftersom den är fäst vid rotorn på vilken spolarna är monterade.
vanliga motortyper
motorer skiljer sig åt beroende på deras effekttyp (AC eller DC) och deras metod för att generera rotation (Figur 2). Nedan ser vi kortfattat på funktionerna och användningarna av varje typ.
Figur 2: olika typer av motorer
borstade likströmsmotorer, med enkel design och enkel kontroll, används ofta för att öppna och stänga diskbrickor., I bilar används de ofta för att dra tillbaka, förlänga och placera elektriskt drivna sidofönster. Den låga kostnaden för dessa motorer gör dem lämpliga för många användningsområden. En nackdel är dock att penslar och pendlare tenderar att bära relativt snabbt som ett resultat av deras fortsatta kontakt, vilket kräver frekvent utbyte och periodiskt underhåll.
en stegmotor drivs av pulser; den roterar genom en specifik vinkel (steg) med varje puls., Eftersom rotationen styrs exakt av antalet mottagna pulser används dessa motorer i stor utsträckning för att genomföra positionsjusteringar. De används ofta till exempel för att styra pappersmatning i faxmaskiner och skrivare—eftersom dessa enheter matar papper i fasta steg, som lätt korreleras med pulsantal. Pausning kan också enkelt styras, eftersom motorrotationen stannar omedelbart när pulssignalen avbryts.
med synkronmotorer är rotationen synkron med frekvensen av matningsströmmen., Dessa motorer används ofta för att driva de roterande brickorna i mikrovågsugnar; reduktionsväxlar i motorenheten kan användas för att erhålla lämpliga rotationshastighet för att värma mat. Med induktionsmotorer varierar rotationshastigheten med frekvens; men rörelsen är inte synkron. Tidigare användes dessa motorer ofta i elektriska fläktar och tvättmaskiner.
det finns olika typer av motor i vanlig användning. I den här sessionen tittar vi på fördelarna och applikationerna hos borstlösa DC-motorer.
varför BLDC motorer vända?,
som namnet antyder använder borstlösa likströmsmotorer inte borstar. Med borstade motorer levererar borstarna ström genom kommutatorn i spolarna på rotorn. Så hur passerar en borstlös motor ström till rotorspolarna? Det gör det inte—eftersom spolarna inte finns på rotorn. Istället är rotorn en permanentmagnet; spolarna roterar inte, utan är istället fixerade på plats på statorn. Eftersom spolarna inte rör sig, finns det inget behov av borstar och en kommutator. (Se Figur. 3.,)
med den borstade motorn uppnås rotation genom att styra de magnetfält som genereras av spolarna på rotorn, medan magnetfältet som genereras av de stationära magneterna förblir fixerat. För att ändra rotationshastigheten ändrar du spänningen för spolarna. Med en BLDC-motor är det den permanenta magneten som roterar; rotation uppnås genom att ändra riktningen på de magnetfält som genereras av de omgivande stationära spolarna. För att styra rotationen justerar du strömens storlek och riktning i dessa spolar.,
Figur 3: en BLDC-Motor.
eftersom rotorn är en permanent magnet behöver den ingen ström, vilket eliminerar behovet av borstar och kommutator. Ström till de fasta spolarna styrs från utsidan.
fördelar med BLDC-motorer
en BLDC-motor med tre spolar på statorn kommer att ha sex elektriska ledningar (två till varje spole) som sträcker sig från dessa spolar., I de flesta implementeringar kommer tre av dessa ledningar att anslutas internt, med de tre återstående trådarna som sträcker sig från motorkroppen (i motsats till de två trådarna som sträcker sig från den borstade motorn som beskrivits tidigare). Ledningar i BLDC – motorväskan är mer komplicerat än att bara ansluta strömcellens positiva och negativa terminaler.vi kommer att titta närmare på hur dessa motorer fungerar under den andra sessionen i denna serie. Nedan avslutar vi med att titta på fördelarna med av BLDC motors.,
en stor fördel är effektivitet, eftersom dessa motorer kan styra kontinuerligt vid maximal rotationskraft (vridmoment). Borstade motorer når däremot maximalt vridmoment vid endast vissa punkter i rotationen. För en borstad motor för att leverera samma vridmoment som en borstlös modell, skulle det behöva använda större magneter. Det är därför även små BLDC-motorer kan leverera stor kraft.
den andra stora fördelen—relaterad till den första—är styrbarhet. BLDC motorer kan styras, med hjälp av återkopplingsmekanismer, till leverans exakt önskat vridmoment och rotationshastighet., Precisionskontroll minskar i sin tur energiförbrukningen och värmeproduktionen, och—i de fall där motorerna är batteridrivna-förlänger batteriets livslängd.
BLDC-motorer erbjuder också hög hållbarhet och låg elektrisk brusgenerering tack vare bristen på borstar. Med borstade motorer slits borstarna och kommutatorn ner som ett resultat av kontinuerlig rörlig kontakt och producerar också gnistor där kontakt görs. Elektriskt buller är i synnerhet resultatet av de starka gnistor som tenderar att uppstå i de områden där borstarna passerar över luckorna i kommutatorn., Därför anses BLDC-motorer ofta vara att föredra i applikationer där det är viktigt att undvika elektriskt brus.
ideala applikationer för BLDC-motorer
Vi har sett att BLDC-motorer erbjuder hög effektivitet och styrbarhet, och att de har en lång livslängd. Så vad är de bra för? På grund av deras effektivitet och livslängd används de ofta i enheter som körs kontinuerligt., De har länge använts i tvättmaskiner, luftkonditioneringsapparater och annan konsumentelektronik.och på senare tid förekommer de hos fläktar, där deras höga effektivitet har bidragit till en betydande minskning av strömförbrukningen.
de används också för att driva vakuummaskiner. I ett fall resulterade en förändring i styrprogrammet i ett stort hopp i rotationshastighet-ett exempel på den superlativa styrbarheten som erbjuds av dessa motorer.,
BLDC-motorer används också för att snurra hårddiskar, där deras hållbarhet håller enheterna driftsäkra på lång sikt, medan deras energieffektivitet bidrar till energiminskning i ett område där detta blir allt viktigare.
mot bredare användning i framtiden
Vi kan förvänta oss att BLDC-motorer används i ett bredare spektrum av applikationer i framtiden. Till exempel kommer de förmodligen att användas i stor utsträckning för att driva servicerobotar—små robotar som levererar tjänster inom andra områden än tillverkning., Man kan tro att stegmotorer skulle vara mer lämpliga i denna typ av applikation, där pulser kan användas för att exakt styra positioneringen. Men BLDC-motorer är bättre lämpade för att styra kraften. Och med en stegmotor skulle hålla positionen för en struktur som en robotarm kräva en relativt stor och kontinuerlig ström. Med en BLDC-motor är allt som krävs en ström som står i proportion till den externa kraften—vilket möjliggör mer effektiv kontroll. BLDC-motorer kan också ersätta enkla borstade dc-motorer i golfbilar och mobilitetsvagnar., Förutom deras bättre effektivitet kan BLDC-motorer också leverera mer exakt kontroll—vilket i sin tur kan förlänga batteriets livslängd ytterligare.
BLDC-motorer är också idealiska för drönare. Deras förmåga att leverera precisionskontroll gör dem speciellt lämpade för multirotordronor, där drönarens inställning styrs genom att exakt styra rotationshastigheten hos varje rotor.
i den här sessionen har vi sett hur BLDC-motorer erbjuder utmärkt effektivitet, styrbarhet och livslängd. Men noggrann och korrekt kontroll är nödvändig för att dra full nytta av dessa motors potential., I vår nästa session kommer vi att titta på hur dessa motorer fungerar.
modul lista
- Vad är borstlösa DC motorer
- styra BLDC motorer
- Renesas lösningar för BLDC motorstyrning