Das Prinzip und die Anwendung von Motoren mit hohem Wirkungsgrad verstehen: 1 von 3

Ein Motor wandelt zugeführte elektrische Energie in mechanische Energie um. Verschiedene Arten von Motoren sind im allgemeinen Gebrauch. Unter diesen zeichnen sich bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) durch einen hohen Wirkungsgrad und eine hervorragende Steuerbarkeit aus und werden in vielen Anwendungen häufig verwendet. Der BLDC-Motor hat stromsparende Vorteile im Vergleich zu anderen Motortypen.,

Motoren sind Leistungsfördermaschinen

Wenn Ingenieure vor der Herausforderung stehen, elektrische Geräte für mechanische Aufgaben zu entwickeln, denken sie vielleicht darüber nach, wie elektrische Signale in Energie umgewandelt werden. Aktoren und Motoren gehören also zu den Geräten, die elektrische Signale in Bewegung umwandeln. Motoren tauschen elektrische Energie gegen mechanische Energie aus.

Der einfachste Motortyp ist der gebürstete Gleichstrommotor. Bei diesem Motortyp wird elektrischer Strom durch Spulen geleitet, die in einem festen Magnetfeld angeordnet sind., Der Strom erzeugt Magnetfelder in den Spulen; Dies bewirkt, dass sich die Spulenanordnung dreht, da jede Spule vom Gleichpol weggeschoben und zum gegenüberliegenden Pol des festen Feldes gezogen wird. Um die Rotation aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, den Strom kontinuierlich umzukehren—so dass sich die Spulenpolaritäten ständig umdrehen und die Spulen weiterhin die gleichen festen Pole „jagen“. Die Stromversorgung der Spulen erfolgt über feste leitfähige Bürsten, die mit einem rotierenden Kommutator in Kontakt kommen; Es ist die Drehung des Kommutators, die die Umkehrung des Stroms durch die Spulen verursacht., Kommutator und Bürsten sind die Schlüsselkomponenten, die den gebürsteten Gleichstrommotor von anderen Motortypen unterscheiden. Abbildung 1 veranschaulicht das allgemeine Prinzip des Bürstenmotors.

Abbildung 1: Betrieb des gebürsteten Gleichstrommotors.

Feste Bürsten versorgen den rotierenden Kommutator mit elektrischer Energie. Wenn sich der Kommutator dreht, dreht er ständig die Richtung des Stroms in die Spulen und kehrt die Spulenpolaritäten um, so dass die Spulen eine Rechtsdrehung beibehalten., Der Kommutator dreht sich, weil er an dem Rotor befestigt ist, auf dem die Spulen montiert sind.

Gängige Motortypen

Motoren unterscheiden sich nach ihrem Leistungstyp (AC oder DC) und ihrer Rotationsmethode (Abbildung 2). Im Folgenden betrachten wir kurz die Funktionen und Verwendungen jedes Typs.

Abbildung 2: Verschiedene Arten von Motoren

Gebürstet DC motoren, mit einfache design und einfache steuerung, sind weit verbreitet zu öffnen und schließen disk trays., In Autos werden sie häufig zum Einfahren, Ausfahren und Positionieren elektrisch betriebener Seitenfenster verwendet. Die niedrigen Kosten dieser Motoren machen sie für viele Anwendungen geeignet. Ein Nachteil ist jedoch, dass Bürsten und Kommutatoren aufgrund ihres anhaltenden Kontakts relativ schnell abnutzen und häufig ausgetauscht und regelmäßig gewartet werden müssen.

Ein Schrittmotor wird von Impulsen angetrieben; er dreht sich mit jedem Impuls durch einen bestimmten Winkel (Schritt)., Da die Drehung genau durch die Anzahl der empfangenen Impulse gesteuert wird, werden diese Motoren häufig verwendet, um Positionsanpassungen durchzuführen. Sie werden häufig beispielsweise zur Steuerung der Papierzufuhr in Faxgeräten und Druckern verwendet-da diese Geräte Papier in festen Schritten zuführen, die leicht mit der Pulszahl korrelieren können. Die Pause kann auch einfach gesteuert werden, da die Motordrehung sofort stoppt, wenn das Impulssignal unterbrochen wird.

Bei Synchronmotoren ist die Drehung synchron mit der Frequenz des Versorgungsstroms., Diese Motoren werden häufig verwendet, um die rotierenden Tabletts in Mikrowellenöfen anzutreiben; Reduktionsgetriebe in der Motoreinheit können verwendet werden, um die entsprechenden Drehzahlen zum Erhitzen von Lebensmitteln zu erhalten. Auch bei Induktionsmotoren variiert die Drehzahl mit der Frequenz; Die Bewegung ist jedoch nicht synchron. In der Vergangenheit wurden diese Motoren häufig in elektrischen Ventilatoren und Waschmaschinen eingesetzt.

Es sind verschiedene arten von motor in gemeinsame verwenden. In dieser Sitzung betrachten wir die Vorteile und Anwendungen von bürstenlosen Gleichstrommotoren.

Warum drehen sich BLDC-Motoren?,

Wie der Name schon sagt, verwenden bürstenlose Gleichstrommotoren keine Bürsten. Bei Bürstenmotoren liefern die Bürsten Strom durch den Kommutator in die Spulen am Rotor. Wie leitet ein bürstenloser Motor Strom an die Rotorspulen weiter? Das tut es nicht-weil sich die Spulen nicht am Rotor befinden. Stattdessen ist der Rotor ein Permanentmagnet; Die Spulen drehen sich nicht, sondern sind stattdessen am Stator befestigt. Da sich die Spulen nicht bewegen, sind keine Bürsten und ein Kommutator erforderlich. (Siehe Abbildung. 3.,)

Mit dem Bürstenmotor wird eine Rotation erreicht, indem die Magnetfelder gesteuert werden, die von den Spulen am Rotor erzeugt werden, während das von den stationären Magneten erzeugte Magnetfeld fixiert bleibt. Um die Drehzahl zu ändern, ändern Sie die Spannung für die Spulen. Bei einem BLDC-Motor dreht sich der Permanentmagnet; Rotation wird erreicht, indem die Richtung der Magnetfelder geändert wird, die von den umgebenden stationären Spulen erzeugt werden. Um die Drehung zu steuern, passen Sie die Größe und Richtung des Stroms in diese Spulen an.,

Abbildung 3: Ein BLDC-Motor.

Da der Rotor ein Permanentmagnet ist, benötigt er keinen Strom, wodurch Bürsten und Kommutatoren überflüssig werden. Der Strom zu den festen Spulen wird von außen gesteuert.

Vorteile von BLDC-Motoren

Ein BLDC-Motor mit drei Spulen am Stator hat sechs elektrische Drähte (zwei zu jeder Spule), die sich von diesen Spulen erstrecken., In den meisten Implementierungen werden drei dieser Drähte intern verbunden, wobei sich die drei verbleibenden Drähte vom Motorkörper erstrecken (im Gegensatz zu den beiden Drähten, die sich vom zuvor beschriebenen Bürstenmotor erstrecken). Die Verkabelung im BLDC-Motorgehäuse ist komplizierter als das einfache Anschließen der positiven und negativen Klemmen der Leistungszelle; Wir werden uns in der zweiten Sitzung dieser Serie genauer ansehen, wie diese Motoren funktionieren. Nachfolgend betrachten wir die Vorteile von by BLDC Motors.,

Ein großer Vorteil ist die Effizienz, da diese Motoren kontinuierlich mit maximaler Drehkraft (Drehmoment) steuern können. Bürstenmotoren erreichen dagegen nur an bestimmten Drehpunkten ein maximales Drehmoment. Damit ein Bürstenmotor das gleiche Drehmoment wie ein bürstenloses Modell liefert, müsste er größere Magnete verwenden. Deshalb können auch kleine BLDC-Motoren erhebliche Leistung liefern.

Der zweite große Vorteil-bezogen auf den ersten-ist die Steuerbarkeit. BLDC-Motoren können mithilfe von Rückkopplungsmechanismen gesteuert werden, um genau das gewünschte Drehmoment und die gewünschte Drehzahl zu erreichen., Präzisionssteuerung wiederum reduziert den Energieverbrauch und die Wärmeerzeugung und verlängert—in Fällen, in denen Motoren batteriebetrieben werden-die Batterielebensdauer.

BLDC-Motoren bieten dank fehlender Bürsten auch eine hohe Haltbarkeit und geringe elektrische Geräuschentwicklung. Bei gebürsteten Motoren verschleißen Bürsten und Kommutator durch kontinuierlichen Bewegungskontakt und erzeugen auch Funken, bei denen Kontakt hergestellt wird. Insbesondere elektrisches Rauschen ist das Ergebnis der starken Funken, die dazu neigen, an den Stellen aufzutreten, an denen die Bürsten die Lücken im Kommutator überschreiten., Aus diesem Grund werden BLDC-Motoren häufig in Anwendungen bevorzugt, in denen es wichtig ist, elektrische Geräusche zu vermeiden.

Ideal Anwendungen für BLDC Motoren

Wir haben gesehen, dass BLDC motoren bieten hohe effizienz und steuerbarkeit, und dass sie haben eine lange lebensdauer. Also, wofür sind sie gut? Aufgrund ihrer Effizienz und Langlebigkeit werden sie häufig in Geräten verwendet, die kontinuierlich laufen., Sie werden seit langem in Waschmaschinen, Klimaanlagen und anderen Unterhaltungselektroniken verwendet.und in jüngerer Zeit erscheinen sie in Lüftern, wo ihre hohe Effizienz zu einer signifikanten Reduzierung des Stromverbrauchs beigetragen hat.

Sie werden auch zum Antrieb von Vakuummaschinen verwendet. In einem Fall führte eine Änderung des Steuerprogramms zu einem großen Sprung der Drehzahl—ein Beispiel für die Steuerbarkeit der Superlative, die diese Motoren bieten.,

BLDC-Motoren werden auch zum Spinnen von Festplatten verwendet, wobei ihre Haltbarkeit die Laufwerke langfristig zuverlässig hält, während ihre Energieeffizienz in einem Bereich, in dem dies immer wichtiger wird, zur Energieeinsparung beiträgt.

In Richtung einer breiteren Nutzung in der Zukunft

Wir können erwarten, dass BLDC-Motoren in Zukunft in einem breiteren Anwendungsspektrum eingesetzt werden. Zum Beispiel werden sie wahrscheinlich weit verbreitet sein, um Serviceroboter zu fahren—kleine Roboter, die Dienstleistungen in anderen Bereichen als der Fertigung erbringen., Man könnte denken, dass Schrittmotoren in dieser Art von Anwendung besser geeignet wären, wo Impulse zur präzisen Steuerung der Positionierung verwendet werden könnten. BLDC-Motoren eignen sich jedoch besser zur Steuerung der Kraft. Und mit einem Schrittmotor würde das Halten der Position einer Struktur wie eines Roboterarms einen relativ großen und kontinuierlichen Strom erfordern. Bei einem BLDC-Motor würde lediglich ein Strom benötigt, der der externen Kraft entspricht und eine energieeffizientere Steuerung ermöglicht. BLDC-Motoren können auch einfache gebürstete Gleichstrommotoren in Golfwagen und Mobilitätswagen ersetzen., Neben ihrer besseren Effizienz können BLDC-Motoren auch eine präzisere Steuerung liefern-was wiederum die Batterielebensdauer weiter verlängern kann.

BLDC-Motoren sind auch ideal für Drohnen. Ihre Fähigkeit, eine präzise Steuerung zu liefern, macht sie besonders geeignet für Multirotor-Drohnen, bei denen die Haltung der Drohne durch präzise Steuerung der Drehzahl jedes Rotors gesteuert wird.

In dieser Sitzung haben wir gesehen, wie BLDC-Motoren hervorragende Effizienz, Steuerbarkeit und Langlebigkeit bieten. Eine sorgfältige und ordnungsgemäße Steuerung ist jedoch unerlässlich, um das Potenzial dieser Motoren voll ausschöpfen zu können., In unserer nächsten Sitzung werden wir uns ansehen, wie diese Motoren funktionieren.

Modul Liste

  1. Was sind Bürstenlosen DC Motoren
  2. Steuerung BLDC Motoren
  3. Renesas Lösungen für BLDC Motor Control