Harjaton tasavirtamoottori - edut, sovellukset ja hallinta

Kokeile Instrumenttia Ongelmien Poistamiseksi





Määritelmä

Harjaton DC-moottori koostuu kestomagneettina olevasta roottorista ja staattorista monivaiheisten ankkurikäämien muodossa. Se eroaa tavanomaisesta tasavirtamoottorista siten, että se ei sisällä harjoja ja kommutaatio tapahtuu sähköisesti käyttämällä sähkökäyttöä staattorin käämien syöttämiseksi.

Pohjimmiltaan BLDC-moottori voidaan rakentaa kahdella tavalla - asettamalla roottori ytimen ulkopuolelle ja käämit ytimeen ja toinen sijoittamalla käämit ytimen ulkopuolelle. Aikaisemmassa järjestelyssä roottorin magneetit toimivat eristeinä ja vähentävät moottorista tulevan lämmön haihtumisnopeutta ja toimivat matalalla virralla. Sitä käytetään tyypillisesti tuulettimissa. Jälkimmäisessä järjestelyssä moottori johtaa enemmän lämpöä aiheuttaen siten vääntömomentinsa kasvun. Sitä käytetään kiintolevyasemissa.




BLDC

BLDC

4 napainen 2-vaiheinen moottorikäyttö

Harjaton DC-moottori toimii elektronisella käyttölaitteella, joka vaihtaa syöttöjännitteen staattorin käämien välillä roottorin pyöriessä. Roottorin asemaa valvotaan anturilla (optisella tai magneettisella), joka toimittaa tietoja elektroniselle ohjaimelle, ja tämän asennon perusteella määritetään virroitettava staattorin käämi. Tämä elektroninen käyttö koostuu transistoreista (2 kutakin vaihetta varten), joita käytetään mikroprosessorin kautta.



BLDC DC

BLDC-DC

Kestomagneettien tuottama magneettikenttä on vuorovaikutuksessa staattorin käämien virran aiheuttaman kentän kanssa luoden mekaanisen vääntömomentin. Elektroninen kytkentäpiiri tai taajuusmuuttaja kytkee syöttövirran staattoriin ylläpitääkseen vakiona 0-90 asteen kulman vuorovaikutuksessa olevien kenttien välillä. Hall-anturit asennetaan enimmäkseen staattoriin tai roottoriin. Kun roottori kulkee halli- anturin läpi pohjois- tai etelänavan perusteella, se tuottaa korkean tai matalan signaalin. Näiden signaalien yhdistelmän perusteella virrattava käämi on määritelty. Jotta moottori pysyisi käynnissä, käämien tuottaman magneettikentän tulisi siirtyä asentoon roottorin liikkuessa kiinni staattorikentästä.

BLDC DC -moottori

Piiri

4-napaisessa, 2-vaiheisessa harjattomassa tasavirtamoottorissa käytetään yhden hallin anturia, joka on upotettu staattoriin. Roottorin pyöriessä halli-anturi tunnistaa sijainnin ja kehittää korkean tai matalan signaalin magneetin napasta (pohjoinen tai etelä) riippuen. Hall-anturi on kytketty vastuksen kautta transistoreihin. Kun anturin ulostulossa esiintyy suurjännitesignaalia, kelaan A kytketty transistori alkaa johtaa, tarjoten virran kulkutien ja siten virran kelalle A. Kondensaattori alkaa latautua täydelle syöttöjännitteelle. Kun hallianturi havaitsee roottorin napaisuuden muutoksen, se kehittää lähtöjään matalajännitesignaalin ja koska transistori 1 ei saa mitään virtaa, se on katkaisutilassa. Kondensaattorin ympärille kehittynyt jännite on Vcc, joka on syöttöjännite 2: llendtransistori, ja kela B on nyt jännitteessä, kun virta kulkee sen läpi.

BLDC-moottoreissa on kiinteät kestomagneetit, jotka pyörivät ja kiinteä ankkuri, mikä eliminoi ongelmat virran liittämisessä liikkuvaan ankkuriin. Ja mahdollisesti enemmän napoja roottorissa kuin staattori- tai reluktanssimoottoreita. Jälkimmäiset voivat olla ilman kestomagneetteja, vain napat, jotka roottoriin indusoituvat, vedetään sitten järjestelyyn ajastettujen staattorikäämien avulla. Elektroninen ohjain korvaa harjatun tasavirtamoottorin harja / kommutaattorikokoonpanon, joka vaihtaa jatkuvasti vaihetta käämeihin pitääkseen moottorin pyörimässä. Ohjain suorittaa vertailevan ajastetun tehonjaon käyttämällä puolijohdepiiriä harja / kommutaattorijärjestelmän sijaan.


BLDC-moottori

BLDC-moottori

7 harjattomien tasavirtamoottorien etuja

  • Parempi nopeus verrattuna vääntömomentin ominaisuuksiin
  • Suuri dynaaminen vaste
  • Korkea hyötysuhde
  • Pitkä käyttöikä johtuen sähkö- ja kitkahäviöiden puutteesta
  • Äänetön toiminta
  • Suuremmat nopeusalueet

Sovellukset:

Harjattoman tasavirtamoottorin kustannukset ovat laskeneet sen esittelystä lähtien materiaalien ja suunnittelun etenemisen takia. Tämä kustannusten lasku yhdistettynä harja-tasavirtamoottorin lukuisiin polttopisteisiin tekee harjattomasta tasavirtamoottorista suositun osan lukuisissa erottuvissa sovelluksissa. BLDC-moottoria käyttäviä sovelluksia ovat muun muassa seuraavat:

  • Viihde-elektroniikka
  • Kuljetus
  • Lämmitys ja ilmanvaihto
  • Teollisuustekniikka
  • Mallisuunnittelu

Työn periaate

BLDC-moottoreiden toiminnan periaatteet ovat samat kuin harjatulla tasavirtamoottorilla, ts. akselin sisäisen asennon takaisinkytkentä. Harjatun tasavirtamoottorin tapauksessa palaute toteutetaan mekaanisella kommutaattorilla ja harjoilla. BLDC-moottorissa se saavutetaan käyttämällä useita takaisinkytkentäantureita. BLDC-moottoreissa käytämme enimmäkseen Hall-ilmiöanturia, kun roottorin magneettiset napat kulkevat hall-anturin lähellä, ne tuottavat HIGH- tai LOW-tason signaalin, jota voidaan käyttää akselin sijainnin määrittämiseen. Jos magneettikentän suunta on päinvastainen, myös kehittynyt jännite kääntyy.

BLDC-moottorin hallinta

Mikroelektroniikan toteuttama ohjausyksikkö tarjoaa useita huipputeknisiä valintoja. Tämä voidaan toteuttaa käyttämällä mikro-ohjainta, erillistä mikro-ohjainta, langallista mikroelektroniikkayksikköä, PLC: tä tai vastaavaa muuta yksikköä.

Analoginen ohjain käyttää edelleen, mutta ei voi käsitellä palauteviestejä ja ohjata vastaavasti. Tämän tyyppisillä ohjauspiireillä on mahdollista toteuttaa korkean suorituskyvyn säätöalgoritmeja, kuten vektoriohjaus, kenttäsuuntainen ohjaus, suurnopeusohjaus, jotka kaikki liittyvät moottorin sähkömagneettiseen tilaan. Lisäksi ulomman silmukan ohjaus erilaisiin dynamiikkavaatimuksiin, kuten liukuva moottorin ohjaus, adaptiivinen ohjaus, ennakoiva ohjaus ... jne., Toteutetaan myös perinteisesti.

Kaikkien näiden lisäksi löydämme korkean suorituskyvyn PIC (Power Integrated Circuit), ASIC (Application Specific Integrated Circuits) jne. joka voi huomattavasti yksinkertaistaa sekä ohjauksen että tehoelektroniikkayksikön rakennetta. Esimerkiksi tänään meillä on täydellinen PWM (Pulse Width Modulation) -säädin yhdessä IC: ssä, joka voi korvata koko ohjausyksikön joissakin järjestelmissä. Yhdistetty ohjain IC voi tarjota täydellisen ratkaisun kaikkien kuuden virtakytkimen käyttämisestä kolmivaiheisessa muuntimessa. On olemassa lukuisia samanlaisia ​​integroituja piirejä, jotka lisäävät yhä enemmän päivittäin. Päivän lopussa järjestelmän kokoonpanoon mahdollisesti liittyy vain pala ohjausohjelmistoa, jossa kaikki laitteistot ovat oikeassa muodossa ja muodossa.

PWM-aaltoa (Pulse Width Modulation) voidaan käyttää moottorin nopeuden säätämiseen. Tässä annetaan keskimääräinen jännite tai moottorin läpi kulkeva keskimääräinen virta muuttuu moottorin nopeutta säätelevien pulssien ON- ja OFF-aikojen mukaan, eli aallon toimintajakso ohjaa sen nopeutta. Vaihtamalla käyttöjaksoa (ON-aikaa), voimme muuttaa nopeutta. Vaihtamalla lähtöportteja se muuttaa tehokkaasti moottorin suuntaa.

Nopeuden hallinta

BLDC-moottorin nopeuden säätö on välttämätöntä, jotta moottori toimisi halutulla nopeudella. Harjattoman tasavirtamoottorin nopeutta voidaan säätää säätämällä DC-tulojännitettä. Mitä suurempi jännite, sitä suurempi on nopeus. Kun moottori toimii normaalitilassa tai käy alle nimellisnopeuden, ankkurin tulojännite muuttuu PWM-mallin kautta. Kun moottoria käytetään nimellisnopeuden yläpuolella, vuota heikennetään edistämällä lähtevää virtaa.

Nopeuden säätö voi olla suljetun tai avoimen piirin nopeuden säätö.

Avoimen silmukan nopeuden säätö - Se tarkoittaa yksinkertaisesti moottorin liittimiin syötetyn DC-jännitteen ohjaamista katkaisemalla DC-jännite. Tämä johtaa kuitenkin jonkinlaiseen virran rajoittamiseen.

Suljettu silmukanopeuden säätö - Siihen sisältyy tulojännitteen säätö moottorin nopeuden takaisinkytkennän kautta. Täten syöttöjännitettä ohjataan virhesignaalista riippuen.

Suljetun piirin nopeuden säätö koostuu kolmesta peruskomponentista.

  1. PWM-piiri tarvittavien PWM-pulssien muodostamiseksi. Se voi olla joko mikro-ohjain tai ajastin-IC.
  2. Anturilaite todellisen moottorin nopeuden tunnistamiseksi. Se voi olla Hall-efektianturi, infrapuna-anturi tai optinen kooderi.
  3. Moottorikäyttö moottorin toiminnan ohjaamiseksi.

Tämä tekniikka syöttöjännitteen muuttamiseksi virhesignaalin perusteella voi tapahtua joko pid-ohjaustekniikan avulla tai käyttämällä sumeaa logiikkaa.

Sovellus harjattoman tasavirtamoottorin nopeuden säätöön

BLDC DC -moottorin ohjaus

BLDC DC -moottorin ohjaus

Moottorin toimintaa ohjataan optoerottimella ja MOSFET-järjestelyllä, jossa DC-syöttöjännitettä ohjataan PWM-tekniikalla mikrokontrollerista. Kun moottori pyörii, sen akselissa oleva infrapunavalo valaistaan ​​valkoisella valolla, koska akselilla on valkoinen täplä, ja heijastaa infrapunavaloa. Valodiodi vastaanottaa tämän infrapunavalon ja muuttuu sen resistanssissa aiheuttaen muutoksen liitetyn transistorin syöttöjännitteessä ja mikrokontrollerille annetaan pulssi pyörimismäärän muodostamiseksi minuutissa. Tämä nopeus näkyy nestekidenäytössä.

Vaadittu nopeus syötetään mikrokontrolleriin liitetyssä näppäimistössä. Tunnistetun nopeuden ja halutun nopeuden välinen ero on virhesignaali ja mikro-ohjain tuottaa PWM-signaalin virhesignaalin mukaan sumean logiikan perusteella, jotta tasavirtatulo syötetään moottorille.

Siten suljetun piirin ohjausta käyttämällä voidaan ohjata harjattoman tasavirtamoottorin nopeutta ja saada se pyörimään millä tahansa halutulla nopeudella.

Valokuvahaku: