Co to jest bezszczotkowy silnik prądu stałego?

A Bezszczotkowe silniki DC (silnik BLDC: Bezszczotkowy silnik prądu stałego) to 3-fazowy silnik, którego obrót jest napędzany przez siły przyciągania i odpychania między magnesami stałymi i elektromagnetami. Jest to silnik synchroniczny, który wykorzystuje moc prądu stałego (DC). Ten typ silnika jest często nazywany „bezszczotkowym silnikiem prądu stałego ”, ponieważ w wielu aplikacjach używa szczotek zamiast silnika prądu stałego (silnik szczotkowanego prądu stałego lub silnika komutatora). Bezszczotkowy silnik prądu stałego jest zasadniczo silnikiem synchronicznym stałego magnesu, który wykorzystuje wejście zasilania prądu stałego i wykorzystuje falownik do konwersji na trójfazowy zasilacz prądu przemiennego z sprzężeniem zwrotnym położenia.

A Bezszczotkowy silnik DC  (BLDC) działa przy użyciu efektu Halla i składa się z kilku kluczowych elementów: wirnika, stojana, magnesu stałego i kontrolera silnika napędowego. Rotor ma wiele stalowych rdzeni i uzwojeń przymocowanych do wału wirnika. Gdy wirnik obraca się, kontroler używa czujnika prądu do określenia jego położenia, umożliwiając mu dostosowanie kierunku i wytrzymałości prądu przepływającego przez uzwojenia stojana. Proces ten skutecznie generuje moment obrotowy.

W połączeniu z elektronicznym kontrolerem napędu, który zarządza bezszczotką i przekształca dostarczoną zasilanie prądu stałego w zasilanie prądu przemiennego, silniki BLDC mogą zapewnić wydajność podobną do szczotkowanych silników DC, ale bez ograniczeń szczotek, które zużywają się z czasem. Z tego powodu silniki BLDC są często określane jako silniki do pracy elektronicznej (EC), odróżniając je od tradycyjnych silników, które opierają się na mechanicznym komutacji z szczotkami.

Wspólny typ motoryczny

Silniki można podzielić na podstawie ich zasilania (AC lub DC) oraz mechanizmu, który stosuje do generowania rotacji. Poniżej przedstawiamy krótki przegląd cech i zastosowań każdego typu.

Wspólny typ motoryczny
Silnik DC	Szczotkowany silnik DC
	Bezszczotkowy silnik DC
	Silnik krokowy
Silnik AC	Silnik indukcyjny
	Synchroniczny silnik

Co to jest szczotkowany silnik DC? Kompleksowy przewodnik

Silniki DC szczotkowane od dawna są podstawą w świecie inżynierii elektrycznej. Silniki te znane ze swojej prostoty, niezawodności i opłacalności, są szeroko stosowane w wielu aplikacjach, od urządzeń domowych po maszyny przemysłowe. W tym artykule przedstawimy szczegółowy przegląd motorów DC , badając ich działanie, komponenty, zalety, wady i wspólne zastosowania, a także porównanie z ich bezszczotkowymi odpowiednikami.

Zrozumienie podstaw szczotkowanych silników DC

Szczotkowany silnik DC to rodzaj silnika elektrycznego prądu stałego (DC), który opiera się na mechanicznych szczotkach w celu dostarczenia prądu do uzwojeń silnika. Podstawowa zasada operacji silnika polega na interakcji między polem magnetycznym a prądem elektrycznym , generując siłę obrotową znaną jako moment obrotowy.

Jak działają szczotkowane silniki DC?

W szczotkowanym silniku prądu stałego prąd elektryczny przepływa przez zestaw uzwojeń (lub twornika) znajdujących się na wirniku. Gdy prąd przepływa przez uzwojenia, oddziałuje on z polem magnetycznym wytwarzanym przez stałe magnesy lub cewki polowe . Ta interakcja tworzy siłę, która powoduje obrót armatury.

Komutator . jest kluczowym elementem w szczotkowanym silniku DC Jest to obracający się przełącznik, który odwraca kierunek przepływu prądu przez uzwojenia twornika, gdy silnik się obraca. Zapewnia to, że twornik nadal obraca się w tym samym kierunku, zapewniając spójny ruch.

Kluczowe elementy szczotkowanego silnika DC

1. Armatura (wirnik) : obracająca się część silnika, która zawiera uzwojenia i oddziałuje z polem magnetycznym.

2. Komutator : Przełącznik mechaniczny, który zapewnia odwrócenie prądu w uzwojeniach, gdy silnik się obraca.

3. Szczotki : szczotki węglowe lub grafitowe, które utrzymują kontakt elektryczny z komutatorem, umożliwiając przepływ prądu do zworki.

4. STATOR : Stacjonarna część silnika, zwykle składająca się z magnesów stałych lub elektromagnetów, które tworzą pole magnetyczne.

5. Wał : Centralny pręt podłączony do twornika, który przenosi siłę obrotową do obciążenia.

Silniki DC przez szczotkowanie pozostają niezbędną technologią w wielu branżach ze względu na ich prostotę, niezawodność i opłacalność. Chociaż mają ograniczenia, takie jak zużycie pędzla i zmniejszona wydajność przy dużych prędkościach, ich zalety - takie jak duży moment obrotowy i łatwość kontroli - utrzymują ich ciągłe znaczenie w różnych zastosowaniach. Niezależnie od tego, czy w urządzeniach domowych , elektronarzędzi , czy małej robotyki , szczotkowane silniki DC oferują sprawdzone rozwiązanie zadań wymagających umiarkowanej mocy i precyzyjnej kontroli.

Co to jest silnik krokowy? Kompletny przewodnik

Silniki krokowe są rodzajem silnika prądu stałego znanego ze swojej zdolności do poruszania się w precyzyjnych krokach lub przyrostach, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających kontrolowanego ruchu. W przeciwieństwie do konwencjonalnych silników, które obracają się ciągle po zasilaniu, silnik krokowy dzieli pełny obrót na szereg dyskretnych kroków, z których każdy jest precyzyjnym ułamkiem całkowitego obrotu. Ta zdolność sprawia, że ​​są cenne dla szerokiej gamy zastosowań w branżach takich jak robotyka, drukowanie 3D , automatyzacja i wiele innych.

W tym artykule zbadamy podstawy silników Stepper , ich zasady pracy, typy, zalety, wady, zastosowania i sposób, w jaki porównują się z innymi technologiami motoryzacyjnymi.

Jak działa silnik stepowy?

Silnik krokowy działa na zasadzie elektromagnetyzmu. Ma wirnik (część ruchomą) i stojan (część stacjonarna), podobny do innych rodzajów silników elektrycznych. Jednak to, co wyróżnia silnik krokowy, to sposób, w jaki stojan zasłania cewki, aby wirnik obrócił się w dyskretne stopnie.

Podstawowa zasada pracy

Gdy prąd przepływa przez cewki stojana, generuje pole magnetyczne, które oddziałuje z wirnikiem, powodując obrót. Rotor jest zwykle wykonany z magnesu stałego lub materiału magnetycznego i porusza się w małych przyrostach (krokach), gdy prąd przez każdą cewkę jest włączany i wyłączany w określonej sekwencji.

Każdy krok odpowiada małemu obrotowi, zwykle od 0,9 ° do 1,8 ° na krok , chociaż możliwe są inne kąty kroków. Energia różnych cewek w precyzyjnej kolejności silnik jest w stanie osiągnąć drobny, kontrolowany ruch.

Kąty krokowe i precyzja

Rozdzielczość silnika krokowego jest zdefiniowana przez kąt kroku . Na przykład silnik krokowy o kątu kroków 1,8 ° zakończy jeden pełny obrót (360 °) w 200 krokach. Mniejsze kąty kroku, takie jak 0,9 ° , pozwalają na jeszcze bardziej dokładną kontrolę, z 400 krokami w celu ukończenia pełnego obrotu. Im mniejszy kąt kroku, tym większa precyzja ruchu silnika.

Rodzaje silników krokowych

Silniki krokowe są dostępne w kilku odmianach, każda zaprojektowana tak, aby pasowała do określonych aplikacji. Główne typy to:

1. Stały magnes (Stepper)

Silnik stałego magnesu używa stałego wirnika magnesu i działa w sposób podobny do silnika prądu stałego . Pole magnetyczne wirnika jest przyciągane do pola magnetycznego stojana, a wirnik staje się wyrównany z każdą energiczną cewką.

• Zalety : Prosty projekt, niski koszt i umiarkowany moment obrotowy przy niskich prędkościach.

• Zastosowania : Podstawowe zadania pozycjonowania, takie jak w drukarkach lub skanerach.

2. Zmienna niechęć (VR Stepper)

W zmiennej niechęci , wirnik wykonany jest z miękkiego żelaznego rdzenia, a wirnik nie ma stałych magnesów. Rotor porusza się, aby zminimalizować niechęć (opór) na strumień magnetyczny. Gdy prąd w cewkach jest przełączany, wirnik porusza się w kierunku najbardziej magnetycznego obszaru, krok po kroku.

• Zalety : bardziej wydajne przy wyższych prędkościach w porównaniu do silników PM.

• Zastosowania : Zastosowania przemysłowe wymagające większej prędkości i wydajności.

3. Hybrydowy silnik krokowy

Hybrydowy silnik krokowy łączy cechy zarówno silników stałego magnesu, jak i zmiennej niechęci. Ma wirnik wykonany z magnesów stałych, ale zawiera również miękkie elementy żelaza, które poprawiają wydajność i zapewniają lepszą moc momentu obrotowego. Silniki hybrydowe oferują najlepsze z obu światów: wysoki moment obrotowy i precyzyjna kontrola.

• Zalety : Wyższa wydajność, większy moment obrotowy i lepsza wydajność niż typy PM lub VR.

• Zastosowania : Robotics, Machinery CNC, drukarki 3D i systemy automatyzacji.

Silniki krokowe są niezbędnymi komponentami w systemach, które wymagają dokładnego pozycjonowania, kontroli prędkości i momentu obrotowego przy niskich prędkościach. Dzięki ich zdolności do poruszania się w precyzyjnych przyrostach, wyróżniają się w aplikacjach takich jak drukowania 3D , robotyka , CNC i wiele innych. Chociaż mają pewne ograniczenia, takie jak zmniejszona wydajność przy wyższych prędkościach i wibracjach przy niskich prędkościach, ich niezawodność, precyzja i łatwość kontroli czynią je niezbędnymi w wielu branżach.

Jeśli zastanawiasz się nad silnikiem krokowym dla następnego projektu, ważne jest, aby ocenić swoje potrzeby oraz konkretne zalety i wady, aby ustalić, czy silnik stepowy jest właściwym wyborem dla Twojej aplikacji.

Co to jest silnik indukcyjny? Kompleksowy przegląd

Silnik indukcyjny jest rodzajem silnika elektrycznego , który działa w oparciu o zasadę indukcji elektromagnetycznej. Jest to jeden z najczęściej używanych silników w zastosowaniach przemysłowych i komercyjnych ze względu na jego prostotę, trwałość i opłacalność. W tym artykule zanurzymy się w zasadzie pracy silników indukcyjnych, ich rodzajów, zalet, wad i wspólnych zastosowań, a także do porównania z innymi typami silników.

Jak działa silnik indukcyjny?

Silnik indukcyjny działa na podstawie indukcji elektromagnetycznej , odkryty przez Michaela Faradaya. Zasadniczo, gdy przewodnik jest umieszczony w zmieniającym się polu magnetycznym, prąd elektryczny jest indukowany w przewodzie. Jest to podstawowa zasada opowiadania wszystkich silników indukcyjnych.

Kluczowe elementy silnika indukcyjnego

Silnik indukcyjny zazwyczaj składa się z dwóch głównych części:

1. STATOR : stacjonarna część silnika, zwykle wykonana ze stali laminowanej, zawierającej cewki, które są energetyzowane przez prąd naprzemienny (AC) . Stojar generuje obracające się pole magnetyczne, gdy AC przechodzi przez cewki.

2. Rotor : Obracająca się część silnika, umieszczona wewnątrz stojana, która może być wirnikiem klatki wiewiórkowej (najczęstszym) lub wirnikiem rany. Rotor jest indukowany do obracania przez pole magnetyczne wytwarzane przez stojana.

Podstawowa zasada pracy

• Gdy zasilanie prądu przemiennego jest dostarczane do stojana, generuje obrotowe pole magnetyczne.

• To obracające się pole magnetyczne indukuje prąd elektryczny w wirniku z powodu indukcji elektromagnetycznej.

• Indukowany prąd w wirnik generuje własne pole magnetyczne, które oddziałuje z polem magnetycznym stojana.

• W wyniku tej interakcji wirnik zaczyna się obracać, tworząc wyjście mechaniczne. Rotor musi zawsze „Chase ” obracające się pole magnetyczne wytwarzane przez stojana, dlatego nazywa się go silnikiem indukcyjnym - ponieważ prąd w wirniku jest „indukowany ” przez pole magnetyczne, a nie bezpośrednio dostarczane.

Wsuń silniki indukcyjne

Unikalną cechą silników indukcyjnych jest to, że wirnik nigdy nie osiąga takiej samej prędkości jak pole magnetyczne w stojanie. Różnica między prędkością pola magnetycznego stojana a rzeczywistą prędkością wirnika jest znana jako poślizg . Poślizg jest niezbędny do indukcji prądu w wirniku, co generuje moment obrotowy.

Rodzaje silników indukcyjnych

Silniki indukcyjne są dostępne w dwóch głównych typach:

1. Silnik indukcyjny w klatce wiewiórki

Jest to najczęściej stosowany rodzaj silnika indukcyjnego. Rotor składa się ze stali laminowanej z przewodowymi prętami ułożonymi w zamkniętej pętli. Rotor przypomina klatkę wiewiórki , a ze względu na tę konstrukcję jest prosty, wytrzymały i niezawodny.

• Zalety :

• Wysoka niezawodność i trwałość.

• Niski koszt i konserwacja.

• Prosta konstrukcja.

• Zastosowania : Wykorzystane w większości zastosowań przemysłowych i komercyjnych, w tym pompowych , wentylatorów , sprężarki i przenośniki i przenośników.

2. Silnik indukcyjny wirnika rany

W tym typu wirnik składa się z uzwojeń (zamiast zwarcia słupków) i jest podłączony do oporu zewnętrznego. Pozwala to na większą kontrolę nad prędkością i momentem obrotowym silnika, co czyni go użytecznym w określonych zastosowaniach.

• Zalety :

• Umożliwia dodanie oporu zewnętrznego w celu kontrolowania prędkości i momentu obrotowego.

• Lepiej początek momentu.

• Zastosowania : Zastosowane w aplikacjach wymagających wysokiego momentu początkowego lub w przypadku gdy potrzebna jest zmienna kontrola prędkości, takie jak windy , , i duże maszyny.

Co to jest silnik synchroniczny? Szczegółowy przegląd

Silnik synchroniczny to rodzaj silnika prądu przemiennego , który działa ze stałą prędkością, zwaną prędkością synchroniczną, niezależnie od obciążenia silnika. Oznacza to, że wirnik silnika obraca się z tą samą prędkością, co obracające się pole magnetyczne wytwarzane przez stojana. W przeciwieństwie do innych silników, takich jak silniki indukcyjne, silnik synchroniczny wymaga zewnętrznego mechanizmu do rozpoczęcia, ale może utrzymać szybkość synchroniczną po uruchomieniu.

W tym artykule zbadamy zasadę pracy silników synchronicznych, ich typy, zalety, wady, zastosowania i jak różnią się od innych typów motorycznych, takich jak silniki indukcyjne.

Jak działa synchroniczny silnik?

Podstawowe działanie silnika synchronicznego obejmuje interakcję między obracającym się polem magnetycznym wytwarzanym przez stojana a polem magnetycznym utworzonym przez wirnik. Rotor, w przeciwieństwie do silników indukcyjnych, jest zwykle wyposażony w magnesy stałe lub elektromagnety zasilane prądem stałym (DC).

Kluczowe elementy synchronicznego silnika

Typowy silnik synchroniczny składa się z dwóch podstawowych elementów:

1. STATOR : Stacjonarna część silnika, która zwykle składa się z uzwojeń zasilanych zasilaniem prądem przemiennym . Stojar generuje obracające się pole magnetyczne, gdy prąd prądu przemiennego przepływa przez uzwojenia.

2. Rotor : Obracająca się część silnika, która może być albo stałym magnesem lub wirnikiem elektromagnetycznym zasilanym zasilaniem DC . Pole magnetyczne wirnika blokuje się z obracającym się polem magnetycznym stojana, powodując obrót wirnika z prędkością synchroniczną.

Podstawowa zasada pracy

1. Po zasilania prądu przemiennego do uzwojeń stojana nakładaniu obracające się pole magnetyczne . generuje się

2. Rotor, z polem magnetycznym, blokuje się do tego obracającego się pola magnetycznego, co oznacza, że ​​wirnik podąża za polem magnetycznym stojana.

3. Gdy pola magnetyczne oddziałują, wirnik synchronizuje się z obrotowym polem stojana i oba obracają się z tą samą prędkością. Dlatego nazywa się to silnikiem synchronicznym - wirnik działa zsynchronizowana z częstotliwością zasilania prądu przemiennego.

Ponieważ prędkość wirnika pasuje do pola magnetycznego stojana, silniki synchroniczne działają ze stałą prędkością określoną przez częstotliwość zasilania prądu przemiennego i liczbą biegunów w silniku.

Rodzaje silników synchronicznych

Silniki synchroniczne są dostępne w kilku różnych konfiguracjach, w zależności od projektu wirnika i aplikacji.

1. Synchroniczny magnes stały (PMSM)

W silniku synchronicznym magnesu stałego wirnik jest wyposażony w magnesy stałe, które zapewniają pole magnetyczne do synchronizacji z obracającym się polem magnetycznym stojana.

• Zalety : wysoka wydajność, kompaktowa konstrukcja i wysoka gęstość momentu obrotowego.

• Zastosowania : Zastosowane w aplikacjach, w których wymagana jest precyzyjna kontrola prędkości, takie jak pojazdy elektryczne i maszyny precyzyjne.

2. Silnik synchroniczny rotoru rannego

Synchroniczny silnik wirnika rannego wykorzystuje wirnik, który jest zraniony miedzianymi uzwojeniami, które są energetyzowane przez zasilanie prądu stałego przez pierścienie poślizgowe. Uzwojenia wirnika wytwarzają pole magnetyczne potrzebne do synchronizacji z stojanem.

• Zalety : bardziej niezawodne niż silniki magnesu stałego i zdolne do wytrzymania wyższych poziomów mocy.

• Zastosowania : Wykorzystane w dużych systemach przemysłowych, w których potrzebna jest duża moc i moment obrotowy, takie jak generatory i elektrownie.

3. Synchroniczny silnik histerezy

Synchroniczny silnik histerezy wykorzystuje wirnik z materiałami magnetycznymi, które wykazują histereza (opóźnienie między magnetyzacją a polem stosowanym). Ten rodzaj silnika znany jest z płynnej i cichej operacji.

• Zalety : wyjątkowo niskie wibracje i hałas.

• Zastosowania : Wspólne w zegarach , synchronizujących urządzenia i inne aplikacje o niskim koncepcji, w których wymagane jest płynne działanie.

Silniki synchroniczne są potężne, wydajne i precyzyjne maszyny, które oferują spójną wydajność w aplikacjach wymagających stałej prędkości i korekcji współczynnika mocy . Są one szczególnie korzystne w dużych systemach przemysłowych, wytwarzaniu energii i zastosowaniach, w których precyzyjna synchronizacja ma kluczowe znaczenie. Jednak ich złożoność, wyższy koszt początkowy i potrzeba zewnętrznych mechanizmów startowych sprawiają, że są one mniej odpowiednie dla niektórych zastosowań w porównaniu z innymi typami silników, takich jak silniki indukcyjne.

Bezszczotkowe mechanizm silnika DC

Bezszczotkowe silniki DC działają przy użyciu dwóch głównych komponentów: wirnika zawierającego magnesy stałe i stojana wyposażonego w cewki miedziane, które stają się elektromagnetami, gdy przepływa przez nie prąd.

Silniki te są podzielone na dwa typy: Inrunner (wewnętrzne silniki wirnika) i Outrunner (silniki obrotowe zewnętrzne). W silnikach Inrunner stojan jest ustawiany na zewnątrz, podczas gdy wirnik obraca się w środku. I odwrotnie, w silnikach Outrunner wirnik obraca się przed stojanem. Gdy prąd jest dostarczany do cewek stojana, generują one elektromagnet z wyraźnymi biegunami północnymi i południowymi. Gdy polaryzacja tego elektromagnetu wyrównuje się z czołowym magnesem stałym, podobne bieguny odpychają się nawzajem, powodując obrócenie wirnika. Jeśli jednak prąd pozostanie stały w tej konfiguracji, wirnik obróci się chwilowo, a następnie zatrzyma się, gdy wyrównują przeciwne elektromagnety i magnesy stałe. Aby utrzymać ciągłą obrót, prąd jest dostarczany jako sygnał trójfazowy, który regularnie zmienia polaryzację elektromagnetu.

Prędkość obrotowa silnika odpowiada częstotliwościom sygnału trójfazowego. Dlatego, aby osiągnąć szybszy obrót, można zwiększyć częstotliwość sygnału. W kontekście pojazdu zdalnego sterowania przyspieszając pojazd poprzez zwiększenie przepustnicy skutecznie instruuje kontrolera do zwiększenia częstotliwości przełączania.

Jak działa bezszczotkowy silnik DC?

A Bezszczotkowy silnik prądu stałego , często określany jako silnik synchroniczny magnesu stałego, jest silnikiem elektrycznym znanym z wysokiej wydajności, kompaktowej wielkości, niskiego hałasu i długiej żywotności. Znajduje obszerne zastosowania zarówno w produktach produkcyjnych przemysłowych, jak i konsumenckich.

Działanie bezszczotkowego silnika prądu stałego opiera się na wzajemnej zależności między elektrycznością a magnetyzmem. Zawiera komponenty, takie jak magnesy stałe, wirnik, stojan i elektroniczny kontroler prędkości. Magnesy stałe służą jako podstawowe źródło pola magnetycznego w silniku, zwykle wykorzystując materiały ziem rzadkich. Gdy silnik jest zasilany, te stałe magnesy tworzą stabilne pole magnetyczne, które oddziałuje z prądem przepływającym w silniku, generując pole magnetyczne wirnika.

Wirnik Bezszczotkowy silnik prądu stałego  jest obracającym się składnikiem i składa się z kilku stałych magnesów. Jego pole magnetyczne oddziałuje z polem magnetycznym stojana, powodując, że obróci się. Z drugiej strony stojan jest stacjonarną częścią silnika, składającą się z cewek miedzianych i żelaznych rdzeni. Gdy prąd przepływa przez cewki stojana, generuje zmieniające się pole magnetyczne. Zgodnie z prawem indukcji elektromagnetycznej Faradaya to pole magnetyczne wpływa na wirnik, wytwarzając obrotowy moment obrotowy.

Elektroniczny kontroler prędkości (ESC) zarządza stanem operacyjnym silnika i reguluje jego prędkość poprzez kontrolowanie prądu dostarczonego do silnika. ESC dostosowuje różne parametry, w tym szerokość impulsu, napięcie i prąd, aby kontrolować wydajność silnika.

Podczas pracy prąd przepływa zarówno przez stojan, jak i wirnik, tworząc siłę elektromagnetyczną, która oddziałuje z polem magnetycznym magnesów stałych. W rezultacie silnik obraca się zgodnie z poleceniami z elektronicznego kontrolera prędkości, tworząc prace mechaniczne, które napędzają podłączony sprzęt lub maszyny.

Podsumowując Bezszczotkowy silnik DC  działa na zasadzie interakcji elektrycznych i magnetycznych, które wytwarzają obrotowy moment obrotowy między obrotowymi magnesami stałymi a cewkami stojanowymi. Ta interakcja napędza obrót silnika i przekształca energię elektryczną w energię mechaniczną, umożliwiając jej wykonywanie pracy.

Kontrolowanie bezszczotkowego silnika DC

Aby włączyć Bezszczotkowy silnik prądu stałego  do obracania, niezbędne jest kontrolowanie kierunku i czasu prądu przepływającego przez jego cewki. Poniższy schemat ilustruje stojany (cewki) i wirnik (magnesy stałe) silnika BLDC, który ma trzy cewki oznaczone U, V i W, rozmieszczone 120º. Działanie silnika wynika z zarządzania fazami i prądami w tych cewkach. Prąd przepływa sekwencyjnie przez fazę U, a następnie fazę V, a na koniec fazę W. Obrót jest podtrzymywany przez ciągłe przełączanie strumienia magnetycznego, co powoduje, że magnesy trwałe podążają za obracającym się polem magnetycznym generowanym przez cewki. Zasadniczo energetyzacja cewek U, V i W musi być stale na przemian, aby powstrzymać powstały strumień magnetyczny w ruchu, tworząc w ten sposób obracające się pole magnetyczne, które nieustannie przyciąga magnesy wirnika.

Obecnie istnieją trzy główne metody sterowania silnikiem bezszczotkowym:

1. Kontrola fal trapezowych

Kontrola fali trapezoidalnej, powszechnie określana jako kontrola 120 ° lub 6-etapowa kontrola komutacji, jest jedną z najprostszych metod kontrolowania bezszczotkowych silników DC (BLDC). Ta technika polega na zastosowaniu prądów fali kwadratowej do faz motorycznych, które są synchronizowane z krzywą trapezoidalnej EMF silnika BLDC w celu uzyskania optymalnego wytwarzania momentu obrotowego. Kontrola drabin BLDC jest dobrze odpowiednia do różnych projektów systemów sterowania silnikiem w wielu zastosowaniach, w tym urządzeniach domowych, sprężarkach chłodniczych, dmuchaw HVAC, skraplaczy, napędach przemysłowych, pomp i robotyce.

Metoda kontroli fali kwadratowej oferuje kilka zalet, w tym prosty algorytm sterowania i niskie koszty sprzętowe, umożliwiając wyższe prędkości silników za pomocą standardowego kontrolera wydajności. Ma jednak również wady, takie jak znaczące fluktuacje momentu obrotowego, pewien poziom hałasu prądowego i wydajność, która nie osiągnie jego maksymalnego potencjału. Kontrola fal trapezoidalnych jest szczególnie odpowiednia do zastosowań, w których nie jest wymagana wysoka wydajność obrotowa. Ta metoda wykorzystuje czujnik HALL lub algorytm oszacowania nieindykcyjnego do określenia pozycji wirnika i wykonuje sześć dojazdów (jeden na 60 °) w cyklu elektrycznym 360 ° na podstawie tej pozycji. Każde komunikowanie generuje siłę w określonym kierunku, co powoduje skuteczną dokładność pozycji 60 ° w kategoriach elektrycznych. Nazwa „Trapezoidalna kontrola fali ” wynika z faktu, że faza fazowa fali przypomina kształt trapezoidalny.

2. Sonność fali sinusoidalnej

Metoda kontroli fali sinusoidalnej wykorzystuje modulację szerokości impulsów wektora przestrzennego (SVPWM) do wytworzenia trójfazowego napięcia fali sinusoidalnej, przy czym odpowiedni prąd jest również fala sinusoidalną. W przeciwieństwie do kontroli fali kwadratowej, takie podejście nie obejmuje dyskretnych kroków komutacji; Zamiast tego jest traktowane tak, jakby w każdym cyklu elektrycznym wystąpiła nieskończona liczba osób dojazdowych.

Najwyraźniej kontrola fali sinusoidalnej oferuje zalety w stosunku do kontroli fali kwadratowej, w tym zmniejszone fluktuacje momentu obrotowego i mniejsze harmoniczne prądu, co powoduje bardziej wyrafinowane wrażenia kontrolne. Jednak wymaga nieco bardziej zaawansowanej wydajności kontrolera w porównaniu do kontroli fali kwadratowej i nadal nie osiąga maksymalnej wydajności motorycznej.

3. Kontrola zorientowana na teren (FOC)

Kontrola zorientowana na teren (FOC), zwana także kontrolą wektora (VC), jest jedną z najskuteczniejszych metod skutecznego zarządzania Bezszczotkowe silniki DC  (BLDC) i synchroniczne silniki magnesu stałego (PMSM). Podczas gdy kontrola fali sinusoidalnej zarządza wektorem napięcia i pośrednio kontroluje wielkość prądu, nie ma możliwości kontrolowania kierunku prądu.

Metodę sterowania FOC można postrzegać jako ulepszoną wersję kontroli fali sinusoidalnej, ponieważ pozwala ona na kontrolę wektora prądu, skutecznie zarządzając kontrolą wektora pola magnetycznego stojana silnika. Kontrolując kierunek pola magnetycznego stojana, zapewnia on, że pola magnetyczne stojana i wirnika pozostają pod kątem 90 ° przez cały czas, co maksymalizuje moc momentu obrotowego dla danego prądu.

4. Kontrola bez czujników

W przeciwieństwie do konwencjonalnych metod kontroli silnika, które opierają się na czujnikach, kontrola bez czujników umożliwia działanie silnika bez czujników, takich jak czujniki Hall lub enkodery. Takie podejście wykorzystuje dane prądu i napięcia silnika do ustalenia pozycji wirnika. Prędkość silnika jest następnie obliczana na podstawie zmian położenia wirnika, wykorzystując te informacje do skutecznego regulacji prędkości silnika.

Główną zaletą kontroli bez czujników jest to, że eliminuje potrzebę czujników, umożliwiając niezawodne działanie w trudnych środowiskach. Jest to również opłacalne, wymagające tylko trzech pinów i zajmujące minimalne miejsce. Ponadto brak czujników Hall zwiększa żywotność i niezawodność systemu, ponieważ nie ma żadnych elementów, które można uszkodzić. Godną uwagi wadą jest jednak to, że nie zapewnia płynnego początkowego. Przy niskich prędkościach lub gdy wirnik jest stacjonarny, tylna siła elektromotoryczna jest niewystarczająca, co utrudnia wykrycie punktu zerowego krzyżowania.

DC szczotkowane vs. Bezszczotkowe silniki

Podobieństwa między silnikami szczotkowanymi i bezszczotkowymi

Bezszczotkowane silniki DC i szczotkowane silniki DC mają pewne wspólne cechy i zasady operacyjne:

Zarówno bezszczotkowe, jak i szczotkowane silniki prądu stałego mają podobną konstrukcję, obejmującą stojan i wirnik. Stojator wytwarza pole magnetyczne, podczas gdy wirnik generuje moment obrotowy przez jego interakcję z tym polem magnetycznym, skutecznie przekształcając energię elektryczną w energię mechaniczną.

Obydwa Bezszczotkowe silniki DC i szczotkowane silniki DC wymagają zasilacza prądu stałego, aby zapewnić energię elektryczną, ponieważ ich operacja opiera się na prądu stałym.

Oba typy silników mogą dostosować prędkość i moment obrotowy, zmieniając napięcie wejściowe lub prąd, umożliwiając elastyczność i kontrolę w różnych scenariuszach aplikacji.

Różnice między szczotkowanymi i bezszczotkowymi silnikami DC

Podczas szczotkowania i Bezszczotkowe silniki DC mają pewne podobieństwa, wykazują również znaczące różnice pod względem wydajności i korzyści. Silniki DC szczotkowane wykorzystują szczotki do pracy w kierunku silnika, umożliwiając obrót. Natomiast silniki bezszczotkowe wykorzystują kontrolę elektroniczną, aby zastąpić proces komutacji mechanicznej.

Bezszczotkowy typ silnika DC

BESFOC BLDC Rodzaj silnika

Istnieje wiele rodzajów bezszczotkowego silnika prądu stałego sprzedawanego przez JKongMotor, a zrozumienie cech i zastosowań różnych rodzajów silników krokowych pomoże ci zdecydować, który typ jest dla Ciebie najlepszy.

1. Standardowy silnik BLDC (wirnik wewnętrzny)

BESFOC dostarcza NEMA 17, 23, 24, 34, 42, 52 Ramy i rozmiar metryczny 36 mm - 130 mm standardowy bezszczotkowy silnik prądu stałego. Silniki (wirnik wewnętrzny) obejmują 3 -fazowe 12V/24 V/36 V/48 V/72V/110 V niskie napięcie i silniki elektryczne o wysokim napięciu 310 V o zakresie mocy od 10 W - 3500 W i zakres prędkości - 10000 rpm. Zintegrowane czujniki hali mogą być używane w aplikacjach wymagających precyzyjnego sprzężenia zwrotnego położenia i prędkości. Chociaż standardowe opcje oferują doskonałą niezawodność i wysoką wydajność, większość naszych silników można również dostosować do pracy z różnymi napięciami, mocy, prędkości itp. Dostosowany typ/długość wału i kołnierze montażowe są dostępne na żądanie.

2. Silnik BLDC z biegiem przekładni

Bezszczotkowy silnik DC to silnik z wbudowaną skrzynią biegów (w tym skrzynią biegów, skrzynią biegów i skrzyni biegów). Przekładnie są podłączone do wału napędowego silnika. To zdjęcie pokazuje, jak skrzynia biegów jest zakwaterowana w obudowie silnika.

Skrzynki odgrywają kluczową rolę w obniżeniu prędkości bezszczotkowych silników DC przy jednoczesnym zwiększaniu momentu wyjściowego. Zazwyczaj bezszczotkowe silniki prądu stałego działają wydajnie przy prędkościach od 2000 do 3000 obr./min. Na przykład, w połączeniu z skrzynią biegów, która ma współczynnik transmisji 20: 1, prędkość silnika można zmniejszyć do około 100 do 150 obr / min, co powoduje dwudziestokrotnie wzrost momentu obrotowego.

Dodatkowo zintegrowanie silnika i skrzyni biegów w jednej obudowie minimalizuje zewnętrzne wymiary przekładni bezszczotkowych silników prądu stałego, optymalizując korzystanie z dostępnej przestrzeni maszynowej.

3. Silnik BLDC zewnętrznego wirnika

Ostatnie postępy w technologii prowadzą do opracowania mocniejszego bezprzewodowego sprzętu i narzędzi do zasilania zewnętrznego. Godną uwagi innowacja w elektronarzędzi jest zewnętrzny projekt silnika bezszczotkowego wirnika.

Zewnętrzny wirnik Bezszczotkowane silniki DC lub zewnętrznie bezszczotkowe silniki, mają konstrukcję zawierającą wirnik na zewnątrz, umożliwiając płynniejsze działanie. Silniki te mogą osiągnąć wyższy moment obrotowy niż wewnętrzne wzory wirników o podobnej wielkości. Zwiększona bezwładność zapewniana przez zewnętrzne silniki wirnika sprawia, że ​​są one szczególnie dobrze dostosowane do zastosowań wymagających niskiego hałasu i konsekwentnej wydajności przy niższych prędkościach.

W silniku wirnika zewnętrznego wirnik jest ustawiany zewnętrznie, podczas gdy stojan znajduje się wewnątrz silnika.

Zewnętrzny ruch Bezszczotkowe silniki DC są zwykle krótsze niż ich wewnętrzne odpowiedniki, oferując opłacalne rozwiązanie. W tym projekcie stałe magnesy są przymocowane do obudowy wirnika, która obraca się wokół wewnętrznego stojana z uzwojeniami. Ze względu na wyższą bezwładność wirnika silniki zewnętrzne odczuwają niższy moment obrotowy w porównaniu z silnikami wewnętrznymi.

4. Zintegrowany silnik BLDC

Zintegrowane silniki bezszczotkowe to zaawansowane produkty mechatroniczne zaprojektowane do wykorzystania w systemach automatyzacji i sterowania przemysłowego. Silniki te są wyposażone w wyspecjalizowany, wysokowydajny układ sterownika silnika DC, zapewniając liczne zalety, w tym wysoką integrację, kompaktową rozmiar, kompletną ochronę, proste okablowanie i zwiększoną niezawodność. Ta seria oferuje szereg zintegrowanych silników o mocy wyjściowej od 100 do 400 W. Ponadto wbudowany kierowca wykorzystuje najnowocześniejszą technologię PWM, umożliwiając bezszczotkowym silniku działanie przy dużych prędkościach z minimalnymi wibracjami, niską hałasem, doskonałą stabilnością i wysoką niezawodnością. Zintegrowane silniki zawierają również projekt oszczędzania przestrzeni, który upraszcza okablowanie i zmniejsza koszty w porównaniu z tradycyjnymi osobnymi komponentami silnika i napędu.

Jak wybrać bezszczotkowane sterownik silnika DC

1. Wybór odpowiedniego silnika bezszczotkowego

Zacznij od wybrania Bezszczotkowy silnik prądu stałego  na podstawie jego parametrów elektrycznych. Konieczne jest określenie kluczowych specyfikacji, takich jak pożądany zakres prędkości, moment obrotowy, napięcie znamionowe i moment obrotowy znamionowy przed wybraniem odpowiedniego silnika bezszczotkowego. Zazwyczaj prędkość znamionowa dla silników bezszczotkowych wynosi około 3000 obr./min, z zalecaną prędkością roboczą co najmniej 200 obr./min. Jeśli konieczne jest przedłużone działanie przy niższych prędkościach, rozważ użycie skrzyni biegów w celu zmniejszenia prędkości przy jednoczesnym zwiększeniu momentu obrotowego.

Następnie wybierz Bezszczotkowy silnik prądu stałego  zgodnie z jego mechanicznymi wymiarami. Upewnij się, że wymiary instalacji silnika, wymiary wału wyjściowego i ogólny rozmiar są kompatybilne z sprzętem. Oferujemy opcje dostosowywania silników bezszczotkowych w różnych rozmiarach w zależności od wymagań klientów.

2. Wybór prawego sterownika bezszczotkowego

Wybierz odpowiedni sterownik na podstawie parametrów elektrycznych silnika bezszczotkowego. Wybierając kierowcę, potwierdź, że moc znamionowa i napięcie silnika mieszczą się w dopuszczalnym zakresie kierowcy, aby zapewnić zgodność. Nasza gama sterowników bezszczotkowych obejmuje modele niskiego napięcia (12–60 VDC) i modele wysokiego napięcia (110/220 VAC), dostosowane odpowiednio do silników bezpiętrowego i wysokiego napięcia. Ważne jest, aby nie mieszać tych dwóch rodzajów.

Ponadto rozważ rozmiar instalacji i wymagania dotyczące rozpraszania ciepła kierowcy, aby upewnić się, że skutecznie działa w swoim środowisku.

Zalety i wady bezszczotkowych silników DC

Zalety

Bezszczotkowe silniki DC (BLDC) oferują kilka korzyści w porównaniu z innymi typami silników, w tym kompaktowym rozmiarem, wysoką mocą wyjściową, niskimi wibracjami, minimalnym szumem i długotrwałą żywotnością usług. Oto kilka kluczowych zalet silników BLDC:

1. Wydajność : Silniki BLDC mogą stale zarządzać maksymalnym momentem obrotowym, w przeciwieństwie do silników szczotkowanych, które osiągają szczyt momentu tylko w określonych punktach podczas obrotu. W związku z tym mniejsze silniki BLDC mogą generować znaczną moc bez potrzeby większych magnesów.

2. Kontrola : silniki te można dokładnie kontrolować za pomocą mechanizmów sprzężenia zwrotnego, umożliwiając dokładne dostarczanie momentu obrotowego i prędkości. Ta precyzja zwiększa efektywność energetyczną, zmniejsza wytwarzanie ciepła i wydłuża żywotność baterii w aplikacjach obsługiwanych przez baterię.

3. Długowieczność i redukcja szumów : bez szczotek do zużycia, silniki BLDC mają dłuższą żywotność i wytwarzają niższy hałas elektryczny. Natomiast silniki szczotkowane tworzą iskier podczas kontaktu między szczotkami a komutatorem, co powoduje szum elektryczny, dzięki czemu silniki BLDC są preferowane w zastosowaniach wrażliwych na szum.

Dodatkowe zalety obejmują:

• Wyższa wydajność i gęstość mocy w porównaniu z silnikami indukcyjnymi (około 35% zmniejszenie objętości i masy dla tej samej wydajności).

• Długa żywotność i cicha operacja z powodu precyzyjnych łożysk kulowych.

• Szeroki zakres prędkości i pełna moc silnika z powodu liniowej krzywej momentu obrotowego.

• Zmniejszone emisje zakłóceń elektrycznych.

• Mechaniczne zamienność z silnikami krokowymi, obniżenie kosztów budowy i rosnąca różnorodność komponentów.

Wady

Pomimo swoich korzyści, silniki bezszczotkowe mają pewne wady. Wyrafinowana elektronika wymagana do dysków bezszczotkowych powoduje wyższe koszty ogólne w porównaniu z silnikami szczotkowanymi.

Metoda zorientowana na pole kontrolę (FOC), która umożliwia precyzyjną kontrolę wielkości i kierunku pola magnetycznego, zapewnia stabilny moment obrotowy, niski szum, wysoką wydajność i szybką reakcję dynamiczną. Jest jednak wyposażony w wysokie koszty sprzętu, rygorystyczne wymagania wydajności dla kontrolera i potrzebę ściśle dopasowania parametrów silnika.

Kolejną wadą jest to, że silniki bezszczotkowe mogą doświadczać drgania przy uruchomieniu z powodu reaktancji indukcyjnej, co powoduje mniej płynną obsługę w porównaniu z silnikami szczotkowanymi.

Ponadto, Bezszczotkowe silniki DC wymagają specjalistycznej wiedzy i sprzętu do konserwacji i naprawy, dzięki czemu są mniej dostępne dla przeciętnych użytkowników.

Zastosowania i zastosowania bezszczotkowych silników DC

Bezszczotkowe silniki DC (BLDC) są szeroko wykorzystywane w różnych branżach, w tym automatyzacji przemysłowej, motoryzacyjnej, sprzętu medycznego i sztucznej inteligencji, ze względu na ich długowieczność, niski hałas i duży moment obrotowy.

1. Automatyzacja przemysłowa

W automatyzacji przemysłowej, Bezszczotkowe silniki DC mają kluczowe znaczenie dla aplikacji, takich jak silniki serwo, maszyny CNC i robotyka. Służą jako siłowniki, które kontrolują ruchy robotów przemysłowych do zadań takich jak malowanie, montaż produktu i spawanie. Te aplikacje wymagają wysoko wydajnych silników, które silniki BLDC są dobrze wyposażone.

2. Pojazdy elektryczne

Bezszczotkowe silniki DC to znaczące zastosowanie w pojazdach elektrycznych, szczególnie w serwisie silników napędowych. Są one szczególnie kluczowe w funkcjonalnych zastępstwach, które wymagają precyzyjnej kontroli oraz w obszarach, w których często używane są komponenty, co wymaga długotrwałej wydajności. Po systemach wspomagania kierownicy silniki sprężarki klimatyzacji stanowią podstawowe zastosowanie tych silników. Ponadto silniki trakcyjne dla pojazdów elektrycznych (EVS) również stanowią obiecującą okazję dla bezszczotkowych silników DC. Biorąc pod uwagę, że systemy te działają na ograniczonej mocy baterii, niezbędne jest, aby silniki były zarówno wydajne, jak i kompaktowe, aby pomieścić ciasne ograniczenia przestrzeni.

Ponieważ pojazdy elektryczne wymagają silników, które są wydajne, niezawodne i lekkie w celu zapewnienia energii, bezszczotkowe silniki prądu stałego, które posiadają te cechy, są szeroko wykorzystywane w ich systemach napędowych.

3. Aerospace & Drons

W sektorze lotniczym, Bezszczotkowe silniki DC należą do najczęściej stosowanych silników elektrycznych ze względu na ich wyjątkowe wyniki, co jest kluczowe w tych zastosowaniach. Nowoczesna technologia lotnicza polega na potężnych i wydajnych silnikach DC bezszczotkowych dla różnych systemów pomocniczych w samolotach. Silniki te są wykorzystywane do kontrolowania powierzchni lotniczych i systemów zasilania w kabinie, takich jak pompy paliwowe, pompy ciśnienia powietrza, systemy zasilające, generatory i sprzęt dystrybucyjny zasilania. Znakomita wydajność i wysoka wydajność bezszczotkowych silników DC w tych rolach przyczyniają się do precyzyjnej kontroli powierzchni lotniczych, zapewniając stabilność i bezpieczeństwo samolotów.

W technologii dronów, Bezszczotkowe silniki DC są wykorzystywane do kontrolowania różnych systemów, w tym systemów interferencyjnych, systemów komunikacyjnych i kamer. Silniki te skutecznie odnoszą się do wyzwań związanych z wysokim obciążeniem i szybką reakcją, zapewniając wysoką moc wyjściową i szybką reakcję, aby zapewnić niezawodność i wydajność dronów.

4. Sprzęt medyczny

Bezszczotkowe silniki DC są również szeroko stosowane w urządzeniach medycznych, w tym na urządzeniach takich jak sztuczne serca i pompy krwi. Zastosowania te wymagają silników, które są bardzo precyzyjne, niezawodne i lekkie, z których wszystkie są cechami, które mogą zapewnić bezszczotkowe silniki DC.

Jako wysoce wydajny silnik o niskim szumach Bezszczotkowe silniki DC są szeroko stosowane w sektorze sprzętu medycznego. Ich integracja z urządzeniami takimi jak aspiratorzy medyczne, pompy infuzyjne i łóżka chirurgiczne zwiększyła stabilność, dokładność i niezawodność tych maszyn, znacznie przyczyniając się do postępu w technologii medycznej.

5. Inteligentny dom

W Smart Home Systems, Bezszczotkowe silniki DC są stosowane w różnych urządzeniach, w tym w fanach krążących, nawilżaczach, osuszających, odświeżkach powietrza, wentylatorach ogrzewania i chłodzenia, suszarek ręcznych, inteligentnych zamkach oraz elektrycznych drzwiach i oknach. Przejście z silników indukcyjnych na bezszczotkowe silniki DC i odpowiadające im kontrolery w urządzeniach gospodarstw domowych lepiej zaspokaja wymagania dotyczące efektywności energetycznej, zrównoważonego rozwoju środowiska, zaawansowanej inteligencji, niskiego hałasu i komfortu użytkowników.

Bezszczotkowe silniki DC są wykorzystywane od dłuższego czasu w elektronice użytkowej, w tym pralki, systemach klimatyzacji i odkurzaczy. Niedawno znaleźli zastosowania w fanach, w których ich wysoka wydajność znacznie obniżyła zużycie energii elektrycznej.

Podsumowując, praktyczne zastosowania Bezszczotkowe silniki DC są powszechne w życiu codziennym. Bezszczotkowe silniki DC (BLDC) są wydajne, trwałe i wszechstronne, obsługując szeroką gamę zastosowań w różnych branżach. Ich projekt, różne typy i aplikacje stanowią je jako niezbędne elementy współczesnej technologii i automatyzacji.