Paano Gumagana ang isang BLDC Motor: Isang Detalyadong Paliwanag ng Mga Prinsipyo ng Brushless DC Motors

Sa nakalipas na dalawa hanggang tatlong dekada,  dahil sa patuloy na pagsulong ng elektronikong teknolohiya at permanenteng magnet na materyales,Mga motor ng BLDCay nagbago mula sa mga angkop na motor tungo sa mga pangunahing solusyon sa kapangyarihan para sa iba't ibang industriya.Mga motor ng BLDCay malawakang ginagamit sa mga aplikasyon, kabilang ang mga gamit sa bahay, mga power tool, mga de-kuryenteng sasakyan, at mga kagamitang pang-industriya na automation dahil sa kanilang mataas na kahusayan, mataas na pagiging maaasahan, at mahabang buhay. Gayunpaman, ang mga prinsipyo ng pagpapatakbo ng BLDC motors ay hindi pa rin alam ng maraming indibidwal. Ipapaliwanag ng artikulong ito ang anumang kailangan mong maunawaan tungkol sa prinsipyo ng pagtatrabaho ng BLDC motors para makakuha ka ng mas detalyadong view ng hindi kapani-paniwalang inobasyon na ito sa kasalukuyang electrical engineering.

Ang Pangunahing Istruktura ng isang BLDC Motor

Ngayon, Bago pumasok sa prinsipyo ng pagtatrabaho, dapat nating pamilyar ang ating sarili sa pangunahing istraktura nito:

Stator: Nakaayos sa loob ng motor housing, ito ay karaniwang binubuo ng mga nakalamina na silicon steel sheet, at ang mga coil ay ipinulupot sa paligid nito upang lumikha ng ilang electromagnet pole.

Rotor: Ang rotor ay karaniwang naka-mount sa shaft at naglalaman ng mga permanenteng magnet. Ang mga motor na BLDC ay maaaring uriin sa ilang uri batay sa iba't ibang pagsasaayos ng mga permanenteng magnet.

Hall sensors: Para sa pagtukoy sa posisyon ng rotor at ang feedback sa electronic control system.

Controller: Isang electronic control system na tumutukoy sa timing ng current na dumadaloy sa stator windings batay sa feedback mula sa Hall sensors o iba pang mekanismo ng feedback.

Ito ay nagkakahalaga na tandaan na ang outrunner BLDC motor na istraktura ay natatangi mula sa panloob na istraktura ng rotor. Ang  rotor ay nasa labas, at ang stator ay nasa loob. Ang ganitong uri ng disenyo ay laganap lalo na sa mga application na nangangailangan ng mataas na torque, tulad ng sa drive ng mga drone propeller.

Ang Mga Prinsipyo ng Electromagnetism: Ang Pundasyon ng BLDC Motor Operation

Dalawang pangunahing prinsipyo ng electromagnetism ang tumutukoy sa pagpapatakbo ng isang BLDC motor:

Ampere's  law: Kapag ang isang conductor na nagdadala ng kasalukuyang ay nasa magnetic field, ang konduktor ay sasailalim sa isang puwersa. Ang stator ng isang BLDC motor ay gawa sa coiled copper windings, at pagkatapos na ang mga windings na ito ay masigla, sila ay lumikha ng magnetic field na nakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga permanenteng magnet ng rotor upang makabuo ng puwersa na nagbibigay ng mekanikal na paggalaw para umikot ang rotor.

Ang batas ng electromagnetic induction ni Faraday: Ang isang electromotive na puwersa ay mai-induce sa isang konduktor kapag pinutol nito ang mga linya ng magnetic field o nasa isang nagbabagong magnetic field. Ito ay malawakang ginagamit sa in sensorless na kontrol, kung saan ang posisyon ng rotor ay natutukoy sa pamamagitan ng pagdama ng mga puwersang electromotive sa likod.

Ang mga prinsipyong ito ay inilapat sa disenyo ng mga pang-industriyang brushless na motor. Nagagawa nila ito sa pamamagitan ng maayos na pagsasaayos ng kasalukuyang dumadaloy sa mga paikot-ikot na stator,  pagtitiyak ng paborableng pakikipag-ugnayan ng electromagnetic sa mga permanenteng magnet ng rotor upang makamit ang mataas na kahusayan at katatagan.

Ang Proseso ng Commutation ng isang BLDC Motor

Ang pinakamahalagang mekanismo sa pagtatrabaho sa BLDC motor ay tinatawag na electronic commutation. Ito ang pinakamahalaga at pangunahing salik sa pagkakaiba sa pagitan ng mga brushless motor at tradisyonal na brushed motors.

Prinsipyo ng Commutation: Ang commutation ay ang proseso ng pagbabago ng  direksyon ng kasalukuyang daloy patungkol sa mga coils ng motor upang magkaroon ng tuluy-tuloy na electromagnetic interaction sa pagitan ng rotor at stator, na lumilikha ng tuluy-tuloy na torque.

Six-step commutation: Ang tradisyunal na paraan ng kontrol ng BLDC motors ay hinahati ang electrical cycle sa anim na hakbang. Sa bawat hakbang, dalawa sa three-phase-windings ang pinapagana, habang naka-off ang isang phase.

Feedback ng Hall sensor: Nakikita ng mga Hall sensor ang posisyon ng mga permanenteng magnet ng rotor, upang matukoy ng controller kung aling winding ang dapat pasiglahin at ang kasalukuyang direksyon.

Sensorless control: Ang isang mas advanced na paraan ay upang matukoy ang posisyon ng rotor sa pamamagitan ng pagsubaybay sa back electromotive force sa un-energized phase, walang Hall sensor ang kailangan upang ipatupad ang kumplikadong diskarte na ito, na nagreresulta sa higit na pagiging maaasahan ng drive.

Ang mga malalaking BLDC na motor ay kadalasang gumagamit ng mas kumplikadong mga diskarte sa kontrol, tulad ng sine wave drive o vector control, upang makamit ang mas malinaw na output ng torque at mas mataas na kahusayan.

Ang Papel ng Controller sa isang BLDC Motor System

Ang BLDC motor ay hindi maaaring gumana nang mag-isa at kailangang isama sa isang espesyal na electronic controller:

Ang driver ng motor: Kadalasan ay isang three-phase bridge inverter batay sa power MOSFET o IGBT na nagpapalit ng kasalukuyang landas ayon sa control signal

Microcontroller: Tumatanggap ng mga signal mula sa sensor ng posisyon, nagsasagawa ng mga algorithm ng kontrol, at bumubuo ng mga signal ng PWM upang himukin ang mga power device.

Closed-loop control: Nagbibigay ng tumpak na kontrol sa bilis o kontrol sa posisyon batay sa mga pangangailangan ng application.

Ligtas na pag-andar ng proteksyon: over-current na proteksyon, over-temperature na proteksyon,  under-voltage na proteksyon, atbp.

Ang mga aplikasyon para sa 48V BLDC na mga sistema ng motor ay laganap sa mga de-koryenteng bisikleta, maliliit na de-koryenteng sasakyan, at ilang iba pang pang-industriya na aplikasyon. Ang controller at handling circuit nito ay kailangang harapin ang mas matataas na boltahe at agos at kadalasan ay may mas kumplikadong hanay ng mga function ng pagganap at proteksyon.

Ang Mga Katangian ng Pagganap at Mga Sitwasyon ng Application ng BLDC Motors

Ngayon tingnan natin ang kanilang mga pakinabang sa pagganap pagkatapos matutunan ang BLDC na mga prinsipyo ng pagpapatakbo ng motor:

Mataas na kahusayan:  Dahil sa kawalan ng friction losses mula sa mga brush at commutator, ang kanilang kahusayan ay karaniwang higit sa 85%, kahit na higit sa 95% sa ilang mga kaso.

Magandang speed-torque na katangian: Nagbibigay ng malawak na hanay ng torque output.

Mas malawak na habang-buhay: Kung walang mekanikal na mga elemento ng pagsusuot, ang habang-buhay ay sa huli ay napipigilan lamang ng mga bearings.

Pinahusay na kahusayan sa pag-alis ng init: Direktang pakikipag-ugnay sa pagitan ng mga paikot-ikot na stator at pabahay ng motor para sa mas epektibong pag-alis ng init.

Mababang ingay at  electromagnetic interference: Walang mga spark at ingay na nabuo sa pamamagitan ng commutation ng brush.

Dahil sa  espesyal na istraktura nito, ang outrunner na BLDC na motor ay mas may kakayahang magbigay ng mas mataas na torque sa mababang bilis, na ginagawang mas angkop ang mga ito para sa mga direktang sistema ng pagmamaneho, tulad ng mga drone propeller at fan, atbp. Sa mga bentahe ng stability at tibay, ang brushless motor ay ginagawa itong pagpili ng power supply sa automation equipment at precision instruments.

Ang Control Algorithms ng BLDC Motors

Ang mas maunlad na modernong BLDC control technology ay nalampasan ang simpleng  anim na hakbang na paraan ng commutation:

Trapezoidal wave control: Ang pinaka-pangunahing paraan ng kontrol ay isang trapezoidal current waveform. Ito ay simpleng isabuhay ngunit gumagawa ng torque ripples na may malaking amplitude.

Sinusoidal control: pagmamaneho ng motor sa pamamagitan ng sinusoidal current, na maaaring mabawasan ang ripple ng motor torque at gawing mas maayos ang pagpapatakbo.

Field-oriented Control (FOC): Sa pamamagitan ng paglalapat ng mathematical transformation, ang 3-phase current ay isinasalin sa umiikot na coordinate system para sa kontrol, na humahantong sa pinakamainam na torque control at energy efficiency.

Sensor fusion technology: Pinagsasama ang maraming feedback signal (hal., Hall sensors, encoders, at kasalukuyang sampling) para sa mas mahusay na control accuracy at robustness.

Dahil sa mga hamon sa mga high-power na application, gaya ng thermal management, efficiency optimization at dynamic na pagtugon, mas sopistikadong control algorithm ang karaniwang ginagamit para sa Big BLDC motors.

Konklusyon: Ang Mga Prinsipyo sa Paggawa at Mga Kalamangan ng BLDC Motors

Mga motor ng BLDCtiyak na kontrolin ang kasalukuyang sa mga windings ng stator sa pamamagitan ng isang electronic control system at nakikipag-ugnayan sa mga permanenteng magnet ng rotor upang makamit ang mahusay na conversion ng elektrikal na enerhiya sa mekanikal na enerhiya. Mula sa maliliit na consumer electronic device hanggang sa malalaking kagamitang pang-industriya, mula sa mga low-voltage na application hanggang sa 48V BLDC na mga sistema ng motor, mga brushless DC na motor, na may mataas na kahusayan, mataas na pagiging maaasahan, at mahusay na pagganap ng kontrol, ay nagtutulak ng pag-unlad ng teknolohiya at pagpapabuti ng kahusayan sa enerhiya sa iba't ibang industriya. Sa patuloy na pag-unlad ng electronic control technology at permanenteng magnet na materyales, maaari nating mahulaan na ang BLDC motors ay magkakaroon ng mas malawak na pag-asam ng aplikasyon at mas mahusay na pagganap.

Kung ikaw ay interesado sa aming mga produkto o may anumang mga katanungan, mangyaring huwag mag-atubilingmakipag-ugnayan sa aminat tutugon ka namin sa loob ng 24 na oras.