Definiție

Un motor continuu fără perii constă dintr-un rotor sub formă de magnet permanent și stator sub formă de înfășurări ale armăturii polifazice. Se diferențiază de motorul convențional de curent continuu prin aceea că nu conține perii, iar comutarea se face cu ajutorul electric, folosind o unitate electronică pentru a alimenta înfășurările statorului.

Practic, un motor BLDC poate fi construit în două moduri - prin plasarea rotorului în afara miezului și a înfășurărilor în miez și altul prin plasarea înfășurărilor în afara miezului. În fostul aranjament, magneții rotorului acționează ca un izolator și reduc rata de disipare a căldurii de la motor și funcționează la curent redus. Este de obicei folosit la ventilatoare. În ultimul aranjament, motorul disipează mai multă căldură, provocând astfel o creștere a cuplului său. Este utilizat în unitățile de disc.

BLDC

Funcționarea motorului cu 4 poli 2 faze

Motorul continuu fără perii este acționat de o unitate electronică care comută tensiunea de alimentare între înfășurările statorului în timp ce rotorul se rotește. Poziția rotorului este monitorizată de traductor (optic sau magnetic) care furnizează informații controlerului electronic și pe baza acestei poziții se determină înfășurarea statorului care trebuie alimentat. Această unitate electronică este formată din tranzistoare (2 pentru fiecare fază) care sunt acționate printr-un microprocesor.

BLDC-DC

Câmpul magnetic generat de magneții permanenți interacționează cu câmpul indus de curent în înfășurările statorului, creând un cuplu mecanic. Circuitul electronic de comutare sau acționarea comută curentul de alimentare la stator astfel încât să mențină un unghi constant de la 0 la 90 de grade între câmpurile care interacționează. Senzorii Hall sunt montați în cea mai mare parte pe stator sau pe rotor. Când rotorul trece prin senzorul de hol, bazat pe Polul Nord sau Sud, generează un semnal înalt sau scăzut. Pe baza combinației acestor semnale, se definește înfășurarea care trebuie energizată. Pentru a menține motorul în funcțiune, câmpul magnetic produs de înfășurări ar trebui să schimbe poziția, pe măsură ce rotorul se deplasează pentru a ajunge la câmpul statorului.

Circuit

Într-un motor de curent continuu cu 4 faze, cu 2 faze, fără perii, se folosește un singur senzor hol, care este încorporat în stator. Pe măsură ce rotorul se rotește, senzorul de hol detectează poziția și dezvoltă un semnal ridicat sau scăzut, în funcție de polul magnetului (nord sau sud). Senzorul de hol este conectat printr-un rezistor la tranzistoare. Când apare un semnal de înaltă tensiune la ieșirea senzorului, tranzistorul conectat la bobina A începe să conducă, asigurând calea curentului pentru a curge și astfel energizând bobina A. Condensatorul începe să se încarce la tensiunea de alimentare completă. Când senzorul de cameră detectează o schimbare de polaritate a rotorului, acesta dezvoltă un semnal de joasă tensiune la ieșire și, deoarece tranzistorul 1 nu primește nicio alimentare, acesta este în stare de întrerupere. Tensiunea dezvoltată în jurul condensatorului este Vcc, care este tensiunea de alimentare la 2^ndtranzistorul și bobina B sunt acum energizate, pe măsură ce curentul trece prin el.

Motoarele BLDC au magneți permanenți fixi, care se rotesc și o armătură fixă, eliminând problemele de conectare a curentului la armatura în mișcare. Și, eventual, mai mulți poli pe rotor decât statorul sau motoarele de reticență. Acesta din urmă poate fi lipsit de magneți permanenți, doar poli care sunt induși pe rotor apoi trageți într-un aranjament prin înfășurări temporizate ale statorului. Un controler electronic înlocuiește ansamblul perie / comutator al motorului DC periat, care comută continuu faza la înfășurări pentru a menține motorul rotit. Controlerul efectuează o distribuție comparată a puterii temporizate utilizând un circuit în stare solidă în locul sistemului perie / comutator.

Motor BLDC

7 Avantajele motoarelor DC fără perii

Viteză mai bună față de caracteristicile cuplului
Răspuns dinamic ridicat
Eficiență ridicată
Durată lungă de viață din cauza lipsei de pierderi electrice și de frecare
Operație fără zgomot
Viteze mai mari

Aplicații:

Costul motorului DC fără perii a scăzut de la prezentare, din cauza progreselor în materiale și design. Această scădere a costurilor, combinată cu numeroasele puncte focale pe care le are asupra motorului cu curent continuu, face ca motorul fără curent continuu să fie o componentă populară în numeroase aplicații distinctive. Aplicațiile care utilizează motorul BLDC includ, dar nu sunt constrânse să:

Electronice de consum
Transport
Încălzire și ventilație
Inginerie Industriala
Ingineria modelelor

Principiul de lucru

Principiile pentru funcționarea motoarelor BLDC sunt aceleași ca și pentru un motor DC periat, adică feedback-ul poziției arborelui intern. În cazul unui motor DC periat, feedback-ul este implementat folosind un comutator mecanic și perii. În cadrul motorului BLDC, se realizează folosind mai mulți senzori de feedback. În motoarele BLDC folosim în cea mai mare parte un senzor cu efect Hall, de fiecare dată când stâlpii magnetici ai rotorului trec în apropierea senzorului hall, generează un semnal de nivel HIGH sau LOW, care poate fi utilizat pentru a determina poziția arborelui. Dacă direcția câmpului magnetic este inversată, tensiunea dezvoltată se va inversa și ea.

Controlul unui motor BLDC

Unitatea de control este implementată de microelectronic are mai multe opțiuni de înaltă tehnologie. Acest lucru poate fi implementat folosind un microcontroler, un microcontroler dedicat, o unitate microelectronică cu fir, un PLC sau o altă unitate similară.

Controlerul analog încă folosește, dar nu poate procesa mesajele de feedback și nu poate controla în consecință. Cu acest tip de circuite de control, este posibil să se implementeze algoritmi de control de înaltă performanță, cum ar fi controlul vectorial, controlul orientat pe câmp, controlul de mare viteză, toate acestea fiind legate de starea electromagnetică a motorului. Mai mult, controlul buclei exterioare pentru diverse cerințe dinamice, cum ar fi comenzile motorului glisant, controlul adaptiv, controlul predictiv ... etc. sunt, de asemenea, implementate convențional.

Pe lângă toate acestea, găsim PIC (Circuit integrat de putere) de înaltă performanță, ASIC (circuite integrate specifice aplicației) ... etc. care poate simplifica foarte mult construcția unității electronice de comandă și de putere. De exemplu, astăzi avem regulator PWM (Pulse Width Modulation) complet într-un singur IC care poate înlocui întreaga unitate de control în unele sisteme. Driverul IC compus poate oferi soluția completă de acționare a tuturor celor șase întrerupătoare de alimentare într-un convertor trifazat. Există numeroase circuite integrate similare, care adaugă din ce în ce mai mult zi de zi. La sfârșitul zilei, asamblarea sistemului va implica, probabil, doar o bucată de software de control, cu toate componentele hardware care au forma și forma potrivite.

Unda PWM (Pulse Width Modulation) poate fi utilizată pentru a controla viteza motorului. Aici este dată tensiunea medie sau curentul mediu care curge prin motor se va schimba în funcție de timpul de pornire și oprire a impulsurilor care controlează viteza motorului, adică ciclul de funcționare al undei controlează viteza acestuia. La schimbarea ciclului de funcționare (timp ON), putem schimba viteza. Prin schimbul de porturi de ieșire, acesta va schimba efectiv direcția motorului.

Control de viteza

Controlul vitezei motorului BLDC este esențial pentru ca motorul să funcționeze la viteza dorită. Viteza unui motor de curent continuu fără perii poate fi controlată prin controlul tensiunii de curent continuu de intrare. Cu cât este mai mare tensiunea, cu atât este mai mare viteza. Când motorul funcționează în modul normal sau funcționează sub viteza nominală, tensiunea de intrare a armăturii este modificată prin modelul PWM. Când un motor funcționează peste viteza nominală, fluxul este slăbit prin avansarea curentului de ieșire.

Controlul vitezei poate fi controlul vitezei în buclă închisă sau în buclă deschisă.

Controlul vitezei buclelor deschise - implică controlul pur și simplu al tensiunii de curent continuu aplicate terminalelor motorului prin tăierea tensiunii de curent continuu. Cu toate acestea, rezultă o anumită formă de limitare a curentului.

Controlul vitezei buclelor închise - Acesta implică controlul tensiunii de alimentare de intrare prin feedback-ul de viteză de la motor. Astfel tensiunea de alimentare este controlată în funcție de semnalul de eroare.

“testarea unui condensator cu multimetru ”

Controlul vitezei în buclă închisă constă din trei componente de bază.

Un circuit PWM pentru a genera impulsurile PWM necesare. Poate fi fie un microcontroler, fie un IC cu temporizator.
Un dispozitiv de detectare pentru a detecta viteza reală a motorului. Poate fi un senzor de efect de hală, un senzor cu infraroșu sau un codificator optic.
Un motor pentru controlul funcționării motorului.

Această tehnică de modificare a tensiunii de alimentare pe baza semnalului de eroare poate fi fie prin tehnica de control al pidului, fie utilizând logica fuzzy.

Aplicație la controlul vitezei motorului fără curent continuu

Control motor BLDC DC

Funcționarea motorului este controlată utilizând un optocuplator și un aranjament MOSFET, unde puterea de intrare continuă este controlată prin tehnica PWM de la microcontroler. Pe măsură ce motorul se rotește, ledul infraroșu prezent la arborele său se luminează cu lumină albă datorită prezenței unei pete albe pe arborele său și reflectă lumina infraroșie. Fotodioda primește această lumină în infraroșu și suferă o schimbare a rezistenței sale, provocând astfel o modificare a tensiunii de alimentare a tranzistorului conectat și un impuls este dat microcontrolerului pentru a genera numărul de rotații pe minut. Această viteză este afișată pe ecranul LCD.

Viteza necesară este introdusă în tastatura interfațată la microcontroler. Diferența dintre viteza detectată și viteza dorită este semnalul de eroare, iar microcontrolerul generează semnalul PWM conform semnalului de eroare, bazat pe logica fuzzy pentru a da puterea de curent continuu la intrarea motorului.

Astfel, folosind controlul cu buclă închisă, viteza motorului de curent continuu fără perii poate fi controlată și se poate roti la orice viteză dorită.

Credit foto: