Hur fungerar en BLDC -motor: En detaljerad förklaring av principerna för borstlösa DC -motorer

Under de senaste två till tre decennierna, på grund av kontinuerlig utveckling av elektronisk teknik och permanentmagnetmaterial,Bldc -motorerhar förvandlats från nischmotorer till vanliga kraftlösningar för olika branscher.Bldc -motorerhar använts allmänt i applikationer, inklusive hushållsapparater, elverktyg, elfordon och industriell automatiseringsutrustning på grund av deras höga effektivitet, hög tillförlitlighet och lång livslängd. Ändå är driftsprinciperna för BLDC -motorer fortfarande inte kända för många individer. Den här artikeln kommer att förklara vad du behöver för att inse om arbetsprincipen för BLDC-motorer så att du kan få en mer detaljerad bild av denna otroliga innovation inom dagens elektroteknik.

Den grundläggande strukturen för en BLDC -motor

Nu, innan vi går in i arbetsprincipen, bör vi bekanta oss med dess grundläggande struktur:

STATOR: Fixad inuti motorhuset består den vanligtvis av laminerade kiselstålark, och spolar lindas runt det för att skapa flera elektromagnetstänger.

Rotor: Rotorn är vanligtvis monterad på axeln och innehåller permanenta magneter. BLDC -motorer kan klassificeras i flera sorter baserat på de olika konfigurationerna av de permanenta magneterna.

Hallsensorer: För att bestämma rotorns position och återkoppling till det elektroniska styrsystemet.

Controller: Ett elektroniskt styrsystem som bestämmer tidpunkten för strömmen som rinner genom statorlindningarna baserat på återkopplingen från hallsensorerna eller andra återkopplingsmekanismer.

Det är värt att notera att Outrunner BLDC -motorstrukturen är unik från den inre rotorkonstruktionen. Rotorn är ute och statorn är inne. Denna typ av design är särskilt utbredd i applikationer som kräver högt vridmoment, som i drivkraften för drone propeller.

Principerna för elektromagnetism: Grunden för BLDC Motor Drift

Två grundläggande principer för elektromagnetism bestämmer driften av en BLDC -motor:

Amperes lag: När en strömbärande ledare är i ett magnetfält kommer ledaren att utsättas för en kraft. Statorn för en BLDC -motor är konstruerad av spiraliga kopparlindningar, och efter att dessa lindningar är energiska skapar de ett magnetfält som interagerar mellan rotorens permanenta magneter för att generera en kraft som ger den mekaniska rörelsen för rotorn att svänga.

Faradays lag om elektromagnetisk induktion: En elektromotivkraft kommer att induceras i en ledare när den skär magnetfältlinjer eller är i ett förändrat magnetfält. Det används allmänt i sensorlös kontroll, där rotorpositionen detekteras genom att avkänna de bakre elektromotivkrafterna.

Dessa principer tillämpas i utformningen av industriella borstlösa motorer. De åstadkommer detta genom att fint reglera strömmen som strömmar genom statorlindningarna, vilket säkerställer gynnsamma elektromagnetiska interaktioner med rotorns permanenta magneter för att uppnå hög effektivitet och stabilitet.

Pendlingsprocessen för en BLDC -motor

Den viktigaste arbetsmekanismen i BLDC -motorn kallas elektronisk pendling. Det är den viktigaste och viktigaste skillnadsfaktorn mellan borstlösa motorer och traditionella borstade motorer.

Pommutationsprincipen: Kommutation är processen att ändra riktningen för det nuvarande flödet när det gäller motorns spolar så att det kan existera kontinuerlig elektromagnetisk interaktion mellan rotorn och statorn, vilket skapar kontinuerligt vridmoment.

Sexstegs pendling: Den traditionella kontrollmetoden för BLDC-motorer delar den elektriska cykeln i sex steg. I varje steg drivs två av trefasvindningarna, medan en fas är avstängd.

Hallsensoråterkoppling: Hallsensorer upptäcker positionen för rotorns permanenta magneter, så att styrenheten kan bestämma vilken lindning som ska aktiveras och den aktuella riktningen.

Sensorlös kontroll: En mer avancerad metod är att bestämma rotorns position genom att övervaka den bakre elektromotivkraften i den ogenererade fasen, inga hallsensorer behövs för att implementera denna komplexa strategi, vilket resulterar i större tillförlitlighet av enheten.

Stora BLDC -motorer använder vanligtvis mer komplexa kontrollstrategier, såsom sinusvågdrivning eller vektorkontroll, för att uppnå en jämnare vridmomentutgång och högre effektivitet.

Controllerns roll i ett BLDC -motorsystem

BLDC Motor kan inte arbeta på egen hand och måste kombineras med en specialiserad elektronisk styrenhet:

Motordrivrutinen: Vanligtvis en trefasbrygga omformare baserad på Power MOSFET eller IGBT som växlar den nuvarande vägen enligt kontrollsignalen

Microcontroller: tar emot signaler från positionssensorn, utför kontrollalgoritmer och genererar PWM -signaler för att driva kraftenheterna.

Stängd slingkontroll: Ger korrekt hastighetskontroll eller positionskontroll baserat på applikationsbehov.

Säker skyddsfunktion: Överströmsskydd, skydd för över temperatur, skydd under spänning, etc.

Applikationer för 48V BLDC -motorsystem är utbredda i elektriska cyklar, små elektriska fordon och några andra industriella applikationer. Dess styrenheter och hanteringskretsar måste hantera högre spänningar och strömmar och har vanligtvis en mer komplex uppsättning prestanda och skyddsfunktioner.

Performanesegenskaper och applikationsscenarier för BLDC Motors

Låt oss nu titta på deras prestationsfördelar efter att ha lärt dig BLDC Motor Operation Principles:

Hög effektivitet: På grund av frånvaron av friktionsförluster från borstar och kommutatorer är deras effektivitet vanligtvis över 85%, även över 95% i vissa fall.

Good Speed-Torque-egenskaper: Ger ett brett utbud av vridmomentutgång.

Större livslängd: Utan mekaniska slitelement begränsas livslängden bara i slutändan av lagren.

Förbättrad värmeavledningseffektivitet: Direktkontakt mellan statorlindningarna och motorhuset för effektivare värmeavledning.

Lågt brus och elektromagnetisk störning: Det finns inga gnistor och brus som genereras av penselpendling.

På grund av sin speciella struktur är Outrunner BLDC -motorn mer kapabel att tillhandahålla högre vridmoment vid låga hastigheter, vilket gör dem särskilt lämpliga för direktdrivningssystem, som drone propeller och fläktar, etc. Med fördelarna med stabilitet och hållbarhet gör den borstlösa motorn det valet av strömförsörjning i automatiseringsutrustning och precisionsinstrument.

BLDC -motorernas kontrollalgoritmer

Den mer utvecklade moderna BLDC-kontrolltekniken har överträffat denna enkla sexstegs pendlingsmetod:

Trapezoidal Wave Control: Den mest grundläggande kontrollmetoden är en trapezoidal strömvågform. Det är enkelt att genomföra men producerar vridmomentkrusningar med betydande amplitud.

Sinusformad kontroll: Kör motorn med sinusformad ström, vilket kan minska motormomentets krusning och göra det smidigare.

Fältorienterad kontroll (FOC): Genom att tillämpa en matematisk transformation översätts 3-fasströmmen till det roterande koordinatsystemet för kontroll, vilket leder till optimal momentkontroll och energieffektivitet.

Sensorfusionsteknik: integrerar flera återkopplingssignaler (t.ex. hallsensorer, kodare och aktuell provtagning) för bättre kontrollnoggrannhet och robusthet.

På grund av utmaningarna i högeffektiva applikationer, såsom termisk hantering, effektivitetsoptimering och dynamiskt svar, används mer sofistikerade kontrollalgoritmer vanligtvis för stora BLDC-motorer.

Slutsats: Arbetsprinciperna och fördelarna med BLDC Motors

Bldc -motorerPrecis styr strömmen i statorlindningarna genom ett elektroniskt styrsystem och interagerar med rotorns permanenta magneter för att uppnå effektiv omvandling av elektrisk energi till mekanisk energi. Från små konsumentelektroniska enheter till stor industriell utrustning, från lågspänningsapplikationer till 48V BLDC-motorsystem, borstlösa DC-motorer, med deras höga effektivitet, höga tillförlitlighet och utmärkta kontrollprestanda, driver tekniska framsteg och energieffektivitetsförbättring i olika branscher. Med den kontinuerliga utvecklingen av elektronisk kontrollteknik och permanentmagnetmaterial kan vi förutse att BLDC -motorer kommer att ha en bredare applikationsperspektiv och mer enastående prestanda.

Om du är intresserad av våra produkter eller har några frågor, är du välkommen attkontakta ossOch vi kommer att svara dig inom 24 timmar.