Làm thế nào để một động cơ Bldc hoạt động: Một lời giải thích chi tiết về các nguyên tắc của DC Motors không chổi than

Trong hai đến ba thập kỷ qua, do sự tiến bộ liên tục của công nghệ điện tử và vật liệu nam châm vĩnh cửu,Động cơ BLDCđã chuyển đổi từ các động cơ thích hợp sang các giải pháp năng lượng chính cho các ngành công nghiệp khác nhau.Động cơ BLDCđã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng, bao gồm các thiết bị gia dụng, dụng cụ điện, xe điện và thiết bị tự động hóa công nghiệp do hiệu quả cao, độ tin cậy cao và tuổi thọ dài. Tuy nhiên, các nguyên tắc hoạt động của động cơ BLDC vẫn chưa được biết đến với nhiều cá nhân. Bài viết này sẽ giải thích bất cứ điều gì bạn cần nhận ra về nguyên tắc làm việc của BLDC Motors để bạn có thể có được cái nhìn chi tiết hơn về sự đổi mới đáng kinh ngạc này trong kỹ thuật điện ngày nay.

Cấu trúc cơ bản của động cơ BLDC

Bây giờ, trước khi đi vào nguyên tắc làm việc, chúng ta nên làm quen với cấu trúc cơ bản của nó:

Stato: Đã sửa lỗi bên trong vỏ động cơ, nó thường được tạo thành từ các tấm thép silicon nhiều lớp, và các cuộn dây là vết thương xung quanh nó để tạo ra một số cực điện từ.

Rôto: Rôto thường được gắn trên trục và chứa nam châm vĩnh cửu. Động cơ BLDC có thể được phân loại thành một số giống dựa trên các cấu hình khác nhau của nam châm vĩnh cửu.

Cảm biến Hall: Để xác định vị trí của rôto và phản hồi cho hệ thống điều khiển điện tử.

Bộ điều khiển: Một hệ thống điều khiển điện tử xác định thời gian của dòng điện chảy qua cuộn dây stator dựa trên phản hồi từ các cảm biến Hall hoặc các cơ chế phản hồi khác.

Điều đáng chú ý là cấu trúc động cơ BLDC Outrunner là duy nhất từ ​​cấu trúc rôto bên trong. Rôto ở bên ngoài, và stato ở bên trong. Kiểu thiết kế này đặc biệt phổ biến trong các ứng dụng đòi hỏi mô -men xoắn cao, như trong ổ đĩa của cánh quạt máy bay không người lái.

Các nguyên tắc của điện từ: Nền tảng của hoạt động động cơ BLDC

Hai nguyên tắc cơ bản của điện từ xác định hoạt động của động cơ BLDC:

Định luật của Ampere: Khi một dây dẫn mang hiện tại ở trong một từ trường, dây dẫn sẽ phải chịu một lực lượng. Stator của động cơ BLDC được chế tạo các cuộn dây đồng cuộn, và sau khi các cuộn dây này được cung cấp năng lượng, chúng tạo ra một từ trường tương tác giữa các nam châm vĩnh cửu của rôto để tạo ra một lực cung cấp chuyển động cơ học cho rôto quay.

Định luật cảm ứng điện từ của Faraday: Một lực điện động sẽ được tạo ra trong một dây dẫn khi nó cắt các đường từ trường hoặc trong một từ trường thay đổi. Nó được sử dụng rộng rãi trong điều khiển không cảm biến, trong đó vị trí rôto được phát hiện bằng cách cảm nhận các lực điện từ phía sau.

Những nguyên tắc này được áp dụng trong thiết kế của động cơ không chổi than công nghiệp. Họ thực hiện điều này bằng cách điều chỉnh tinh vi dòng chảy qua cuộn dây stato, đảm bảo các tương tác điện từ thuận lợi với nam châm vĩnh cửu của rôto để đạt được hiệu quả và ổn định cao.

Quá trình giao hoán của động cơ BLDC

Cơ chế làm việc quan trọng nhất trong động cơ BLDC được gọi là đi lại điện tử. Đó là yếu tố khác biệt quan trọng nhất và quan trọng nhất giữa động cơ không chổi than và động cơ chải truyền thống.

Nguyên tắc giao hoán: Giao hoán là quá trình thay đổi hướng của dòng chảy liên quan đến cuộn dây của động cơ để có thể tồn tại tương tác điện từ liên tục giữa rôto và stato, tạo ra mô -men xoắn liên tục.

Phương pháp đi lại sáu bước: Phương pháp điều khiển truyền thống của động cơ BLDC chia chu kỳ điện thành sáu bước. Trong mỗi bước, hai trong số các cuộn ba pha được cung cấp năng lượng, trong khi một pha tắt.

Phản hồi cảm biến Hall: Cảm biến Hall phát hiện vị trí của nam châm vĩnh cửu của rôto, để bộ điều khiển có thể xác định cuộn dây nào nên được cung cấp năng lượng và hướng hiện tại.

Điều khiển không cảm biến: Một phương pháp nâng cao hơn là xác định vị trí của rôto bằng cách theo dõi lực điện động trở lại trong pha không có năng lượng, không cần cảm biến Hall để thực hiện chiến lược phức tạp này, dẫn đến độ tin cậy cao hơn của ổ đĩa.

Động cơ BLDC lớn thường áp dụng các chiến lược điều khiển phức tạp hơn, chẳng hạn như ổ sóng hình sin hoặc điều khiển vectơ, để đạt được đầu ra mô -men xoắn mượt mà và hiệu quả cao hơn.

Vai trò của bộ điều khiển trong hệ thống động cơ BLDC

Động cơ BLDC không thể tự mình làm việc và cần được kết hợp với bộ điều khiển điện tử chuyên dụng:

Trình điều khiển động cơ: Thường là biến tần cầu ba pha dựa trên MOSFET hoặc IGBT công suất chuyển đường dẫn theo tín hiệu điều khiển

Trình vi điều khiển: Nhận tín hiệu từ cảm biến vị trí, thực hiện các thuật toán điều khiển và tạo tín hiệu PWM để điều khiển các thiết bị nguồn.

Kiểm soát vòng kín: Cung cấp kiểm soát tốc độ chính xác hoặc kiểm soát vị trí dựa trên nhu cầu ứng dụng.

Chức năng bảo vệ an toàn: Bảo vệ quá dòng, bảo vệ nhiệt độ quá mức, bảo vệ dưới điện áp, v.v.

Các ứng dụng cho các hệ thống động cơ 48V BLDC đang phổ biến trên xe đạp điện, xe điện nhỏ và một số ứng dụng công nghiệp khác. Bộ điều khiển và mạch xử lý của nó cần phải đối phó với điện áp và dòng điện cao hơn và thường có một tập hợp các chức năng hiệu suất và bảo vệ phức tạp hơn.

Các đặc điểm hiệu suất và kịch bản ứng dụng của BLDC Motors

Bây giờ chúng ta hãy xem các lợi thế về hiệu suất của họ sau khi học các nguyên tắc vận hành động cơ Bldc:

Hiệu quả cao: Do ​​sự vắng mặt của tổn thất ma sát từ bàn chải và giao dịch, hiệu quả của chúng thường là trên 85%, thậm chí trên 95% trong một số trường hợp.

Đặc điểm mô-tor tốc độ tốt: Cung cấp một loạt các mô-men xoắn.

Tuổi thọ cao hơn: Không có các yếu tố hao mòn cơ học, tuổi thọ cuối cùng chỉ bị hạn chế bởi vòng bi.

Cải thiện hiệu quả tản nhiệt: Tiếp xúc trực tiếp giữa các cuộn dây stato và vỏ động cơ để tản nhiệt hiệu quả hơn.

Tiếng ồn thấp và nhiễu điện từ: Không có tia lửa và tiếng ồn được tạo ra bởi sự đi lại của bàn chải.

Do cấu trúc đặc biệt của nó, động cơ BLDC Outrunner có khả năng cung cấp mô -men xoắn cao hơn ở tốc độ thấp, khiến chúng đặc biệt phù hợp với các hệ thống truyền động trực tiếp, như cánh quạt máy bay không người lái và quạt, v.v. với những lợi thế của độ ổn định và độ bền, động cơ không chổi than khiến nó phải lựa chọn nguồn cung cấp năng lượng trong thiết bị tự động hóa.

Các thuật toán điều khiển của động cơ BLDC

Công nghệ điều khiển BLDC hiện đại phát triển hơn đã vượt qua phương pháp giao hoán sáu bước đơn giản này:

Kiểm soát sóng hình thang: Phương pháp điều khiển cơ bản nhất là dạng sóng hiện tại hình thang. Nó là đơn giản để đưa vào thực tế nhưng tạo ra những gợn sóng mô -men xoắn có biên độ đáng kể.

Kiểm soát hình sin: Lái động cơ bằng dòng hình sin, có thể làm giảm gợn mô -men xoắn động cơ và làm cho chạy mượt mà hơn.

Điều khiển theo hướng trường (FOC): Bằng cách áp dụng chuyển đổi toán học, dòng điện 3 pha được dịch sang hệ tọa độ quay để kiểm soát, dẫn đến kiểm soát mô-men xoắn và hiệu quả năng lượng tối ưu.

Công nghệ tổng hợp cảm biến: Tích hợp nhiều tín hiệu phản hồi (ví dụ: cảm biến Hall, bộ mã hóa và lấy mẫu hiện tại) để kiểm soát độ chính xác và mạnh mẽ tốt hơn.

Do những thách thức trong các ứng dụng công suất cao, chẳng hạn như quản lý nhiệt, tối ưu hóa hiệu quả và phản ứng động, các thuật toán điều khiển tinh vi hơn thường được sử dụng cho động cơ BLDC lớn.

Kết luận: Các nguyên tắc làm việc và lợi thế của BLDC Motors

Động cơ BLDCKiểm soát chính xác dòng điện trong cuộn dây stator thông qua hệ thống điều khiển điện tử và tương tác với nam châm vĩnh cửu của rôto để đạt được sự chuyển đổi hiệu quả năng lượng điện thành năng lượng cơ học. Từ các thiết bị điện tử tiêu dùng nhỏ đến các thiết bị công nghiệp lớn, từ các ứng dụng điện áp thấp đến hệ thống động cơ BLDC 48V, động cơ DC không chổi than, với hiệu quả cao, độ tin cậy cao và hiệu suất kiểm soát tuyệt vời, đang thúc đẩy tiến bộ công nghệ và cải thiện hiệu quả năng lượng trong các ngành công nghiệp khác nhau. Với sự phát triển liên tục của công nghệ điều khiển điện tử và vật liệu nam châm vĩnh cửu, chúng ta có thể thấy trước rằng các động cơ BLDC sẽ có triển vọng ứng dụng rộng hơn và hiệu suất nổi bật hơn.

Nếu bạn quan tâm đến sản phẩm của chúng tôi hoặc có bất kỳ câu hỏi nào, xin vui lòngLiên hệ với chúng tôiVà chúng tôi sẽ trả lời bạn trong vòng 24 giờ.