Bezkomutátorové motory jsou různé elektromotory, které na rozdíl od konvenčních kartáčových nebo uhelných motorů Odstranění dřevěného uhlí u bezkomutátorových motorů zvyšuje účinnost a životnost těchto motorů ve srovnání s běžnými motory na dřevěné uhlí.
Vzhledem k četným výhodám bezkomutátorových motorů používá naše mnoho nástrojů bezkomutátorové motory, které vás svým jedinečným výkonem doprovází v každé situaci.Delší životnost, nízká hmotnost a menší produkce hluku patří mezi vlastnosti, které odlišují tyto motory od motorů spalujících uhlí.
Motory jsou stroje dodávající energii
Když inženýři čelí výzvě navrhnout elektrické zařízení pro provádění mechanických úkolů, mohli by přemýšlet o tom, jak se elektrické signály přeměňují na energii.Akční členy a motory tedy patří mezi zařízení, která převádějí elektrické signály na pohyb.Motory vyměňují elektrickou energii na mechanickou energii.
Nejjednodušším typem motoru je kartáčovaný stejnosměrný motor.U tohoto typu motoru prochází elektrický proud cívkami, které jsou uspořádány v pevném magnetickém poli.Proud vytváří magnetická pole v cívkách;to způsobí, že se sestava cívky otáčí, protože každá cívka je odtlačována od podobného pólu a přitahována k odlišnému pólu pevného pole.Pro udržení rotace je nutné neustále obracet proud – takže polarita cívek se bude neustále překlápět, což způsobí, že cívky pokračují v „honbě“ za odlišnými pevnými póly.Energie do cívek je dodávána prostřednictvím pevných vodivých kartáčů, které jsou v kontaktu s rotujícím komutátorem;je to rotace komutátoru, která způsobuje obrácení proudu cívkami.Komutátor a kartáče jsou klíčové komponenty, které odlišují kartáčovaný stejnosměrný motor od jiných typů motorů.Obrázek 1 znázorňuje obecný princip kartáčovaného motoru.
Obrázek 1: Provoz kartáčovaného stejnosměrného motoru.
Pevné kartáče dodávají elektrickou energii rotujícímu komutátoru.Jak se komutátor otáčí, neustále obrací směr proudu do cívek a převrací polaritu cívek tak, aby se cívky otáčely doprava.Komutátor se otáčí, protože je připevněn k rotoru, na kterém jsou namontovány cívky.
Motory se liší podle typu výkonu (AC nebo DC) a způsobu generování rotace (obrázek 2).Níže se krátce podíváme na funkce a použití každého typu.
Různé typy motorů
Kartáčované stejnosměrné motory s jednoduchým designem a snadným ovládáním se široce používají k otevírání a zavírání přihrádek na disky.V automobilech se často používají pro stahování, vysouvání a polohování elektricky ovládaných bočních oken.Díky nízké ceně jsou tyto motory vhodné pro mnoho použití.Jednou nevýhodou však je, že kartáče a komutátory mají tendenci se relativně rychle opotřebovávat v důsledku jejich trvalého kontaktu, což vyžaduje častou výměnu a pravidelnou údržbu.
Krokový motor je poháněn impulsy;otáčí se o specifický úhel (krok) s každým impulsem.Protože je rotace přesně řízena počtem přijatých impulsů, jsou tyto motory široce používány k provádění polohových úprav.Často se používají například pro řízení podávání papíru ve faxech a tiskárnách – protože tato zařízení podávají papír v pevných krocích, které lze snadno korelovat s počtem pulzů.Pozastavení lze také snadno ovládat, protože rotace motoru se okamžitě zastaví, když je pulzní signál přerušen.
U synchronních motorů je rotace synchronní s frekvencí napájecího proudu.Tyto motory se často používají k pohonu rotujících táců v mikrovlnných troubách;redukční převody v motorové jednotce lze použít k dosažení vhodných otáček pro ohřev jídla.U indukčních motorů se také rychlost otáčení mění s frekvencí;ale pohyb není synchronní.V minulosti se tyto motory často používaly v elektrických ventilátorech a pračkách.
Běžně se používají různé typy motorů.V této sekci se podíváme na výhody a aplikace bezkomutátorových stejnosměrných motorů.
Proč se BLDC motory točí?
Jak jejich název napovídá, bezkomutátorové stejnosměrné motory nepoužívají kartáče.U kartáčovaných motorů dodávají kartáče proud přes komutátor do cívek na rotoru.Jak tedy bezkomutátorový motor propouští proud do cívek rotoru?Není – protože cívky nejsou umístěny na rotoru.Místo toho je rotor permanentní magnet;cívky se neotáčejí, ale jsou místo toho upevněny na statoru.Protože se cívky nepohybují, nejsou potřeba kartáče a komutátor.(Viz obrázek 3.)
U kartáčovaného motoru je otáčení dosaženo ovládáním magnetických polí generovaných cívkami na rotoru, zatímco magnetické pole generované stacionárními magnety zůstává neměnné.Chcete-li změnit rychlost otáčení, změníte napětí pro cívky.U BLDC motoru se otáčí permanentní magnet;rotace je dosaženo změnou směru magnetických polí generovaných okolními stacionárními cívkami.Pro ovládání rotace upravíte velikost a směr proudu do těchto cívek.
Vzhledem k tomu, že rotor je permanentní magnet, nepotřebuje žádný proud, což eliminuje potřebu kartáčů a komutátoru.Proud do pevných cívek je řízen zvenčí.
Výhody BLDC motorů
BLDC motor se třemi cívkami na statoru bude mít šest elektrických vodičů (dva ke každé cívce) vycházejících z těchto cívek.Ve většině implementací budou tři z těchto vodičů připojeny vnitřně, přičemž tři zbývající vodiče vyčnívají z těla motoru (na rozdíl od dvou vodičů vycházejících z kartáčovaného motoru popsaného výše).Zapojení ve skříni motoru BLDC je složitější než pouhé připojení kladných a záporných svorek napájecího článku;na to, jak tyto motory fungují, se podíváme blíže ve druhé části této série.Níže se na závěr podíváme na výhody motorů BLDC.
Velkou výhodou je účinnost, protože tyto motory mohou plynule řídit maximální rotační sílu (točivý moment).Naproti tomu kartáčované motory dosahují maximálního točivého momentu pouze v určitých bodech otáčení.Aby kartáčovaný motor poskytoval stejný točivý moment jako bezkomutátorový model, musel by použít větší magnety.To je důvod, proč i malé BLDC motory mohou dodávat značný výkon.
Druhou velkou výhodou – související s první – je ovladatelnost.Motory BLDC lze ovládat pomocí zpětnovazebních mechanismů tak, aby poskytovaly přesně požadovaný točivý moment a rychlost otáčení.Přesné řízení zase snižuje spotřebu energie a tvorbu tepla a – v případech, kdy jsou motory napájeny z baterie – prodlužuje životnost baterie.
BLDC motory také nabízejí vysokou odolnost a nízkou tvorbu elektrického hluku díky absenci kartáčů.U kartáčovaných motorů se kartáče a komutátor opotřebovávají v důsledku nepřetržitého pohyblivého kontaktu a také vytvářejí jiskry v místech, kde dochází ke kontaktu.Elektrický hluk je zejména výsledkem silných jisker, které mají tendenci se vyskytovat v oblastech, kde kartáče přecházejí přes mezery v komutátoru.To je důvod, proč jsou motory BLDC často považovány za vhodnější v aplikacích, kde je důležité zabránit elektrickému šumu.
Ideální aplikace pro BLDC motory
Viděli jsme, že BLDC motory nabízejí vysokou účinnost a ovladatelnost a že mají dlouhou provozní životnost.K čemu jsou tedy dobré?Pro svou účinnost a dlouhou životnost jsou široce používány v zařízeních, která běží nepřetržitě.Dlouho se používají v pračkách, klimatizacích a další spotřební elektronice;a v poslední době se objevují u ventilátorů, kde jejich vysoká účinnost přispěla k výraznému snížení spotřeby energie.
Používají se také k pohonu vakuových strojů.V jednom případě vedla změna v řídicím programu k velkému skoku v rychlosti otáčení – příklad vynikající ovladatelnosti, kterou tyto motory nabízejí.
Motory BLDC se také používají k roztáčení pevných disků, kde jejich odolnost zajišťuje spolehlivý provoz disků po dlouhou dobu, zatímco jejich energetická účinnost přispívá ke snížení energie v oblasti, kde je to stále důležitější.
Směrem k širšímu využití v budoucnosti
Můžeme očekávat, že v budoucnu uvidíme BLDC motory používané v širším spektru aplikací.Například budou pravděpodobně široce používány k pohonu servisních robotů – malých robotů, kteří poskytují služby v jiných oblastech než ve výrobě.Někdo by si mohl myslet, že krokové motory by byly vhodnější v tomto typu aplikací, kde by bylo možné přesně ovládat polohování pomocí impulsů.Ale BLDC motory jsou pro řízení síly vhodnější.A s krokovým motorem by udržení pozice konstrukce, jako je rameno robota, vyžadovalo relativně velký a trvalý proud.S BLDC motorem by bylo potřeba pouze proud úměrný vnější síle – což umožňuje energeticky účinnější ovládání.BLDC motory mohou také nahradit jednoduché kartáčované stejnosměrné motory v golfových a mobilních vozících.Kromě lepší účinnosti mohou motory BLDC také poskytovat přesnější ovládání, což může dále prodloužit životnost baterie.
BLDC motory jsou ideální i pro drony.Díky jejich schopnosti poskytovat přesné ovládání jsou zvláště vhodné pro vícerotorové drony, kde je poloha dronu řízena přesným ovládáním rychlosti otáčení každého rotoru.
V této sekci jsme viděli, jak motory BLDC nabízejí vynikající účinnost, ovladatelnost a dlouhou životnost.Ale pečlivé a správné ovládání je nezbytné pro plné využití potenciálu těchto motorů.V příštím sezení se podíváme na to, jak tyto motory fungují.
Čas odeslání: 21. srpna 2023