Bezkomutátorové motory sú rôzne elektromotory, ktoré na rozdiel od bežných kefových alebo uhoľných motorov, Odstraňovanie dreveného uhlia v bezkomutátorových motoroch zvyšuje účinnosť a životnosť týchto motorov v porovnaní s bežnými motormi na drevené uhlie.
Vďaka mnohým výhodám bezkomutátorových motorov naše mnohé nástroje využívajú bezkomutátorové motory, aby vás sprevádzali svojou jedinečnou silou v každej situácii.Dlhšia životnosť, nízka hmotnosť a menšia produkcia hluku patria medzi vlastnosti, ktoré odlišujú tieto motory od motorov spaľujúcich uhlie.
Motory sú stroje na dodávanie energie
Keď inžinieri čelia výzve navrhnúť elektrické zariadenie na vykonávanie mechanických úloh, mohli by sa zamyslieť nad tým, ako sa elektrické signály premieňajú na energiu.Takže akčné členy a motory patria medzi zariadenia, ktoré premieňajú elektrické signály na pohyb.Motory vymieňajú elektrickú energiu na mechanickú energiu.
Najjednoduchším typom motora je kartáčovaný jednosmerný motor.V tomto type motora elektrický prúd prechádza cievkami, ktoré sú usporiadané v pevnom magnetickom poli.Prúd vytvára magnetické polia v cievkach;to spôsobí otáčanie zostavy cievky, pretože každá cievka je tlačená preč od podobného pólu a ťahaná smerom k odlišnému pólu pevného poľa.Na udržanie rotácie je potrebné neustále obracať prúd – takže polarita cievok sa bude neustále preklápať, čo spôsobí, že cievky budú pokračovať v „naháňaní“ odlišných pevných pólov.Napájanie cievok je dodávané cez pevné vodivé kefy, ktoré sú v kontakte s rotujúcim komutátorom;je to rotácia komutátora, ktorá spôsobuje obrátenie prúdu cez cievky.Komutátor a kefy sú kľúčovými komponentmi, ktoré odlišujú kartáčovaný jednosmerný motor od iných typov motorov.Obrázok 1 znázorňuje všeobecný princíp kartáčovaného motora.
Obrázok 1: Činnosť kartáčovaného jednosmerného motora.
Pevné kefy dodávajú elektrickú energiu rotačnému komutátoru.Keď sa komutátor otáča, neustále prevracia smer prúdu do cievok, čím sa obracia polarita cievok tak, aby sa cievky otáčali doprava.Komutátor sa otáča, pretože je pripevnený k rotoru, na ktorom sú namontované cievky.
Motory sa líšia podľa typu výkonu (AC alebo DC) a spôsobu generovania rotácie (obrázok 2).Nižšie sa stručne pozrieme na funkcie a použitie každého typu.
Rôzne typy motorov
Kartáčované jednosmerné motory s jednoduchým dizajnom a jednoduchým ovládaním sa široko používajú na otváranie a zatváranie zásobníkov diskov.V automobiloch sa často používajú na sťahovanie, vysúvanie a polohovanie elektricky ovládaných bočných okien.Nízka cena týchto motorov ich robí vhodnými na mnoho použití.Jednou nevýhodou však je, že kefy a komutátory majú tendenciu sa relatívne rýchlo opotrebovávať v dôsledku ich trvalého kontaktu, čo si vyžaduje častú výmenu a pravidelnú údržbu.
Krokový motor je poháňaný impulzmi;otáča sa o špecifický uhol (krok) s každým impulzom.Pretože rotácia je presne riadená počtom prijatých impulzov, tieto motory sú široko používané na implementáciu polohových úprav.Často sa používajú napríklad na riadenie podávania papiera vo faxoch a tlačiarňach – keďže tieto zariadenia podávajú papier v pevných krokoch, ktoré sa dajú ľahko korelovať s počtom impulzov.Pozastavenie sa dá tiež jednoducho ovládať, pretože otáčanie motora sa okamžite zastaví, keď sa impulzný signál preruší.
Pri synchrónnych motoroch je rotácia synchrónna s frekvenciou napájacieho prúdu.Tieto motory sa často používajú na pohon rotujúcich podnosov v mikrovlnných rúrach;redukčné prevody v motorovej jednotke je možné použiť na získanie vhodných otáčok na ohrev jedla.Aj pri indukčných motoroch sa rýchlosť otáčania mení s frekvenciou;ale pohyb nie je synchrónny.V minulosti sa tieto motory často používali v elektrických ventilátoroch a práčkach.
Bežne sa používajú rôzne typy motorov.V tejto relácii sa pozrieme na výhody a aplikácie bezkomutátorových jednosmerných motorov.
Prečo sa BLDC motory otáčajú?
Ako už názov napovedá, bezkomutátorové jednosmerné motory nepoužívajú kefy.Pri motoroch s kefou dodávajú kefy prúd cez komutátor do cievok na rotore.Ako teda bezkomutátorový motor prenáša prúd do cievok rotora?Nie je, pretože cievky nie sú umiestnené na rotore.Namiesto toho je rotor permanentný magnet;cievky sa neotáčajú, ale sú upevnené na mieste na statore.Pretože sa cievky nepohybujú, nie sú potrebné kefy a komutátor.(Pozri obrázok 3.)
Pri brúsenom motore sa otáčanie dosahuje ovládaním magnetických polí generovaných cievkami na rotore, zatiaľ čo magnetické pole generované stacionárnymi magnetmi zostáva nemenné.Ak chcete zmeniť rýchlosť otáčania, zmeníte napätie cievok.Pri motore BLDC sa otáča permanentný magnet;rotácia sa dosiahne zmenou smeru magnetických polí generovaných okolitými stacionárnymi cievkami.Na ovládanie rotácie upravíte veľkosť a smer prúdu do týchto cievok.
Keďže rotor je permanentný magnet, nepotrebuje žiadny prúd, takže nie sú potrebné kefy a komutátor.Prúd do pevných cievok je riadený zvonku.
Výhody BLDC motorov
BLDC motor s tromi cievkami na statore bude mať šesť elektrických vodičov (dva ku každej cievke), ktoré vychádzajú z týchto cievok.Vo väčšine implementácií budú tri z týchto vodičov vnútorne spojené, pričom tri zostávajúce vodiče budú vychádzať z telesa motora (na rozdiel od dvoch vodičov vystupujúcich z kartáčovaného motora opísaného vyššie).Zapojenie v skrini motora BLDC je komplikovanejšie ako jednoduché pripojenie kladného a záporného pólu napájacieho článku;bližšie sa pozrieme na to, ako tieto motory fungujú v druhej časti tejto série.Nižšie sa na záver pozrieme na výhody motorov BLDC.
Veľkou výhodou je efektivita, keďže tieto motory dokážu plynule regulovať maximálnu rotačnú silu (krútiaci moment).Naproti tomu kartáčované motory dosahujú maximálny krútiaci moment len v určitých bodoch otáčania.Aby kartáčovaný motor dodával rovnaký krútiaci moment ako bezkomutátorový model, musel by použiť väčšie magnety.To je dôvod, prečo aj malé BLDC motory dokážu dodať značný výkon.
Druhou veľkou výhodou – súvisiacou s prvou – je ovládateľnosť.Motory BLDC je možné ovládať pomocou spätnoväzbových mechanizmov tak, aby poskytovali presne požadovaný krútiaci moment a rýchlosť otáčania.Presné riadenie zase znižuje spotrebu energie a tvorbu tepla a v prípadoch, keď sú motory napájané z batérie, predlžuje životnosť batérie.
BLDC motory tiež ponúkajú vysokú odolnosť a nízku tvorbu elektrického hluku vďaka absencii kief.Pri brúsených motoroch sa kefy a komutátor opotrebúvajú v dôsledku neustáleho pohybujúceho sa kontaktu a tiež vytvárajú iskry tam, kde dochádza ku kontaktu.Najmä elektrický hluk je výsledkom silných iskier, ktoré majú tendenciu vznikať v oblastiach, kde kefy prechádzajú cez medzery v komutátore.To je dôvod, prečo sa motory BLDC často považujú za vhodnejšie v aplikáciách, kde je dôležité vyhnúť sa elektrickému šumu.
Ideálne aplikácie pre BLDC motory
Videli sme, že BLDC motory ponúkajú vysokú účinnosť a ovládateľnosť a že majú dlhú životnosť.Na čo sú teda dobré?Pre svoju účinnosť a dlhú životnosť sú široko používané v zariadeniach, ktoré bežia nepretržite.Už dlho sa používajú v práčkach, klimatizáciách a inej spotrebnej elektronike;a v poslednej dobe sa objavujú vo ventilátoroch, kde svojou vysokou účinnosťou prispeli k výraznému zníženiu spotreby energie.
Používajú sa aj na pohon vákuových strojov.V jednom prípade viedla zmena v riadiacom programe k veľkému skoku v rýchlosti otáčania - príklad vynikajúcej ovládateľnosti, ktorú tieto motory ponúkajú.
Motory BLDC sa tiež používajú na otáčanie pevných diskov, kde ich odolnosť udržiava spoľahlivú prevádzku diskov po dlhú dobu, zatiaľ čo ich energetická účinnosť prispieva k zníženiu energie v oblasti, kde je to čoraz dôležitejšie.
Smerom k širšiemu použitiu v budúcnosti
V budúcnosti môžeme očakávať, že motory BLDC sa budú používať v širšom spektre aplikácií.Napríklad budú pravdepodobne široko používané na pohon servisných robotov – malých robotov, ktoré poskytujú služby v iných oblastiach ako je výroba.Niekto by si mohol myslieť, že v tomto type aplikácie by boli vhodnejšie krokové motory, kde by bolo možné použiť impulzy na presné riadenie polohovania.Ale BLDC motory sú vhodnejšie na ovládanie sily.A s krokovým motorom by držanie polohy konštrukcie, ako je rameno robota, vyžadovalo relatívne veľký a nepretržitý prúd.S motorom BLDC by bol potrebný iba prúd úmerný vonkajšej sile, čo umožňuje efektívnejšie riadenie.BLDC motory môžu tiež nahradiť jednoduché brúsené jednosmerné motory v golfových a mobilných vozíkoch.Okrem lepšej účinnosti môžu motory BLDC poskytnúť aj presnejšie ovládanie, čo môže ďalej predĺžiť životnosť batérie.
BLDC motory sú ideálne aj pre drony.Ich schopnosť poskytovať presné ovládanie ich robí obzvlášť vhodnými pre viacrotorové drony, kde je poloha dronu riadená presným ovládaním rýchlosti otáčania každého rotora.
V tejto relácii sme videli, ako motory BLDC ponúkajú vynikajúcu účinnosť, ovládateľnosť a dlhú životnosť.Pre plné využitie potenciálu týchto motorov je však nevyhnutné starostlivé a správne ovládanie.V našej ďalšej relácii sa pozrieme na to, ako tieto motory fungujú.
Čas odoslania: 21. augusta 2023