Двигатели BLDC
(1)Електродвигателите, в това число все по-популярните двигатели BLDC (на английски Brushless Direct-Current Motor), наричани също така безчеткови двигатели или синхронни двигатели за постоянен ток DC (на английски Direct Current), са устройства, предназначени за преобразуване на електрическата енергия в механична, обикновено под формата на въртеливо движение. Двигателите BLDC са една от многото групи двигатели, които благодарение на несъмнените си предимства намират приложение във все повече устройства - от компютърни компоненти, като четци за оптични дискове и охлаждащи вентилатори, през ръчни електроинструменти, играчки и дистанционни устройства като напр. дронове, домашни уреди, чак до машини и устройства за транспортиране и пътуване, включително тротинетки, велосипеди и електрически автомобили.
Конструкция на двигателите BLDC
В сравнение с комутаторните двигатели безчетковите двигатели имат друга конструкция. Най-голямата разлика между двата типа задвижвания е липсата на комутатор, който превключва поредните роторни намотки в BLDC двигателите. Вместо това те имат така наречената електронна комутация - специален контролер, адаптиран за работа с BLDC двигатели, управлява и превключва захранването на поредните статорни намотки по такъв начин, че да генерира плавно, въртеливо движение на електромагнитното поле, последвано от ротора, върху който са разположени постоянни магнити.(често под формата на силни неодимови магнити). Превключването на поредните намотки се извършва с помощта на полупроводникови елементи като транзистори. Ако векторът на електромагнитното поле, генерирано от намотката, е ъглово изместен спрямо вектора на магнитното поле, генерирано от роторните магнити, възниква въртящ момент, който кара ротора да се върти.
Трифазните двигатели могат да имат намотки, свързани в триъгълник, където краят на всяка намотка е свързан с началото на следващата и захранването се подава към всяка от трите така създадени точки. Намотките могат да бъдат и свързани в звезда, при което един от краищата на намотките е свързан в обща централна точка, докато захранването се подава към свободните краища на всеки от тях. Системата за свързване в триъгълник осигурява по-малък въртящ момент при ниски скорости, но позволява постигане на по-висока максимална въртяща скорост от свързването в звезда. На практика, свързването в звезда е най-често срещано решение в случая на BLDC двигатели, тъй като е по-ефективно в типичните приложения.
Безчетковите двигатели се предлагат в три варианта, при които роторът е заобиколен от статора (на англ. inrunners), статорът е заобиколен от ротора (на англ. outrunners) или роторът и статорът са плоски и успоредни (на англ. axial). Във всеки случай, роторът с постоянен магнит се движи по отношение на неподвижната част с намотките. Обикновено BLDC двигателите с ротор около статора (известни като outrunners) имат по-високи стойности на въртящия момент при ниски скорости на въртене. Тъй като статорът е неподвижен и интегриран с корпуса, охлаждането може да бъде предимно чрез проводимост и не е необходима допълнителна принудителна циркулация на въздуха за охлаждане на двигателя. Максималната мощност на безчетков двигател на практика е ограничена само от количеството отделена топлина, чийто излишък може да доведе до изгаряне на изолацията на намотките и повреда.
Управление на безчетков двигател
Системата за управление на двигатели BLDC много често е под формата на управление с обратна връзка. Електронен сензор, най-често под формата на сензор на Хол, проверява текущото ъглово положение на ротора, благодарение на което контролерът получава информация как да превключва поредните намотки, за да получи най-плавното и стабилно въртене на вала. Регулирането от контролера на фазата (всъщност честотата на превключване на намотките на статора) и амплитудата на импулсите на постоянния ток позволяват да се контролира скоростта на въртене и въртящия момент, който се появява на вала. Има и решения без сензори за ъглова позиция на ротора. В тези случаи се използва сигналът „Back EMF” (на англ. Back Electromotive Force), който се генерира от въртящите се магнити (магнитно поле), прикрепени към ротора. Напрежението, индуцирано във всяка от бобините, се сравнява с централното напрежение в точката на свързване на трите намотки (в случай, че са свързани в звезда). Тези сигнали се усилват и изпращат към системата за откриване на позицията на ротора, а техните вълнови форми са изместени една спрямо друга на 120°. Проблемът при използването на такова решение е пусковият момент, т.е. пускане на двигателя, тъй като тези сигнали все още не са генерирани и позицията на ротора е неизвестна.
Струва си да се знае, че двигателите BLDC могат да имат различен брой фази. Различаваме еднофазни, двуфазни и трифазни двигатели BLDC. Колкото по-голям е броят на фазите, толкова по-голяма е мощността и ефективността на двигателя, както и по-тиха е неговата работа, което е резултат от по-плавното превключване на намотките, което причинява по-малко вибрации на конструкцията.
Предимства на двигателите BLDC
Електронна комутация в двигателите BLDC, т.нар. ECM (на англ. Electronically Commutative Motors), тоест липса на комутатор и въглеродни четки, които се плъзгат по него, има много предимства. Това е преди всичко липсата на искри, което е често срещан проблем при комутаторните двигатели, благодарение на което могат да се използват в зони, където може да има риск от пожар или експлозия. Също така няма загуба на енергия, тъй като няма триене между въглеродните четки и комутатора, което в допълнение може да доведе до неправилна работа на микроелектрониката, която се намира в съседство поради генерирания електронен шум. Издръжливостта на BLDC двигателя се определя почти само от издръжливостта и надеждността на лагерите, използвани в неговата конструкция. Липсата на четки и комутатор също означава по-малко тегло на BLDC двигателите, тяхната по-висока ефективност (в сравнение с традиционните DC електродвигатели) и тиха работа. Те също могат да постигнат високи скорости на въртене, но можете лесно да зададете ограничения на този параметър, както и да ги управлявате при ниски скорости на въртене.
Когато избирате BLDC двигател, обърнете внимание на захранващото напрежение, за което е предназначен. Това обикновено зависи от параметрите на захранващото устройство, което ще се използва с контролера за управление на дадения двигател. Можете да вземете предвид също така диаметърът на вала и конфигурацията на ротора.
Склад:
