BLDC motorok
(1)Az elektromos motorok, köztük az egyre népszerűbb BLDC motorok, más néven kefe nélküli motorok vagy szinkron egyenáramú motorok, olyan eszközök, amelyek az elektromos energiát mechanikai energiává alakítják, leggyakrabban forgó mozgás formájában. A BLDC motorokat – kétségtelen előnyeiknek köszönhetően – egyre több eszközben használják, kezdve a számítógép-alkatrészektől, mint például az optikai meghajtók és a hűtőventilátorok, a kézi elektromos kéziszerszámokig, játékokig és távvezérelt járművekig, pl. drónok, háztartási gépek, egészen a szállítására és mozgatására használt gépek- és eszközökig, beleértve a robogókat, kerékpárokat és elektromos autókat is.
BLDC motor felépítése
A kefe nélküli motorok szerkezete eltér a kommutátoros motoroktól. A legnagyobb különbség a két motortípus között az, hogy a BLDC motoroknál hiányzik a kommutátor, a forgórész tekercselését tápláló forgókapcsoló. Ehelyett elektronikusan kommutáltak - egy speciális, BLDC motorokhoz kialakított vezérlő kapcsolja az áramot az állórész tekercselésein keresztül, és olyan mágneses mezőket hoz létre, amelyek egyenletesen forognak a térben, és amelyet az állandó mágnes (általában erős neodímium mágnes) rotor követ. Az áram egymást követő tekercselésein keresztül történő kapcsolása félvezető elemek, például tranzisztorok segítségével történik. Ha az állórész tekercsek és a forgórész mágnesei által keltett elektromágneses mezők eltolva vannak beállítva, akkor olyan nyomaték alakul ki, amely mozgásba hozza a forgórészt.
A háromfázisú motorok delta konfigurációban csatlakoztathatók, ahol minden tekercs vége a következő elejéhez kapcsolódik, és az így létrehozott három pont mindegyikét táplálják. A tekercsek csillagcsatlakozásban is lehetnek, ahol a végeik egy központi pontban vannak összekötve, miközben az egyes tekercsek fennmaradó végét táplálják. A delta csatlakozási rendszer kisebb nyomatékot biztosít alacsony fordulatszámon, de nagyobb maximális sebességet ér el, mint a csillagcsatlakozás. A gyakorlatban a BLDC motorok esetében a legelterjedtebb a csillagcsatlakozás, mivel az általános alkalmazásokban hatékonyabb.
A kefe nélküli egyenáramú villanymotorok három változatban kaphatók: az állórészt a forgórész veszi körül (outrunners), a belső forgórészt körül veszi az állórész (inrunners), vagy a forgórész és az állórész lapos és párhuzamos (axiális). Minden estben az állandó mágneses forgórész az álló tekercsrészhez képest mozog. Általában azoknál a BLDC motoroknál, amelyeknél az állórészt a forgórész veszi körül (outrunners), alacsony fordulatszámon magasabb a nyomatékérték. Mivel az állórész stabil és a házzal egybeépült, a hűtés elsősorban átvezetésen keresztül történhet, és nincs szükség további kényszerített levegőkeringésre a motor hűtéséhez. A kefe nélküli motor maximális teljesítményét a gyakorlatban csak a hő korlátozza, amelynek túllépése károsíthatja a tekercsek szigetelését, és végül tönkreteheti azt.
Kefe nélküli DC elektromos motorok vezérlése
A BLDC motorok általában visszacsatolásos vezérlőrendszert használnak. Egy elektronikus érzékelő, általában egy Hall-érzékelő, ellenőrzi a forgórész helyzetét, amely információt nyújt a vezérlő számára arról, hogyan kapcsolja át a tekercseket a tengely legsimább és legstabilabb forgásának elérése érdekében. Az egyenáramú impulzusok fázisának (az állórész tekercseinek kapcsolása) és amplitúdójának beállításával a vezérlő szabályozhatja a tengely forgási sebességét és nyomatékát. Vannak természetesen megoldások rotor szöghelyzet érzékelő nélkül is. Ezután a "Back EMF" (Back Electromotive Force) jelet használják, amelyet a rotorhoz rögzített forgó mágnesek (mágneses mező) állítanak elő. Az egyes tekercseken indukált feszültséget összehasonlítják a középső feszültséggel, amely azon a ponton lép fel, ahol mindhárom tekercs csatlakoztatva van (ha csillagcsatlakozásúak). Ezeket a jeleket felerősítik és elküldik a forgórész helyzetérzékelő rendszeréhez, és hullámformáikat egymáshoz képest 120°-kal eltolják. Egy ilyen megoldás alkalmazásakor a probléma az indítás, azaz a motor indítása, mivel ezek a jelek még nem generálódnak, és a rotor helyzete sem ismert.
Érdemes megjegyezni, hogy a BLDC motorok különböző fáziskonfigurációkban kaphatók. Vannak egyfázisú, 2-fázisú és 3-fázisú BLDC motorok is. Minél nagyobb a fázisszám, annál nagyobb a motor teljesítménye és hatásfoka, valamint a tekercsek simább kapcsolása miatt halkabban működik, ami kevesebb rezgést okoz a szerkezetben.
A BLDC motorok előnyei
A BLDC motorok elektronikus kommutációja, az úgynevezett ECM (Electronic Commutative Motors), és így a kommutátor és a szénkefék hiánya számos előnnyel jár. Ez elsősorban a szikrák hiánya, ami gyakori probléma a kommutátoros motoroknál, így alkalmasak robbanásveszélyes környezetben való használatra is. Nincs energiaveszteség sem, mivel nincs súrlódás a kefék és a kommutátor között, ami ráadásul a közeli mikroelektronika nem megfelelő működéséhez is vezethet a keletkező elektronikus zaj miatt. A BLDC motor élettartamát csak a csapágyak élettartama korlátozza. A kefék és a kommutátor hiánya azt is jelenti, hogy a BLDC motorok könnyebbek, hatékonyabbak (a hagyományos egyenáramú villanymotorokhoz képest) és csendesebbek. Nagy sebességet is el tudnak érni, de könnyű korlátozni ezt a paramétert, és alacsony fordulatszámon szabályozni őket.
A BLDC motor kiválasztásakor ügyelni kell a tápfeszültségre. Ez általában a tápegység paraméterein alapul, amelyet a vezérlővel együtt használnak az adott motor működtetésére. Ezen felül a tengely átmérőjét és a rotor konfigurációját is figyelembe lehet venni.
Raktár:
