Co je to bezkomutátorový stejnosměrný motor

 

A bezkomutátorový DC motor (BLDC)je typický mechatronický výrobek, který se skládá z těla motoru a ovladače. Říká se mu také „motor bez komutátoru“, protože nemá žádné kartáče a žádný komutátor (nebo kolektorový kroužek).

 

Historie bezkomutátorových motorů sahá až do devatenáctého století. V té době americký vynálezce Nikola Tesla vynalezl asynchronní motor v roce 1887. Ačkoli někteří označují asynchronní motor za „jednoho z předchůdců bezkomutátorového motoru“, technologická omezení doby učinila vývoj motoru relativně pomalým procesem. . Teprve v polovině 19. století nastal průlom v technologii motorů s vynálezem a aplikací tranzistoru. Díky použití tranzistorového komutačního obvodu namísto tradičního kartáče a komutátoru se oficiálně zrodily elektronicky komutované stejnosměrné motory. Tento nový bezkomutátorový motor nejenže překonává technické závady asynchronního motoru, ale také výrazně zlepšuje účinnost a spolehlivost.

 

V současné době je bezkomutátorový stejnosměrný motor široce používán v oblasti elektrického nářadí, domácích spotřebičů a průmyslové automatizace díky svým výhodám vysoké účinnosti, nízké údržbě a dlouhé životnosti.

 

 

1. Způsoby regulace rychlosti

Bezkomutátorový motor může nahradit tradičníkartáčovaný stejnosměrný motorpro regulaci rychlosti a dokonce nahradit systém regulace rychlosti invertor + invertorový motor nebo asynchronní motor + reduktor. Nepotřebuje další zařízení pro změnu rychlosti a přímo realizuje efektivní regulaci rychlosti.

 

2. Konstrukce uhlíkového kartáče a sběracího kroužku

Kartáčované motory využívají uhlíkové kartáče a sběrací kroužky k realizaci přenosu elektrické energie a tyto části se používáním opotřebovávají, což zvyšuje nároky na údržbu. Bezkomutátorové motory na druhé straně eliminují uhlíkové kartáče a strukturu sběracích kroužků, čímž se eliminuje opotřebení těchto součástí a zlepšují se životnost a spolehlivost motoru.

 

3. Nízká rychlost, vysoký výkon

Bezkomutátorové motory mohou dosahovat vysokého výkonu při nízkých rychlostech a mohou přímo pohánět velká zatížení bez omezovače rychlosti, což snižuje složitost a velikost mechanického zařízení.

 

4. Objem a hmotnost

Bezkomutátorové motory jsou malé a lehké, přesto mají velmi vysoký výstupní výkon, což jim dává výhodu v přenosných a kompaktních zařízeních.

 

5. Momentové charakteristiky

Bezkomutátorový motor má vynikající momentovou charakteristiku, zejména při nízkých a středních otáčkách. Díky vysokému rozběhovému momentu a nízkému rozběhovému proudu je vhodný pro scénáře aplikací, které vyžadují časté spouštění a zastavování.

 

6. Regulace rychlosti a přetížitelnosti

Bezkomutátorový motor má funkci plynulé regulace rychlosti, široký rozsah regulace rychlosti a má silnou přetížitelnost, která se přizpůsobuje různým složitým pracovním podmínkám.

 

7. Rozjezdová a brzdná charakteristika

Bezkomutátorové motory s dobrými charakteristikami měkkého rozběhu a zastavení mohou eliminovat potřebu tradičních mechanických nebo elektromagnetických brzdových zařízení, což dále zjednodušuje složitost systému.

 

8. Účinnost a úspora energie

Bezkomutátorové motory jsou vysoce účinné, protože nedochází k žádným uhlíkovým kartáčkům ani ztrátám buzením. Současně, protože bezkomutátorové motory eliminují potřebu vícestupňového snižování rychlosti, může být kombinovaná úspora energie 20 % až 60 % nebo dokonce vyšší.

 

9. Spolehlivost a stabilita

Bezkomutátorové motory jsou stabilní, snadno se opravují a udržují, přizpůsobují se a dobře fungují v různých drsných prostředích, jako jsou nerovnosti a vibrace.

 

10. Hlučnost a životnost

Bezkomutátorové motory běží tišeji a hladší, s menšími vibracemi a hlukem a mají delší životnost než kartáčové motory, protože zde nejsou žádné uhlíkové kartáče, které by se opotřebovávaly.

 

11. Jiskry a výbušnost

Kartáčované motory mohou generovat jiskry v důsledku kontaktu uhlíkových kartáčů, zatímco bezkomutátorové motory tento problém nemají a jsou zvláště vhodné pro místa, kde je vyžadována ochrana proti výbuchu. Kromě toho lze bezkomutátorové motory vybrat buď s lichoběžníkovým nebo sinusovým magnetickým polem podle potřeby pro další optimalizaci výkonu.

 

 

Po pochopení základních konceptů a výhod bezkomutátorového stejnosměrného motoru bychom měli také pochopit, jak funguje. Na rozdíl od tradičních kartáčových motorů využívá elektronický řídicí systém k regulaci proudu a komutace k pohonu rotoru. Následuje úvod do toho, jak funguje bezkomutátorový stejnosměrný motor a jeho hlavní součásti.

 

1. Elektronické komutační systémy

Ústředním rysem bezkomutátorového stejnosměrného motoru je absence kartáčů a mechanických komutátorů, které se vyskytují u běžných motorů. Místo toho je zde elektronický komutační systém, který je řízen sestavou PCB. Systém přepíná směr proudu podle polohy rotoru a umožňuje tak plynulé otáčení rotoru. Poloha rotoru je obvykle sledována pomocí Hallových čidel nebo jiných detektorů polohy a elektronický regulátor plynule upravuje proud vinutí podle signálů čidel.

 

2. Interakce stator-rotor

Stator bezkomutátorového stejnosměrného motoru je pevný a skládá se z jádra statoru a vinutí kolem něj navinutých. Když proud prochází vinutím, vytváří se rotující magnetické pole. Toto magnetické pole generované statorem interaguje s magnety (permanentními magnety) v rotoru a pohání rotor.

 

Stator:Vinutí statoru vytváří elektromagnetické pole, které rotuje s proudem, který je poháněn elektronickým komutačním regulátorem.

 

Rotor:Rotor se skládá z magnetů a jádra rotoru. Při změně elektromagnetického pole statoru jsou permanentní magnety na rotoru vystaveny přitažlivým a odpudivým silám a začnou se otáčet.

 

3. Klíčové kroky v provozu

Začátek:Když proud prochází statorovými vinutími, magnetické pole generované statorovými vinutími interaguje s permanentními magnety na rotoru a generuje točivý moment, který spustí rotaci rotoru. Bezkomutátorové motory mají vysoký startovací moment a relativně nízký startovací proud.

 

Provoz naprázdno:Při absenci vnější zátěže motor pracuje s vysokou účinností a elektronický regulátor upravuje proud ve vinutí podle zpětné vazby snímače, aby se rotor neustále otáčel.

 

Běh pod zátěží:Když je motor připojen k zátěži, rotor bude generovat větší točivý moment, aby zátěž překonal. Elektronický komutátor automaticky upravuje proud podle změn zatížení a zajišťuje hladký chod motoru při různém zatížení.

 

4. Momentová charakteristika a regulace otáček

Bezkomutátorové stejnosměrné motory poskytují vynikající momentovou charakteristiku, zejména při nízkých a středních otáčkách. Díky funkci plynulé regulace otáček a širokému rozsahu otáček je motor schopen udržovat stabilní točivý moment při různých rychlostech. Díky této vlastnosti jsou motory BLDC vhodné pro širokou škálu aplikací vyžadujících vysoce přesné řízení, jako je průmyslová automatizace a elektrické nářadí.

 

5. Výhody elektronického ovládání

Životnost a účinnost BLDC motorů se výrazně zlepšila díky elektronickému komutačnímu systému, který nahrazuje uhlíkové kartáče a komutátor v konvenčních motorech. V motoru nejsou žádné kartáče, které by se opotřebovávaly, což snižuje nároky na údržbu a také snižuje hluk a elektromagnetické rušení. Kromě toho elektronický ovladač umožňuje pozvolný rozběh a pozvolné zastavení, což má za následek hladší chod motoru a menší dopad na mechanickou konstrukci.

 

 

Ve výrobním procesu bezkomutátorového stejnosměrného motoru je montáž klíčových komponentů základem pro zajištění efektivního provozu motoru. Níže je uvedena typická struktura a výrobní proces jednoho z našich (VSD) bezkomutátorových stejnosměrných motorů s vnitřním rotorem.

 

Úvod do hlavních komponent

1. kryt předního konce 2. pouzdro 3. vinutí 4. jádro statoru

5. permanentní magnety 6. jádro rotoru 7. cívky zadního vinutí a cívky předního vinutí 8. sestavy plošných spojů

9. přední ložiska a zadní ložiska 10. víko zadního konce 11. hřídele 12. rozpěrky a pojistné kroužky

 

výrobního procesu

Sestava sestavy statoru

Nejprve je jádro statoru upevněno ve skříni, poté následuje navinutí vinutí na jádro statoru a použití předních a zadních cívek vinutí k upevnění vinutí, aby se zajistilo, že cívky jsou úhledně vyrovnány a nejsou ovlivněny vnějšími vibracemi nebo třením. Po dokončení vinutí se připojí sestava PCB, která poskytuje podporu pro regulaci proudu a řízení motoru.

 

Montáž sestavy rotoru

Na jádro rotoru jsou instalovány permanentní magnety, které zajišťují pevné usazení. Jádro rotoru je připevněno k hřídeli, aby byla zajištěna přesná mezera mezi permanentními magnety a vinutím statoru, aby bylo zajištěno účinné působení magnetického pole.

 

Montáž ložisek a jiných podpěr

Nainstalujte přední a zadní ložiska na přední a zadní koncové víko, abyste podpořili hladké otáčení hřídele motoru. Nainstalujte také distanční vložky a pojistné kroužky na místo, abyste zajistili, že ložiska a další díly jsou bezpečné a nejsou uvolněné.

 

Kompletní montáž stroje

Postupně sestavte dohromady skříň, stator, rotor, hřídel a přední a zadní koncové kryty. Ujistěte se, že každý díl pevně sedí, zejména mezera mezi statorem a rotorem by měla být přesně nastavena, aby byl zajištěn účinný provoz motoru.

 

Testování a ladění

Po sestavení motoru je motor testován na provoz, včetně testu naprázdno, zátěžového testu a testu točivého momentu, aby bylo zajištěno, že motor splňuje konstrukční požadavky a funguje hladce bez jakýchkoliv abnormalit.

 

 

Aby byla zajištěna správná funkce a stabilní výkon kvalitně vyrobeného bezkomutátorového stejnosměrného motoru, je nutné pravidelně kontrolovat stav motoru. Níže jsou uvedeny běžné metody kontroly bezkomutátorového stejnosměrného motoru:

 

1. Testování naprázdno

Test bez zátěže slouží ke kontrole provozu bezkomutátorového stejnosměrného motoru, když není připojena žádná externí zátěž, aby se zajistilo, že se motor spustí a běží správně. Postup je následující:

 

Testovací kroky:

Připojte motor k napájecímu zdroji měniče bez vnějšího zatížení.

 

Postupně zvyšujte vstupní napětí a sledujte, zda se motor může hladce rozběhnout.

 

Monitoruje otáčky motoru a provozní proud, aby zajistil, že otáčky a proud motoru jsou v normálním rozsahu pro jmenovité napětí.

 

Kontrolní body:

Běží motor plynule v celém rozsahu napětí.

 

Vyskytuje se během spouštění abnormální hluk nebo přehřívání.

 

Zda proud naprázdno odpovídá technickým požadavkům, pokud je proud naprázdno příliš velký, může to znamenat, že došlo k poruše ve vinutí nebo obvodu.

 

2. Zátěžové testování

Zátěžový test má zkontrolovat výkon motoru při zatížení, aby se zajistilo, že může splňovat konstrukční požadavky. Konkrétní operace jsou následující:

 

Testovací kroky:

Připojte motor k externím zátěžím, jako jsou pohony, zařízení nebo testovací zařízení.

 

Spusťte motor za různých podmínek zatížení a zaznamenejte otáčky, točivý moment a proud motoru.

 

Postupně zvyšujte zátěž a sledujte odezvu a stabilitu motoru při různém zatížení.

 

Kontrolní body:

Zda je motor schopen nepřetržitého hladkého provozu při jmenovité zátěži.

 

Změní se proud motoru a moment podle očekávání, když se zvýší zatížení.

 

Zkontrolujte abnormální vibrace, přehřívání nebo hluk a ujistěte se, že motor nedegraduje při zatížení.

 

3. Zkouška momentové charakteristiky

Test charakterizace točivého momentu má vyhodnotit výstupní točivý moment bezkomutátorového stejnosměrného motoru při různých rychlostech, aby se zajistilo, že motor je schopen poskytnout dostatečný výkon během spouštění a provozu.

 

Testovací kroky:

Použijte zařízení pro měření točivého momentu k monitorování točivého momentu motoru při různých rychlostech a zatíženích.

 

Vyzkoušejte rozběhový moment motoru, abyste se ujistili, že je dostatečný moment při nízkém rozběhovém proudu.

 

Vyzkoušejte momentové charakteristiky motoru při provozu s nízkou a střední rychlostí, abyste ověřili, zda jsou splněny konstrukční požadavky.

 

Kontrolní body:

Zda je při spouštění dostatečný rozběhový moment, aby bylo zajištěno hladké spuštění zařízení.

 

Zda točivý moment zůstává stabilní při nízkých a středních otáčkách a zda je vhodný pro provozní podmínky motoru po dlouhou dobu.

 

Zda se během testu vyskytne nestabilní točivý moment nebo ne, může souviset s poruchou vinutí nebo řídicího obvodu.

 

Prostřednictvím výše uvedených tří testů můžete v podstatě získat komplexní pochopení výkonu bezkomutátorového stejnosměrného motoru, abyste zajistili, že bude fungovat stabilně a spolehlivě za různých provozních podmínek. Pravidelné kontroly pomáhají načasovat odhalení případných problémů a prodlužují životnost motoru.