Como funciona um motor BLDC: uma explicação detalhada dos princípios de motores DC sem escova

Nas últimas duas a três décadas, devido ao avanço contínuo da tecnologia eletrônica e dos materiais ímãs permanentes,Motores BLDCTransformaram -se de motores de nicho para soluções de energia convencionais para várias indústrias.Motores BLDCtêm sido amplamente utilizados em aplicações, incluindo eletrodomésticos, ferramentas elétricas, veículos elétricos e equipamentos de automação industrial devido à sua alta eficiência, alta confiabilidade e longa vida útil. No entanto, os princípios operacionais dos motores BLDC ainda não são conhecidos por muitos indivíduos. Este artigo explicará o que você precisa perceber sobre o princípio de trabalho dos motores BLDC, para que você possa obter uma visão mais detalhada dessa inovação incrível na engenharia elétrica atual.

A estrutura básica de um motor BLDC

Agora, antes de entrar no princípio de trabalho, devemos nos familiarizar com sua estrutura básica:

Estator: fixado dentro do alojamento do motor, geralmente é composto de folhas de aço de silício laminadas e as bobinas são enroladas ao redor para criar vários postes de eletroímã.

Rotor: O rotor geralmente é montado no eixo e contém ímãs permanentes. Os motores BLDC podem ser classificados em várias variedades com base nas várias configurações dos ímãs permanentes.

Sensores de salão: para determinar a posição do rotor e o feedback no sistema de controle eletrônico.

Controlador: um sistema de controle eletrônico que determina o tempo da corrente que flui através dos enrolamentos do estator com base no feedback dos sensores Hall ou de outros mecanismos de feedback.

Vale a pena notar que a estrutura do motor BLDC Outunner é exclusiva da estrutura do rotor interno. O rotor está do lado de fora e o estator está dentro. Esse tipo de design é especialmente prevalente em aplicações que exigem alto torque, como no acionamento de hélices de drones.

Os princípios do eletromagnetismo: a base da operação do motor BLDC

Dois princípios básicos do eletromagnetismo determinam a operação de um motor BLDC:

Lei de Ampere: Quando um condutor de transporte atual está em um campo magnético, o condutor será submetido a uma força. O estator de um motor BLDC é construído de enrolamentos de cobre em espiral e, depois que esses enrolamentos são energizados, eles criam um campo magnético que interage entre os ímãs permanentes do rotor para gerar uma força que fornece o movimento mecânico para o rotor girar.

A Lei de Indução Eletromagnética de Faraday: uma força eletromotiva será induzida em um condutor quando cortar linhas de campo magnético ou estiver em um campo magnético em mudança. É amplamente utilizado no controle sem sensor, onde a posição do rotor é detectada detectando as forças eletromotivas traseiras.

Esses princípios são aplicados no design de motores industriais sem escova. Eles conseguem isso regulando finamente a corrente que flui através dos enrolamentos do estator, garantindo interações eletromagnéticas favoráveis ​​com os ímãs permanentes do rotor para obter alta eficiência e estabilidade.

O processo de comutação de um motor BLDC

O mecanismo de trabalho mais importante no motor BLDC é chamado de comutação eletrônica. É o fator de distinção mais importante e chave entre motores sem escova e motores escovados tradicionais.

Princípio da comutação: Comutação é o processo de alteração da direção do fluxo de corrente em relação às bobinas do motor, para que exista interação eletromagnética contínua entre o rotor e o estator, o que cria torque contínuo.

Comutação de seis etapas: o método de controle tradicional dos motores BLDC divide o ciclo elétrico em seis etapas. Em todas as etapas, duas das sorvetências trifásicas são alimentadas, enquanto uma fase está desativada.

Feedback do sensor de salão: os sensores de salão detectam a posição dos ímãs permanentes do rotor, para que o controlador possa determinar qual enrolamento deve ser energizado e a direção atual.

Controle sem sensor: Um método mais avançado é determinar a posição do rotor, monitorando a força eletromotiva traseira na fase não energizada, não são necessários sensores de salão para implementar essa estratégia complexa, resultando em maior confiabilidade da unidade.

Os motores BIG BLDC geralmente adotam estratégias de controle mais complexas, como acionamento por onda senoidal ou controle de vetores, para obter uma saída de torque mais suave e maior eficiência.

O papel do controlador em um sistema motor BLDC

O motor BLDC não pode funcionar por conta própria e precisa ser combinado com um controlador eletrônico especializado:

O motorista do motor: geralmente um inversor de ponte trifásico baseado em Power MOSFET ou IGBT que alterna o caminho atual de acordo com o sinal de controle

Microcontrolador: recebe sinais do sensor de posição, executa algoritmos de controle e gera sinais de PWM para acionar os dispositivos de energia.

Controle de circuito fechado: fornece controle de velocidade preciso ou controle de posição com base nas necessidades de aplicação.

Função de proteção segura: proteção excessiva, proteção de excesso de temperatura, proteção de menor tensão, etc.

As aplicações para os sistemas de motor BLDC de 48V são generalizadas em bicicletas elétricas, pequenos veículos elétricos e algumas outras aplicações industriais. Seus circuitos de controlador e manuseio precisam lidar com tensões e correntes mais altas e geralmente têm um conjunto mais complexo de funções de desempenho e proteção.

As características de desempenho e cenários de aplicação de motores BLDC

Agora, vamos dar uma olhada em suas vantagens de desempenho depois de aprender princípios de operação do Motor BLDC:

Alta eficiência: devido à ausência de perdas de atrito de escovas e comutadores, sua eficiência é tipicamente acima de 85%, mesmo acima de 95% em alguns casos.

Bom características de torque de velocidade: fornece uma ampla gama de saída de torque.

Maior vida útil: Sem elementos de desgaste mecânico, a vida útil é apenas restringida pelos rolamentos.

Eficiência aprimorada de dissipação de calor: contato direto entre os enrolamentos do estator e o alojamento do motor para uma dissipação de calor mais eficaz.

Baixo ruído e interferência eletromagnética: não há faíscas e ruído gerado pela comutação da escova.

Devido à sua estrutura especial, o motor BLDC Outunner é mais capaz de fornecer torque mais alto em baixas velocidades, tornando -os especialmente adequados para sistemas de acionamento direto, como hélices e ventiladores de drones, etc. Com as vantagens de estabilidade e durabilidade, o motor sem escova faz dele a opção de alimentação em equipamentos de automação e instrumentos de precisão.

Os algoritmos de controle dos motores BLDC

A tecnologia de controle Modern BLDC mais desenvolvida superou esse método simples de comutação de seis etapas:

Controle de onda trapezoidal: o método de controle mais básico é uma forma de onda de corrente trapezoidal. É simples colocar em prática, mas produz ondulações de torque de amplitude considerável.

Controle sinusoidal: acionando o motor por corrente sinusoidal, que pode reduzir a ondulação do torque do motor e tornar a corrida mais suave.

Controle orientado para o campo (FOC): Ao aplicar uma transformação matemática, a corrente trifásica é traduzida para o sistema de coordenadas rotativas para controle, levando a controle ideal de torque e eficiência energética.

Tecnologia de fusão de sensores: integra vários sinais de feedback (por exemplo, sensores de salão, codificadores e amostragem atual) para uma melhor precisão de controle e robustez.

Devido aos desafios em aplicações de alta potência, como gerenciamento térmico, otimização de eficiência e resposta dinâmica, os algoritmos de controle mais sofisticados são normalmente usados ​​para motores BIG BLDC.

Conclusão: Os princípios de trabalho e vantagens dos motores BLDC

Motores BLDCControle com precisão a corrente nos enrolamentos do estator através de um sistema de controle eletrônico e interaja com os ímãs permanentes do rotor para obter uma conversão eficiente de energia elétrica em energia mecânica. De pequenos dispositivos eletrônicos de consumidores a grandes equipamentos industriais, de aplicações de baixa tensão a sistemas motores BLDC de 48V, motores DC sem escova, com sua alta eficiência, alta confiabilidade e excelente desempenho de controle, estão impulsionando o progresso tecnológico e a melhoria da eficiência energética em vários setores. Com o desenvolvimento contínuo da tecnologia de controle eletrônico e materiais de ímã permanente, podemos prever que os motores BLDC terão uma perspectiva de aplicação mais ampla e um desempenho mais destacado.

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