Kaip veikia bešepetėliai nuolatinės srovės (BLDC) varikliai

Įraše išsamiai aprašoma pagrindinė nuolatinės srovės variklių, dar vadinamų BLDC varikliu, veikimo koncepcija.

Skirtumas tarp šepetėlių ir bešepetinių nuolatinės srovės variklių

Mūsų tradiciniuose šepečiu varikliuose naudojami šepečiai, norint perjungti centrinį judantį rotorių, palyginti su aplinkiniu kanceliariniu nuolatinio magneto statoriumi.

Šepečiai tampa būtini, nes rotorius gaminamas naudojant elektromagnetus, kuriems veikti reikia energijos, tačiau kadangi jis taip pat turi suktis, daiktai tampa nerangūs, o šepečiai tampa vienintele alternatyva tiekiant energiją besisukančiam elektromagnetiniam rotoriui.

Priešingai, nuolatinės srovės varikliuose be šepetėlių arba BLDC varikliuose mes turime kanceliarinį centrinį statorių ir jį supantį apskritą rotorių. Statorių sudaro elektromagnetų rinkinys, o rotorius turi nuolatinius magnetus, pritvirtintus perimetru tam tikrose apskaičiuotose vietose.

Salės efekto jutiklių naudojimas

Mechanizme taip pat yra „Hall“ efekto jutiklis, kuris yra sumontuotas, kad būtų galima pajusti rotoriaus ir jo magnetų padėtį statoriaus elektromagneto atžvilgiu ir pranešti duomenis į išorinę perjungimo grandinę, kuri tada tampa atsakinga už elektromagnetų įjungimą / išjungimą. teisinga seka ar laikas, turintys įtakos rotoriaus judėjimui.

Pirmiau pateiktą paaiškinimą galima suprasti naudojant šią pagrindinę iliustraciją, o paskui sukūrus išsamų dizainą tolesniuose vaizduose.

Sužinojome ir žinome nemažai įdomių dalykų apie magnetus ir kaip šie prietaisai sąveikauja.

Mes žinome, kad magneto šiaurės ašigalis pritraukia kito magneto pietinį ašigalį, o kaip stulpai atstumia.

Kaip išdėstyti nuolatiniai magnetai

Aukščiau pateiktoje diagramoje matome diską, kurio krašte yra įdėtas magnetas (parodyta raudona spalva), kuris yra šiaurės ašigalis nukreiptas į išorę, taip pat elektromagnetą, dedamą lygiagrečiai šalia apskrito disko krašto, kuris sukuria pietinis magnetinis laukas, kai yra įjungtas.

Dabar darant prielaidą, kad išdėstymas yra išdėstytas taip, kaip parodyta pirmojoje viršutinėje diagramoje, kai elektromagnetas yra išjungtas.

Šioje padėtyje, kai tik įjungiamas elektromagnetas su atitinkama nuolatinės srovės įvestimi, jis pasiekia ir sukuria pietų magnetinį lauką, veikiantį disko magneto traukos jėgą, kuri savo ruožtu priverčia diską sukti su tam tikru momentu, kol jo nuolatinis magnetas susitaps su elektromagnetai, esantys priešinga srauto linijoms.

Pirmiau pateiktas veiksmas parodo pagrindinį formatą, kuriuo veikia BLDC koncepcija.

Kaip BLDC variklis veikia su salės efekto jutikliais

Dabar pažiūrėkime, kaip iš tikrųjų pirmiau minėta koncepcija įgyvendinama naudojant Hall efekto jutiklius, kad būtų išlaikytas nenutrūkstamas judėjimas per rotorių.

Šis schemos pavyzdys išsamiai paaiškina mechanizmą:

Pirmiau pateiktoje diagramoje mes iš esmės matome paprastą BLDC rotoriaus / statoriaus išdėstymą, kai išorinis apskritas elementas yra besisukantis rotorius, o centrinis elektromagnetas tampa fiksuotu statoriumi.

Galima pastebėti, kad rotoriuje yra keli nuolatiniai magnetai, pritvirtinti prie periferijos, kurių pietų ašigalys yra įtakojančios srauto linijas, centrinis statorius yra stiprus elektromagnetas, skirtas sukurti lygiavertį Šiaurės ašigalio magnetinio srauto stiprumą, kai įjungiamas išorinė nuolatinė srovė.

Mes taip pat galime vizualizuoti salės jutiklį, esantį šalia vieno iš vidinio rotoriaus periferijos kampų. Salės efektas iš esmės suvokia besisukančio rotoriaus magnetinį lauką ir tiekia signalą į valdymo grandinę, atsakingą už statoriaus elektromagnetų maitinimą.

Atsižvelgdami į viršutinę padėtį, matome rotoriaus tuščią sritį (kurioje nėra jokio magnetinio lauko), glaudžiai susiliečiant su salės jutikliu, išlaikant jį išjungtoje būsenoje.

Šiuo metu salės efekto išjungimo signalas informuoja valdymo grandinę apie elektromagnetų įjungimą, kuris akimirksniu sukelia rotoriaus pietinio poliaus, stovinčio tiesiai už kampo, traukimo efektą.

Kai taip atsitinka, Pietų ašigalis nusileidžia sukdamas reikiamą rotoriaus sukimo momentą ir bando išsilyginti pagal elektromagneto šiaurinį ašį.

Tačiau procese pietinis rotoriaus ašigalis taip pat traukiasi šalia salės jutiklio (kaip parodyta apatinėje diagramoje), kuris nedelsdamas tai nustato ir įjungia, informuodamas valdymo grandinę, kad išjungtų elektromagnetus.

Elektromagnetų išjungimo laikas yra labai svarbus

Elektromagnetų išjungimas tinkamu momentu, apie kurį praneša salės efekto jutiklis, draudžia strigti ir trukdyti rotoriaus judėjimui, greičiau leidžia judėti judesiu per sukamą momentą, kol ankstesnė padėtis pradeda formuotis, ir iki salės jutiklis vėl „jaučia“ tuščią rotoriaus sritį ir išsijungia pakartodamas ciklą.

Aukščiau pateiktas salės jutiklio perjungimas atsižvelgiant į įvairias rotoriaus padėtis sukelia nepertraukiamą sukimosi judesį, kurio sukimo momentas gali būti tiesiogiai proporcingas statoriaus / rotoriaus magnetinei sąveikai, ir žinoma, kad salės efektas būtų pozicionuojamas.

Minėtose diskusijose paaiškinamas pats pagrindinis dviejų magnetų, vieno salės jutiklio mechanizmas.

Norint pasiekti išskirtinai didesnius sukimo momentus, kituose didesnio efektyvumo varikliuose be šepetėlių naudojami daugiau magnetų ir elektromagnetų rinkinių, kuriuose gali būti matomas daugiau nei vienas salės efekto jutiklis, užtikrinantis daugkartinį rotoriaus magnetų jutimą, kad būtų galima perjungti skirtingus elektromagnetų rinkinius. pageidaujama teisinga seka.

Kaip valdyti BLDC variklį

Iki šiol mes supratome pagrindinę darbo koncepciją BLDC varikliai ir sužinojo, kaip „Hall“ jutiklis naudojamas variklio elektromagnetui įjungti per išorinę pritvirtintą elektroninę grandinę, kad išlaikytų nuolatinį rotoriaus judėjimą. Kitame skyriuje mes ištirsime, kaip iš tikrųjų veikia BLDC vairuotojo grandinė valdant BLDC variklius

Fiksuoto statoriaus elektromagneto ir besisukančio laisvo magnetinio rotoriaus įgyvendinimo metodas užtikrina didesnį BLDC variklių efektyvumą, palyginti su tradiciniais šepečiais varikliais, kurių topologija yra visiškai priešinga, todėl variklio darbui reikalingi šepečiai. Naudojant teptukus, procedūros yra gana neefektyvios, atsižvelgiant į ilgą tarnavimo laiką, sunaudojimą ir dydį.

BLDC variklio trūkumas

Nors BLDC tipai gali būti efektyviausia variklio koncepcija, jis turi vieną reikšmingą trūkumą, kad jam valdyti reikalinga išorinė elektroninė grandinė. Tačiau, atsiradus šiuolaikiniams IC ir jautriems Hall jutikliams, ši problema dabar atrodo gana nereikšminga, palyginti su aukštu šios koncepcijos efektyvumu.

4 magneto BLDC tvarkyklė

Šiame straipsnyje aptariame paprastą ir pagrindinę keturių magnetų, vienos salės jutiklio tipo BLDC variklio valdymo grandinę. Variklio veikimą galima suprasti remiantis šia variklio mechanizmo schema:

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje pavaizduotas pagrindinis BLDC variklio išdėstymas, turintis du nuolatinių magnetų rinkinius per išorinio rotoriaus periferiją ir du centrinio elektromagneto rinkinius (A, B, C, D) kaip statorių.

Norint inicijuoti ir palaikyti A, B arba C sukimo momentą, D elektromagnetai turi būti įjungtos būsenos (niekada kartu), atsižvelgiant į rotoriaus magneto šiaurės / pietų polių padėtį įjungtų elektromagnetų atžvilgiu.

Kaip veikia BLDC variklio tvarkyklė

Tiksliau tariant, laikykimės aukščiau pateiktame scenarijuje parodytos padėties, kai A ir B yra įjungtos būsenos taip, kad A pusė būtų maitinama pietiniu ašimi, o B pusė - Šiaurės ašigaliu.

Tai reikštų, kad šonas A darytų traukimo efektą per kairįjį mėlyną Šiaurės ašigalį ir atstumiantįjį efektą dešiniajame pietiniame statoriaus ašigalyje, panašiai kaip B kraštas trauktų apatinį raudoną pietų ašigalį ir atbaidytų viršutinį šiaurinį. tada galima manyti, kad visas procesas rotoriaus mechanizmui daro įspūdingą judėjimą pagal laikrodžio rodyklę.
Taip pat tarkime, kad esant aukščiau nurodytai situacijai, Hall jutiklis yra išjungtas, nes tai gali būti „į pietų ašigalį įjungtas“ Hall jutiklio įtaisas.

Aukščiau nurodytu efektu bandysime išlyginti ir priversti rotorių taip, kad pietai užsiblokuotų akis į akį su B puse, o šiaurinis ašigalis - su A puse, tačiau prieš tai, kai ši situacija gali pasirodyti, Hall jutiklis yra arti jo. perjungiant viršutinį rotoriaus pietų ašigalį, o kai jis tik pereina per Hall jutiklį, jis yra priverstas įjungti, siunčiant teigiamą signalą į prijungtą valdymo grandinę, kuri akimirksniu reaguoja ir išjungia elektromagnetus A / B, ir įjungia elektromagnetus C / D, įsitikindamas, kad rotoriaus momentas pagal laikrodžio rodyklę vėl vykdomas, išlaikant pastovų rotoriaus sukimo momentą.

Pagrindinė BLDC tvarkyklės grandinė

Pirmiau paaiškintą elektromagnetų perjungimą reaguojant į Hall jutiklio paleidimo signalą galima labai paprastai įgyvendinti naudojant šią paprastą BLDC valdymo grandinės idėją.

Grandinei nereikia daug paaiškinti, nes per daug, Hallo jutiklio įjungimo situacijose BC547 ir sujungtas TIP122 yra atitinkamai įjungiami, o tai savo ruožtu įjungia atitinkamus elektromagnetų rinkinius, pritvirtintus prie jų kolektoriaus ir teigiamus , „Hall“ jutiklio išjungimo laikotarpiais pora BC547 / TIP122 yra išjungta, tačiau kraštutinis kairysis TIP122 tranzistorius įjungiamas įjungiant priešingus elektromagneto rinkinius.

Padėtis keičiama pakaitomis, nuolat, kol išlieka galia išlaikant BLDC sukimąsi su reikiamais sukimo momentais ir impulsu.