Kaj je brezkrtačni enosmerni motor

 

A brezkrtačni enosmerni motor (BLDC)je tipičen mehatronski izdelek, ki je sestavljen iz ohišja motorja in pogona. Imenuje se tudi "motor brez komutatorja", ker nima ščetk in komutatorja (ali kolektorskega obroča).

 

Zgodovina brezkrtačnih motorjev sega v devetnajsto stoletje. Takrat je ameriški izumitelj Nikola Tesla leta 1887 izumil asinhronski motor. Čeprav nekateri asinhronski motor imenujejo "eden od predhodnikov brezkrtačnega motorja", je bil zaradi takratnih tehnoloških omejitev razvoj motorja razmeroma počasen. . Šele sredi 19. stoletja je z izumom in uporabo tranzistorja prišlo do preboja v motorni tehniki. Z uporabo tranzistorskega komutacijskega vezja namesto tradicionalne ščetke in komutatorja so se uradno rodili elektronsko komutirani enosmerni motorji. Ta novi brezkrtačni motor ne le premaga tehnične napake asinhronskega motorja, ampak tudi močno izboljša učinkovitost in zanesljivost.

 

Danes se brezkrtačni enosmerni motor pogosto uporablja na področju električnih orodij, gospodinjskih aparatov in industrijske avtomatizacije zaradi svojih prednosti visoke učinkovitosti, nizkega vzdrževanja in dolge življenjske dobe.

 

 

1. Načini regulacije hitrosti

Brezkrtačni motor lahko nadomesti tradicionalni brušeni enosmerni motor za regulacijo hitrosti in celo nadomesti sistem regulacije hitrosti inverter + inverter motor ali asinhroni motor + reduktor. Ne potrebuje dodatne opreme za spreminjanje hitrosti in neposredno izvaja učinkovito regulacijo hitrosti.

 

2. Konstrukcija ogljikove ščetke in drsnega obroča

Brušeni motorji uporabljajo ogljikove ščetke in drsne obroče za prenos električne energije, ti deli pa se bodo med uporabo obrabili, kar bo povečalo vzdrževalna dela. Po drugi strani pa brezkrtačni motorji odpravljajo ogljikove ščetke in strukturo drsnih obročev, s čimer se odpravi obraba teh komponent ter izboljša življenjska doba in zanesljivost motorja.

 

3. Delovanje z nizko hitrostjo in visoko močjo

Brezkrtačni motorji lahko dosežejo visoko izhodno moč pri nizkih hitrostih in lahko neposredno poganjajo velika bremena brez reduktorja hitrosti, kar zmanjša kompleksnost in velikost mehanske opreme.

 

4. Prostornina in teža

Brezkrtačni motorji so majhni in lahki, vendar imajo zelo visoko izhodno moč, kar jim daje prednost pri prenosnih in kompaktnih napravah.

 

5. Značilnosti navora

Brezkrtačni motor ima odlične karakteristike navora, zlasti pri nizkih in srednjih vrtljajih. Zaradi visokega zagonskega navora in nizkega zagonskega toka je primeren za scenarije uporabe, ki zahtevajo pogoste zagone in zaustavitve.

 

6. Regulacija hitrosti in preobremenitvena zmogljivost

Brezkrtačni motor ima funkcijo brezstopenjske regulacije hitrosti, širok razpon regulacije hitrosti in ima močno preobremenitveno zmogljivost, ki se prilagaja različnim kompleksnim delovnim pogojem.

 

7. Lastnosti zagona in zaviranja

Brezkrtačni motorji z dobrimi lastnostmi mehkega zagona in mehkega zaustavljanja lahko odpravijo potrebo po tradicionalnih mehanskih ali elektromagnetnih zavornih napravah, kar dodatno poenostavi kompleksnost sistema.

 

8. Učinkovitost in varčevanje z energijo

Brezkrtačni motorji so zelo učinkoviti, ker ni ogljikovih ščetk ali izgub vzbujanja. Ker brezkrtačni motorji odpravljajo potrebo po večstopenjskem zmanjšanju hitrosti, lahko skupni prihranek energije znaša od 20 % do 60 % ali celo več.

 

9. Zanesljivost in stabilnost

Brezkrtačni motorji so stabilni, enostavni za popravilo in vzdrževanje, prilagodljivi in ​​dobro delujejo v različnih težkih okoljih, kot so neravnine in vibriranje.

 

10. Hrup in življenjska doba

Brezkrtačni motorji delujejo tišje in bolj gladko, z manj vibracij in hrupa ter imajo daljšo življenjsko dobo kot krtačni motorji, ker ni ogljikovih ščetk, ki bi se obrabile.

 

11. Iskre in eksplozivnost

Krtačeni motorji lahko zaradi stika ogljikovih ščetk ustvarjajo iskre, medtem ko brezkrtačni motorji nimajo te težave in so še posebej primerni za mesta, kjer je potrebna protieksplozijska zaščita. Poleg tega je mogoče brezkrtačne motorje izbrati s trapezoidnimi ali sinusoidnimi magnetnimi polji, kot je potrebno za dodatno optimizacijo delovanja.

 

 

Po razumevanju osnovnih konceptov in prednosti brezkrtačnega enosmernega motorja bi morali razumeti tudi, kako deluje. Za razliko od tradicionalnih motorjev s krtačami uporablja elektronski nadzorni sistem za uravnavanje toka in komutacije za pogon rotorja. Sledi uvod v delovanje brezkrtačnega enosmernega motorja in njegove glavne komponente.

 

1. Elektronski komutacijski sistemi

Osrednja značilnost brezkrtačnega enosmernega motorja je odsotnost ščetk in mehanskih komutatorjev, ki jih najdemo v običajnih motorjih. Namesto tega obstaja elektronski komutacijski sistem, ki ga krmili sklop PCB. Sistem preklaplja smer toka glede na položaj rotorja in tako omogoča neprekinjeno vrtenje rotorja. Položaj rotorja se običajno spremlja s pomočjo Hallovih senzorjev ali drugih detektorjev položaja, elektronski krmilnik pa glede na signale senzorjev nenehno prilagaja tok navitja.

 

2. Interakcija stator-rotor

Stator brezkrtačnega enosmernega motorja je fiksen in je sestavljen iz statorskega jedra in navitij, navitih okoli njega. Ko tok teče skozi navitja, nastane rotacijsko magnetno polje. To magnetno polje, ki ga ustvari stator, sodeluje z magneti (trajnimi magneti) v rotorju, da poganja rotor.

 

Stator:Navitja statorja proizvajajo elektromagnetno polje, ki se vrti s tokom, ki ga poganja elektronski komutacijski krmilnik.

 

Rotor:Rotor je sestavljen iz magnetov in jedra rotorja. Ko se elektromagnetno polje statorja spremeni, so trajni magneti na rotorju izpostavljeni privlačnim in odbojnim silam in se začnejo vrteti.

 

3. Ključni koraki v delovanju

Začetek:Ko tok teče skozi navitja statorja, magnetno polje, ki ga ustvarijo navitja statorja, sodeluje s trajnimi magneti na rotorju in ustvari navor, ki začne vrteti rotor. Brezkrtačni motorji imajo velik začetni navor in relativno nizek začetni tok.

 

Delovanje brez obremenitve:V odsotnosti zunanje obremenitve motor deluje z visokim izkoristkom in elektronski krmilnik prilagodi tok v navitjih glede na povratno informacijo senzorja, da se rotor vrti enakomerno.

 

Deluje pod obremenitvijo:Ko je motor priključen na obremenitev, bo rotor ustvaril več navora za premagovanje obremenitve. Elektronski komutator samodejno prilagaja tok glede na spremembe obremenitve, kar zagotavlja nemoteno delovanje motorja pri različnih obremenitvah.

 

4. Karakteristike navora in regulacija hitrosti

Brezkrtačni enosmerni motorji zagotavljajo odlične karakteristike navora, zlasti pri nizkih in srednjih vrtljajih. Zaradi brezstopenjske funkcije regulacije hitrosti in širokega razpona hitrosti lahko motor vzdržuje stabilen izhodni navor pri različnih vrtilnih frekvencah. Zaradi te lastnosti so motorji BLDC primerni za široko paleto aplikacij, ki zahtevajo visoko natančno krmiljenje, kot so industrijska avtomatizacija in električna orodja.

 

5. Prednosti elektronskega krmiljenja

Življenjska doba in učinkovitost motorjev BLDC sta močno izboljšana zaradi elektronskega komutacijskega sistema, ki nadomešča oglene ščetke in komutator v običajnih motorjih. V motorju ni krtač, ki bi se obrabile, kar zmanjšuje zahteve po vzdrževanju, pa tudi hrup in elektromagnetne motnje. Poleg tega elektronski krmilnik omogoča mehak zagon in mehko zaustavljanje, kar ima za posledico bolj gladko delovanje motorja in manjši vpliv na mehansko strukturo.

 

 

V procesu izdelave brezkrtačnega enosmernega motorja je sestavljanje ključnih komponent osnova za zagotavljanje učinkovitega delovanja motorja. Sledi tipična struktura in proizvodni postopek enega od naših brezkrtačnih enosmernih motorjev (VSD) z notranjim rotorjem.

 

Uvod v glavne komponente

1. sprednji pokrov 2. ohišje 3. navitja 4. jedro statorja

5. trajni magneti 6. jedro rotorja 7. vretena za zadnje navijanje in vretena za sprednje navijanje 8. sklopi tiskanih vezij

9. sprednji ležaji in zadnji ležaji 10. zadnji pokrov 11. gredi 12. distančniki in pritrdilni obroči

 

proizvodni proces

Montaža sklopa statorja

Najprej se jedro statorja pritrdi v ohišje, čemur sledi navijanje navitij na jedro statorja in uporaba sprednjih in zadnjih navitij za pritrditev navitij, da se zagotovi, da so tuljave lepo poravnane in da nanje ne vplivajo zunanje vibracije ali trenje. Po končanem navijanju se sklop PCB priključi, da zagotovi podporo za regulacijo toka in krmiljenje motorja.

 

Sklop sklopa rotorja

Na jedro rotorja so nameščeni trajni magneti, ki zagotavljajo tesno prileganje. Jedro rotorja je pritrjeno na gred, da se zagotovi natančen razmik med trajnimi magneti in navitji statorja, da se zagotovi učinkovito delovanje magnetnega polja.

 

Montaža ležajev in drugih nosilcev

Namestite sprednje in zadnje ležaje na sprednji končni pokrov in zadnji končni pokrov, da podpirate gladko vrtenje gredi motorja. Prav tako namestite distančnike in zaskočne obroče, da zagotovite, da so ležaji in drugi deli varni in ne zrahljani.

 

Celotna montaža stroja

Zaporedoma sestavite ohišje, stator, rotor, gred ter sprednji in zadnji končni pokrov. Prepričajte se, da se vsak del tesno prilega, zlasti reža med statorjem in rotorjem mora biti natančno nastavljena, da se zagotovi učinkovito delovanje motorja.

 

Testiranje in odpravljanje napak

Ko je motor sestavljen, se preskusi njegovo delovanje, vključno s preskusom brez obremenitve, preskusom obremenitve in preskusom karakteristike navora, da se zagotovi, da motor izpolnjuje konstrukcijske zahteve in deluje gladko brez kakršnih koli nepravilnosti.

 

 

Da bi zagotovili pravilno delovanje in stabilno delovanje dobro izdelanega brezkrtačnega enosmernega motorja, je treba redno preverjati stanje motorja. Spodaj so običajne metode za preverjanje brezkrtačnega enosmernega motorja:

 

1. Testiranje brez obremenitve

Preskus brez obremenitve je namenjen preverjanju delovanja brezkrtačnega enosmernega motorja, ko ni priključenega zunanjega bremena, da se zagotovi, da se bo motor pravilno zagnal in deloval. Koraki so naslednji:

 

Testni koraki:

Priključite motor na napajanje pogona, brez zunanjih obremenitev.

 

Postopoma povečajte vhodno napetost in opazujte, ali se lahko motor gladko zažene.

 

Spremlja hitrost motorja in delovni tok, da zagotovi, da sta hitrost in tok motorja v normalnem območju za nazivno napetost.

 

Kontrolne točke:

Ali motor deluje gladko v celotnem območju napetosti.

 

Ali je med zagonom nenavaden hrup ali pregrevanje.

 

Ne glede na to, ali tok brez obremenitve izpolnjuje tehnične zahteve, če je tok brez obremenitve prevelik, lahko pomeni, da je prišlo do napake v navitju ali vezju.

 

2. Obremenitveno testiranje

Preskus obremenitve je namenjen preverjanju delovanja motorja pod obremenitvijo, da se zagotovi, da lahko izpolnjuje konstrukcijske zahteve. Posebne operacije so naslednje:

 

Testni koraki:

Povežite motor z zunanjimi bremeni, kot so pogoni, oprema ali preskusne naprave.

 

Zaženite motor pri različnih pogojih obremenitve in zabeležite hitrost, navor in tok motorja.

 

Postopoma povečujte obremenitev in opazujte odziv in stabilnost motorja pri različnih obremenitvah.

 

Kontrolne točke:

Ali je motor zmožen neprekinjenega nemotenega delovanja pri nazivni obremenitvi.

 

Ali se tok in navor motorja spremenita po pričakovanjih, ko se obremenitev poveča.

 

Preverite nenormalne vibracije, pregrevanje ali hrup in se prepričajte, da motor ne slabša pod obremenitvijo.

 

3. Preskus karakteristike navora

Preskus karakterizacije navora je namenjen ocenjevanju izhodnega navora brezkrtačnega enosmernega motorja pri različnih hitrostih, da se zagotovi, da lahko motor zagotovi zadostno moč med zagonom in delovanjem.

 

Testni koraki:

Uporabite opremo za merjenje navora za spremljanje izhodnega navora motorja pri različnih hitrostih in obremenitvah.

 

Preverite začetni navor motorja, da zagotovite zadosten navor z nizkim zagonskim tokom.

 

Preizkusite značilnosti navora motorja pri nizki in srednji hitrosti, da preverite, ali so konstrukcijske zahteve izpolnjene.

 

Kontrolne točke:

Ali je med zagonom dovolj zagonskega navora, da se zagotovi gladek zagon opreme.

 

Ali navor ostaja stabilen pri nizkih in srednjih vrtljajih in ali je primeren za pogoje delovanja motorja za daljše časovno obdobje.

 

Ne glede na to, ali med preskusom pride do nestabilnega izhodnega navora, je lahko povezano z okvaro navitja ali krmilnega tokokroga.

 

Z zgornjimi tremi testi lahko v bistvu dobite celovito razumevanje delovanja brezkrtačnega enosmernega motorja, da zagotovite, da lahko deluje stabilno in zanesljivo v različnih delovnih pogojih. Redni pregledi pomagajo pravočasno odkriti morebitne težave in podaljšajo življenjsko dobo motorja.