Comment fonctionne un moteur BLDC: une explication détaillée des principes des moteurs DC sans balais

Au cours des deux à trois dernières décennies, en raison de l'avancement continu de la technologie électronique et des matériaux aimants permanents,Motors BLDCsont passés de Niche Motors en solutions de puissance traditionnelles pour diverses industries.Motors BLDCont été largement utilisés dans les applications, notamment les appareils électroménagers, les outils électriques, les véhicules électriques et les équipements d'automatisation industrielle en raison de leur grande efficacité, de leur grande fiabilité et de leur longue durée de vie. Pourtant, les principes de fonctionnement des moteurs BLDC ne sont toujours pas connus de beaucoup de personnes. Cet article expliquera tout ce que vous avez besoin pour réaliser sur le principe de travail des moteurs BLDC afin que vous puissiez obtenir une vue plus détaillée de cette incroyable innovation en génie électrique actuel.

La structure de base d'un moteur BLDC

Maintenant, avant d'entrer dans le principe de travail, nous devons nous familiariser avec sa structure de base:

Stator: Fixé à l'intérieur du boîtier du moteur, il est généralement composé de feuilles en acier en silicium laminé et des bobines sont enroulées autour pour créer plusieurs poteaux électromagères.

Rotor: Le rotor est généralement monté sur l'arbre et contient des aimants permanents. Les moteurs BLDC peuvent être classés en plusieurs variétés en fonction des différentes configurations des aimants permanents.

Capteurs de hall: pour déterminer la position du rotor et la rétroaction au système de contrôle électronique.

Contrôleur: Un système de contrôle électronique qui détermine le calendrier du courant qui traverse les enroulements du stator en fonction de la rétroaction des capteurs de hall ou d'autres mécanismes de rétroaction.

Il convient de noter que la structure du moteur BLDC ponctuelle est unique de la structure du rotor intérieur. Le rotor est à l'extérieur et le stator est à l'intérieur. Ce type de conception est particulièrement répandu dans les applications qui nécessitent un couple élevé, comme dans la motivation des hélices de drones.

Les principes de l'électromagnétisme: la base du fonctionnement du moteur BLDC

Deux principes de base de l'électromagnétisme déterminent le fonctionnement d'un moteur BLDC:

Loi d'Ampère: Lorsqu'un conducteur portant le courant est dans un champ magnétique, le conducteur sera soumis à une force. Le stator d'un moteur BLDC est construit en enroulements en cuivre enroulés, et après que ces enroulements sont sous tension, ils créent un champ magnétique qui interagit entre les aimants permanents du rotor pour générer une force qui fournit le mouvement mécanique pour le rotor.

La loi de Faraday sur l'induction électromagnétique: une force électromotrice sera induite dans un conducteur lorsqu'elle coupe les lignes de champ magnétique ou est dans un champ magnétique changeant. Il est largement utilisé dans le contrôle sans capteur, où la position du rotor est détectée en détectant les forces électromotives arrière.

Ces principes sont appliqués dans la conception de moteurs industriels sans balais. Ils accomplissent cela en régulant finement le courant qui coule à travers les enroulements du stator, garantissant des interactions électromagnétiques favorables avec les aimants permanents du rotor pour atteindre une efficacité et une stabilité élevées.

Le processus de commutation d'un moteur BLDC

Le mécanisme de travail le plus important dans le moteur BLDC est appelé commutation électronique. C'est le facteur de distinction le plus important et le plus clé entre les moteurs sans balais et les moteurs brossés traditionnels.

Principe de commutation: La commutation est le processus de modification de la direction du flux de courant en ce qui concerne les bobines du moteur afin qu'il puisse exister une interaction électromagnétique continue entre le rotor et le stator, ce qui crée un couple continu.

Commutation en six étapes: La méthode de contrôle traditionnelle des moteurs BLDC divise le cycle électrique en six étapes. À chaque étape, deux des windings triphasés sont alimentés, tandis qu'une phase est désactivée.

Rétroaction du capteur de hall: les capteurs de hall détectent la position des aimants permanents du rotor, afin que le contrôleur puisse déterminer quel enroulement doit être sous tension et la direction actuelle.

Contrôle sans capteur: Une méthode plus avancée consiste à déterminer la position du rotor en surveillant la force électromotive arrière dans la phase non énergisée, aucun capteur de hall n'est nécessaire pour mettre en œuvre cette stratégie complexe, entraînant une plus grande fiabilité du lecteur.

Les grands moteurs BLDC adoptent généralement des stratégies de contrôle plus complexes, telles que le contrôle de l'onde sinusoïdale ou le contrôle des vecteurs, pour atteindre une sortie de couple plus lisse et une efficacité plus élevée.

Le rôle du contrôleur dans un système moteur BLDC

Le moteur BLDC ne peut pas fonctionner seul et doit être combiné avec un contrôleur électronique spécialisé:

Le conducteur du moteur: généralement un onduleur de pont triphasé basé sur MOSFET de puissance ou IGBT qui change le chemin actuel en fonction du signal de contrôle

Microcontrôleur: reçoit des signaux du capteur de position, effectue des algorithmes de contrôle et génère des signaux PWM pour piloter les dispositifs d'alimentation.

Contrôle en boucle fermée: fournit un contrôle de vitesse précis ou un contrôle de position en fonction des besoins d'application.

Fonction de protection contre la sécurité: protection contre les courants, protection contre la température, protection sous tension, etc.

Les applications pour les systèmes motrices BLDC 48V sont répandues dans les vélos électriques, les petits véhicules électriques et certaines autres applications industrielles. Son contrôleur et ses circuits de manutention doivent traiter des tensions et des courants plus élevés et ont généralement un ensemble plus complexe de fonctions de performance et de protection.

Les caractéristiques de performance et les scénarios d'application des moteurs BLDC

Jetons maintenant un coup d'œil à leurs avantages de performance après avoir appris les principes de fonctionnement du moteur BLDC:

Haute efficacité: En raison de l'absence de pertes de frottement des brosses et des commutateurs, leur efficacité est généralement supérieure à 85%, même supérieure à 95% dans certains cas.

Bonnes caractéristiques de vitesse de vitesse: fournit une large gamme de sortie de couple.

Plus de durée de vie: sans éléments d'usure mécanique, la durée de vie n'est que finalement limitée par les roulements.

Amélioration de l'efficacité de la dissipation de la chaleur: contact direct entre les enroulements du stator et le boîtier du moteur pour une dissipation de chaleur plus efficace.

Faible bruit et interférence électromagnétique: il n'y a pas d'étincelles et de bruit générés par la commutation des brosses.

En raison de sa structure spéciale, le moteur BLDC ponctuel est plus capable de fournir un couple plus élevé à basse vitesse, ce qui les rend particulièrement adaptés aux systèmes d'entraînement directs, comme les hélices de drones et les ventilateurs, etc. Avec les avantages de la stabilité et de la durabilité, le moteur sans balais en fait le choix de l'alimentation électrique dans les équipements d'automatisation et les instruments de précision.

Les algorithmes de contrôle des moteurs BLDC

La technologie de contrôle BLDC moderne la plus développée a dépassé cette simple méthode de commutation en six étapes:

Contrôle des ondes trapézoïdales: La méthode de contrôle la plus élémentaire est une forme d'onde de courant trapézoïdale. Il est simple à mettre en pratique mais produit des ondulations de couple d'une amplitude considérable.

Contrôle sinusoïdal: conduire le moteur par courant sinusoïdal, ce qui peut réduire l'ondulation du couple du moteur et rendre le fonctionnement plus fluide.

Contrôle axé sur le champ (FOC): En appliquant une transformation mathématique, le courant en 3 phases est traduit dans le système de coordonnées rotatifs pour le contrôle, conduisant à un contrôle optimal du couple et à l'efficacité énergétique.

Technologie de fusion des capteurs: intègre plusieurs signaux de rétroaction (par exemple, capteurs de salle, encodeurs et échantillonnage actuel) pour une meilleure précision de contrôle et robustesse.

En raison des défis dans les applications de haute puissance, tels que la gestion thermique, l'optimisation de l'efficacité et la réponse dynamique, des algorithmes de contrôle plus sophistiqués sont généralement utilisés pour les gros moteurs BLDC.

Conclusion: Les principes de travail et les avantages des moteurs BLDC

Motors BLDCContrôlez avec précision le courant dans les enroulements du stator via un système de contrôle électronique et interagissez avec les aimants permanents du rotor pour réaliser une conversion efficace de l'énergie électrique en énergie mécanique. Des petits dispositifs électroniques grand public aux grands équipements industriels, des applications à basse tension aux systèmes motrices BLDC 48 V, les moteurs CC sans balais, avec leur grande efficacité, leur haute fiabilité et leurs excellentes performances de contrôle, stimulent les progrès technologiques et l'amélioration de l'efficacité énergétique dans diverses industries. Avec le développement continu de la technologie de contrôle électronique et des matériaux aimants permanents, nous pouvons prévoir que les moteurs BLDC auront une perspective d'application plus large et des performances plus exceptionnelles.

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