Hvordan børsteløse DC-motorer (BLDC) fungerer

Innlegget beskriver det grunnleggende betjeningskonseptet med børsteløse DC-motorer, også kalt BLDC-motor.

Forskjellen mellom børstede og børsteløse DC-motorer

I våre tradisjonelle børstede motorer brukes børster for å bytte den sentrale roterende rotoren i forhold til den permanente magnetstatoren rundt papirmateriellet.

Børster blir viktig fordi rotoren er laget med elektromagneter som trenger kraft for å fungere, men siden den også må rotere blir ting klønete og børster blir det eneste alternativet for å levere strøm til den roterende elektromagnetiske rotoren.

Tvert imot i børsteløse DC-motorer eller BLDC-motorer har vi en skrivesentral sentralstator og en omkringliggende sirkulær rotor. Statoren består av et sett med elektromagneter mens rotoren har permanente magneter festet over omkretsen i en bestemt beregnet posisjon.

Bruke Hall Effect Sensors

Mekanismen har også en Hall-effektsensor som er installert for å registrere rotorens og dens magneter i forhold til statorelektromagneten og informere dataene til en ekstern bryterkrets som deretter blir ansvarlig for å aktivere / deaktivere elektromagnetene på riktig sekvens eller timing, som påvirker en rotasjonsbevegelse på rotoren.

Ovennevnte forklaring kan forstås ved hjelp av følgende grunnleggende illustrasjon og deretter gjennom en forseggjort design i de påfølgende bildene.

Vi har lært og vet ganske mange interessante ting om magneter og hvordan disse enhetene samhandler.

Vi vet at en nordpol av magneten tiltrekker seg sørpolen til en annen magnet mens som poler frastøter.

Hvordan permanente magneter er plassert

I det viste diagrammet ovenfor ser vi en plate med en innebygd magnet i kanten (vist i rød farge) som er plassert med nordpolen vendt utover, og også en elektromagnet plassert parallelt med den sirkulære kanten av platen som gir en sørlige magnetfelt når det er strøm.

Forutsatt at arrangementet er plassert som vist i det første øvre diagrammet med elektromagneten i deaktivert tilstand.

I denne posisjonen så snart elektromagneten aktiveres med en passende DC-inngang, oppnår den og genererer et sørmagnetisk felt som påvirker en trekkraft over skivemagneten, som igjen tvinger skiven til å rotere med noe dreiemoment til dens permanente magnet kommer på linje med elektromagnetene motsatte flukselinjer.

Handlingen ovenfor viser det grunnleggende formatet som BLDC-konseptet fungerer i.

Hvordan BLDC-motor fungerer med hall-effektsensorer

La oss nå se hvordan faktisk konseptet ovenfor er implementert ved hjelp av Hall-effektsensorer for å opprettholde en kontinuerlig bevegelse over rotoren.

Følgende eksempeldiagram forklarer mekanismen grundig:

I diagrammet ovenfor ser vi i utgangspunktet et greit BLDC rotor / statorarrangement, der det ytre sirkulære elementet er den roterende rotoren mens den sentrale elektromagneten blir den faste statoren.

Rotoren kan sees med et par permanente magneter festet ved periferien som har sørpol som de påvirkende flukselinjene, den sentrale statoren er en sterk elektromagnet som er designet for å generere en ekvivalent styrke av Nordpolens magnetiske fluss når den får energi med en ekstern DC.

Vi kan også visualisere en hallsensor som ligger nær et av hjørnene av den indre rotorperiferien. Hall-effekten registrerer fundamentalt magnetfeltet til den roterende rotoren og mater signalet til en kontrollkrets som er ansvarlig for å drive statorelektromagneter.

Med henvisning til den øvre posisjonen ser vi det blanke området (som er tom for magnetfelt) på rotoren i nær kontakt med hallføleren som holder den i avslått tilstand.

På dette øyeblikket informerer utkoblingssignalet fra hall-effekten styrekretsen om å slå PÅ elektromagnetene, noe som øyeblikkelig induserer en trekkeffekt på rotorens sydpol som står rett rundt hjørnet.

Når dette skjer, kommer sørpolen nedover og produserer det nødvendige dreiemomentet på rotoren og prøver å justere seg i tråd med nordpolen til elektromagneten.

Imidlertid trekker rotorens sørpol i løpet av seg selv nær hallsensoren (som vist i det nedre diagrammet) som umiddelbart oppdager dette og slår seg PÅ og informerer kontrollkretsen om å slå AV elektromagnetene.

Slå av tiden for elektromagnetene er avgjørende

Slå av elektromagnetene i riktig øyeblikk, som signalisert av hall-effekt-sensoren, forhindrer stalling og hindring av rotorbevegelsen, men lar den fortsette med bevegelsen gjennom det genererte dreiemomentet til forrige posisjon begynner å forme seg, og til hallen sensoren 'føler' igjen det tomme området på rotoren og blir slått AV og gjentar syklusen.

Ovennevnte veksling av hallføleren i samsvar med de forskjellige rotorposisjonene påfører en kontinuerlig rotasjonsbevegelse med et toque som kan være direkte proporsjonalt med stator / rotormagnetiske interaksjoner, og selvfølgelig hall hall-posisjonering.

Ovennevnte diskusjoner forklarer den mest fundamentale to magneten, en hall sensormekanisme.

For å oppnå eksepsjonelt høyere dreiemoment benyttes flere magneter og sett med elektromagneter i andre børsteløse motorer med høyere effektivitet, hvor mer enn en hall-effekt-sensor kan sees for å implementere flere sensorer av rotormagneter, slik at forskjellige sett med elektromagneter kan byttes på foretrukket riktig sekvens.

Hvordan kontrollere BLDC-motor

Så langt har vi forstått det grunnleggende arbeidskonseptet for BLDC motorer og lærte hvordan en Hall-sensor brukes til å aktivere motorens elektromagnet gjennom en ekstern tilkoblet elektronisk krets for å opprettholde en kontinuerlig roterende bevegelse av rotoren, i neste avsnitt vil vi studere regading hvordan BLDC-driverkrets faktisk fungerer for å kontrollere BLDC-motorer

Metoden for å implementere en fast statorelektromagnet og en roterende fri magnetisk rotor sikrer forbedret effektivitet for BLDC-motorer sammenlignet med tradisjonelle børstede motorer som har nøyaktig motsatt topologi og derfor krever børster for motoroperasjonene. Bruken av børster gjør prosedyrene relativt ineffektive når det gjelder lang levetid, forbruk og størrelse.

Ulempen med BLDC Motor

Selv om BLDC-typer kan være det mest effektive motorkonseptet, har det en betydelig ulempe at det krever en ekstern elektronisk krets for å betjene den. Men med fremveksten av moderne IC-er og sensitive Hall-sensorer synes dette problemet nå å være ganske trivielt sammenlignet med den høye effektiviteten som er involvert i dette konseptet.

4 magneter BLDC Driver Design

I denne artikkelen diskuterer vi en enkel og grunnleggende styringskrets for en firemagnet, en hallsensortype BLDC-motor. Motordriften kan forstås ved å referere til følgende motormekanismediagram:

Bildet over viser et grunnleggende BLDC-motorarrangement med to sett med permanente magneter over periferien til en ekstern rotor og to sett med sentral elektromagnet (A, B, C, D) som stator.

For å starte og opprettholde et rotasjonsmoment, enten A, B eller C, må D-elektromagneter være i aktivert tilstand (aldri sammen) avhengig av posisjonene til nord / sør-polene til rotormagneten i forhold til de aktiverte elektromagneter.

Hvordan fungerer BLDC Motor Driver

For å være presis, la oss anta posisjonen vist i scenariet ovenfor med A og B i påslått tilstand slik at side A får energi med sørpolen mens side B er aktivert med nordpolen.

Dette vil bety at siden A ville ha en trekkende effekt over sin venstre blå nordpol og en avstøtende effekt på høyre side sørpolen til statoren, på samme måte ville siden B trekke den nedre røde sørpolen og frastøte den øvre nord rotorens pol ... hele prosessen kunne antas å utøve en imponerende bevegelse med urviseren over rotormekanismen.
La oss også anta at i ovennevnte situasjon er Hall-sensoren i deaktivert tilstand, siden den kan være en 'sørpol aktivert' Hall-sensorenhet.

Den ovennevnte effekten vil prøve å justere og tvinge rotoren slik at sør låses ansikt til ansikt med side B mens nordpolen med side A, men før denne situasjonen er i stand til å transpirere bringes Hall-sensoren i nærheten av forskyvning av øvre sørpol av rotoren, og når denne bare går over Hall-sensoren, blir den tvunget til å slå PÅ, sende et positivt signal til den tilkoblede styringskretsen som umiddelbart reagerer og slår AV elektromagneter A / B, og slår PÅ elektromagneter C / D, og ​​sørg for at rotormomentet til rotoren igjen håndheves og opprettholder et jevnt rotasjonsmoment på rotoren.

Grunnleggende BLDC Driver Circuit

Ovennevnte forklarte bytte av elektromagneter som svar på Hall-sensorutløsersignalet kan veldig enkelt implementeres ved å bruke følgende enkle BLDC-kontrollkretside.

Kretsen trenger ikke mye forklaring, siden den er for grunnleggende, i løpet av PÅ-situasjonene til Hall-sensoren, er BC547 og den koblede TIP122 tilsvarende slått PÅ som igjen slår PÅ de tilsvarende sett med elektromagneter festet over samleren og positiv , under utkoblingstidene for Hall-sensoren, er BC547 / TIP122-paret slått AV, men den ytterste venstre TIP122-transistoren er slått PÅ og aktiverer motsatte sett med elektromagnet.

Situasjonen byttes vekselvis, kontinuerlig så lenge kraften blir påført, og holder BLDC roterende med de nødvendige momentene og momentum.