BLDC Motor ทำงานอย่างไร: คำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับหลักการของมอเตอร์ DC ที่ไร้แปรง

ในช่วงสองถึงสามทศวรรษที่ผ่านมาเนื่องจากความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์และวัสดุแม่เหล็กถาวรBLDC Motorsได้เปลี่ยนจากมอเตอร์เฉพาะเป็นโซลูชั่นพลังงานหลักสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆBLDC Motorsมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการใช้งานรวมถึงเครื่องใช้ในครัวเรือนเครื่องมือไฟฟ้ายานพาหนะไฟฟ้าและอุปกรณ์ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรมเนื่องจากมีประสิทธิภาพสูงความน่าเชื่อถือสูงและอายุการใช้งานที่ยาวนาน แต่หลักการปฏิบัติการของมอเตอร์ BLDC ยังไม่เป็นที่รู้จักสำหรับบุคคลจำนวนมาก บทความนี้จะอธิบายสิ่งที่คุณต้องตระหนักถึงหลักการทำงานของ BLDC Motors เพื่อให้คุณได้รับมุมมองที่ละเอียดยิ่งขึ้นเกี่ยวกับนวัตกรรมที่น่าทึ่งนี้ในวิศวกรรมไฟฟ้าในปัจจุบัน

โครงสร้างพื้นฐานของมอเตอร์ BLDC

ตอนนี้ก่อนที่จะเข้าสู่หลักการทำงานเราควรทำความคุ้นเคยกับโครงสร้างพื้นฐาน:

สเตเตอร์: ติดตั้งภายในตัวเรือนมอเตอร์โดยทั่วไปจะประกอบด้วยแผ่นเหล็กซิลิคอนลามิเนตและขดลวดจะถูกแผลรอบ ๆ เพื่อสร้างเสาแม่เหล็กไฟฟ้าหลายตัว

โรเตอร์: โรเตอร์มักจะติดตั้งบนเพลาและมีแม่เหล็กถาวร BLDC Motors สามารถแบ่งออกเป็นหลายสายพันธุ์ตามการกำหนดค่าที่หลากหลายของแม่เหล็กถาวร

เซ็นเซอร์ฮอลล์: สำหรับการกำหนดตำแหน่งของโรเตอร์และข้อเสนอแนะต่อระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์

คอนโทรลเลอร์: ระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ที่กำหนดเวลาของกระแสที่ไหลผ่านขดลวดสเตเตอร์ตามข้อเสนอแนะจากเซ็นเซอร์ฮอลล์หรือกลไกการตอบรับอื่น ๆ

เป็นที่น่าสังเกตว่าโครงสร้างมอเตอร์ BLDC ที่มีอายุมากกว่านั้นไม่เหมือนใครจากโครงสร้างโรเตอร์ด้านใน โรเตอร์อยู่ข้างนอกและสเตเตอร์อยู่ข้างใน การออกแบบประเภทนี้เป็นที่แพร่หลายโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแอพพลิเคชั่นที่จำเป็นต้องมีแรงบิดสูงเช่นในไดรฟ์ของใบพัดโดรน

หลักการของแม่เหล็กไฟฟ้า: รากฐานของการทำงานของ BLDC Motor

สองหลักการพื้นฐานของแม่เหล็กไฟฟ้ากำหนดการทำงานของมอเตอร์ BLDC:

กฎของแอมเพอร์: เมื่อตัวนำที่พกพาปัจจุบันอยู่ในสนามแม่เหล็กตัวนำจะถูกบังคับ สเตเตอร์ของมอเตอร์ BLDC นั้นสร้างขึ้นจากขดลวดทองแดงขดและหลังจากขดลวดเหล่านี้มีพลังพวกเขาจะสร้างสนามแม่เหล็กที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์เพื่อสร้างแรงที่ให้การเคลื่อนที่เชิงกลเพื่อให้โรเตอร์หมุน

กฎการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าของฟาราเดย์: แรงไฟฟ้าจะถูกเหนี่ยวนำในตัวนำเมื่อมันตัดเส้นสนามแม่เหล็กหรืออยู่ในสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการควบคุมแบบไม่มีเซ็นเซอร์ซึ่งตรวจพบตำแหน่งโรเตอร์โดยการตรวจจับแรงไฟฟ้าด้านหลัง

หลักการเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในการออกแบบมอเตอร์ไร้แปรงอุตสาหกรรม พวกเขาทำสิ่งนี้ให้สำเร็จโดยการควบคุมกระแสที่ไหลผ่านขดลวดสเตเตอร์อย่างประณีตทำให้มั่นใจได้ว่าการโต้ตอบทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่ดีกับแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพและความเสถียรสูง

กระบวนการเปลี่ยนของมอเตอร์ BLDC

กลไกการทำงานที่สำคัญที่สุดในมอเตอร์ BLDC เรียกว่าการแลกเปลี่ยนทางอิเล็กทรอนิกส์ มันเป็นปัจจัยความแตกต่างที่สำคัญที่สุดและสำคัญระหว่างมอเตอร์ไร้แปรงและมอเตอร์แปรงแบบดั้งเดิม

หลักการของการแลกเปลี่ยน: การแลกเปลี่ยนเป็นกระบวนการของการเปลี่ยนทิศทางของการไหลในปัจจุบันเกี่ยวกับขดลวดของมอเตอร์เพื่อให้สามารถมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องระหว่างโรเตอร์และสเตเตอร์ซึ่งสร้างแรงบิดอย่างต่อเนื่อง

การแลกเปลี่ยนหกขั้นตอน: วิธีการควบคุมแบบดั้งเดิมของ BLDC Motors แบ่งวงจรไฟฟ้าออกเป็นหกขั้นตอน ในทุกขั้นตอนมีการใช้พลังงานสองขั้นตอนสองเฟสในขณะที่เฟสหนึ่งปิด

ข้อเสนอแนะของเซ็นเซอร์ฮอลล์: เซ็นเซอร์ฮอลล์ตรวจจับตำแหน่งของแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์เพื่อให้คอนโทรลเลอร์สามารถกำหนดได้ว่าควรมีพลังและทิศทางปัจจุบัน

การควบคุมแบบไร้เซ็นเซอร์: วิธีการขั้นสูงคือการกำหนดตำแหน่งของโรเตอร์โดยการตรวจสอบแรงไฟฟ้าด้านหลังในเฟสที่ไม่ได้รับพลังงานไม่จำเป็นต้องใช้เซ็นเซอร์ฮอลล์ในการใช้กลยุทธ์ที่ซับซ้อนนี้ทำให้เกิดความน่าเชื่อถือของไดรฟ์มากขึ้น

มอเตอร์ Big BLDC มักจะใช้กลยุทธ์การควบคุมที่ซับซ้อนมากขึ้นเช่นการขับเคลื่อนคลื่นไซน์หรือการควบคุมเวกเตอร์เพื่อให้ได้แรงบิดที่นุ่มนวลขึ้นและประสิทธิภาพที่สูงขึ้น

บทบาทของคอนโทรลเลอร์ในระบบมอเตอร์ BLDC

BLDC Motor ไม่สามารถทำงานได้ด้วยตัวเองและจำเป็นต้องรวมเข้ากับคอนโทรลเลอร์อิเล็กทรอนิกส์พิเศษ:

ไดรเวอร์มอเตอร์: โดยปกติแล้วอินเวอร์เตอร์บริดจ์สามเฟสขึ้นอยู่กับพลังงาน MOSFET หรือ IGBT ที่สลับเส้นทางปัจจุบันตามสัญญาณควบคุม

ไมโครคอนโทรลเลอร์: รับสัญญาณจากเซ็นเซอร์ตำแหน่งดำเนินการอัลกอริทึมการควบคุมและสร้างสัญญาณ PWM เพื่อขับเคลื่อนอุปกรณ์พลังงาน

การควบคุมแบบวงปิด: ให้การควบคุมความเร็วที่แม่นยำหรือการควบคุมตำแหน่งตามความต้องการของแอปพลิเคชัน

ฟังก์ชั่นการป้องกันที่ปลอดภัย: การป้องกันที่มากเกินไปการป้องกันอุณหภูมิมากเกินไปการป้องกันต่ำกว่าแรงดัน ฯลฯ

การใช้งานสำหรับระบบมอเตอร์ 48V BLDC นั้นแพร่หลายในจักรยานไฟฟ้ายานพาหนะไฟฟ้าขนาดเล็กและการใช้งานอุตสาหกรรมอื่น ๆ ตัวควบคุมและวงจรการจัดการจำเป็นต้องจัดการกับแรงดันไฟฟ้าและกระแสที่สูงขึ้นและมักจะมีชุดประสิทธิภาพและฟังก์ชั่นการป้องกันที่ซับซ้อนมากขึ้น

ลักษณะการปฏิบัติงานและสถานการณ์แอปพลิเคชันของ BLDC Motors

ตอนนี้ลองมาดูข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพของพวกเขาหลังจากเรียนรู้หลักการปฏิบัติการ BLDC Motor

ประสิทธิภาพสูง: เนื่องจากไม่มีการสูญเสียแรงเสียดทานจากแปรงและเครื่องใช้ไฟฟ้าประสิทธิภาพของพวกเขามักจะสูงกว่า 85% แม้สูงกว่า 95% ในบางกรณี

ลักษณะของแรงบิดความเร็วที่ดี: ให้เอาท์พุทแรงบิดที่หลากหลาย

อายุการใช้งานที่มากขึ้น: หากไม่มีองค์ประกอบการสึกหรอเชิงกลอายุการใช้งานจะถูก จำกัด โดยตลับลูกปืนเท่านั้น

ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนที่ดีขึ้น: การสัมผัสโดยตรงระหว่างขดลวดสเตเตอร์และตัวเรือนมอเตอร์เพื่อการกระจายความร้อนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

สัญญาณรบกวนต่ำและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า: ไม่มีประกายไฟและเสียงรบกวนที่เกิดจากการเปลี่ยนแปรง

เนื่องจากโครงสร้างพิเศษมอเตอร์ BLDC ที่มีอายุมากกว่ามีความสามารถในการให้แรงบิดที่สูงขึ้นด้วยความเร็วต่ำทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับระบบขับเคลื่อนโดยตรงเช่นใบพัดขึ้นเสียงพัดลมและพัดลม ฯลฯ ด้วยข้อดีของความมั่นคงและความทนทาน

อัลกอริทึมการควบคุมของมอเตอร์ BLDC

เทคโนโลยีการควบคุม BLDC ที่ทันสมัยที่พัฒนาขึ้นได้ผ่านวิธีการแลกเปลี่ยนหกขั้นตอนที่เรียบง่ายนี้:

การควบคุมคลื่นแบบสี่เหลี่ยมคางหมู: วิธีการควบคุมขั้นพื้นฐานที่สุดคือรูปคลื่นกระแสสี่เหลี่ยมคางหมู มันง่ายที่จะนำไปปฏิบัติ แต่สร้างแรงบิดระลอกคลื่นของแอมพลิจูดจำนวนมาก

การควบคุม Sinusoidal: การขับมอเตอร์โดยกระแสไซนัสซึ่งสามารถลดแรงบิดแรงบิดของมอเตอร์และทำให้การวิ่งราบรื่นขึ้น

การควบคุมแบบภาคสนาม (FOC): โดยการใช้การแปลงทางคณิตศาสตร์กระแสไฟฟ้า 3 เฟสจะถูกแปลไปยังระบบพิกัดการหมุนสำหรับการควบคุมซึ่งนำไปสู่การควบคุมแรงบิดที่ดีที่สุดและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

เทคโนโลยีฟิวชั่นเซ็นเซอร์: รวมสัญญาณตอบรับที่หลากหลาย (เช่นเซ็นเซอร์ฮอลล์ตัวเข้ารหัสและการสุ่มตัวอย่างปัจจุบัน) เพื่อความแม่นยำในการควบคุมและความทนทานที่ดีขึ้น

เนื่องจากความท้าทายในแอปพลิเคชันที่ใช้พลังงานสูงเช่นการจัดการความร้อนการเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพและการตอบสนองแบบไดนามิกอัลกอริทึมการควบคุมที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นมักจะใช้สำหรับมอเตอร์ BLDC ขนาดใหญ่

สรุป: หลักการทำงานและข้อได้เปรียบของ BLDC Motors

BLDC Motorsควบคุมกระแสไฟฟ้าอย่างแม่นยำในขดลวดสเตเตอร์ผ่านระบบควบคุมอิเล็กทรอนิกส์และโต้ตอบกับแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์เพื่อให้ได้การแปลงพลังงานไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพเป็นพลังงานเชิงกล ตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กไปจนถึงอุปกรณ์อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ตั้งแต่แอพพลิเคชั่นแรงดันไฟฟ้าต่ำไปจนถึงระบบมอเตอร์ BLDC 48V, มอเตอร์ DC ที่ไร้แปรงด้วยประสิทธิภาพสูงความน่าเชื่อถือสูงและประสิทธิภาพการควบคุมที่ยอดเยี่ยมกำลังขับเคลื่อนความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและการปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานในอุตสาหกรรมต่างๆ ด้วยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์และวัสดุแม่เหล็กถาวรเราสามารถคาดการณ์ได้ว่า BLDC Motors จะมีโอกาสในการใช้งานที่กว้างขึ้นและประสิทธิภาพที่โดดเด่นยิ่งขึ้น

หากคุณสนใจผลิตภัณฑ์ของเราหรือมีคำถามใด ๆ โปรดอย่าลังเลติดต่อเราและเราจะตอบกลับคุณภายใน 24 ชั่วโมง