مقالات --» BLDC MOTOR

موتور جریان مستقیم بدون جاروبک (BLDC) که همچنین به عنوان موتورهای تغییر دهنده جریان برق به صورت الکترونیکی (ECMS،EC Motors)موتورهای الکتریکی هستند که با جریان مستقیم (DC)تغذیه می شوند و در مقایسه با تغییر دهنده های مکانیکی جریان برق (کموتاتور) یا موتور با جاروبک، دارای سیستمهای الکترونیکی تغییر دهنده جریان برق (کموتاسیون) هستند. رابطه جریان –گشتاور و فرکانس- سرعت موتورهای BLDC به صورت خطی می باشد.
 موتورهای Brushless را می توان به عنوان Stepper موتورهایی با آهنربای دائم و احتمالاً تعداد بیشتر قطب های روی روتور نسبت به استاتور و یا موتور رلوکتانسی تعریف کرد. در موتور رلوکتانسی ممکن است آهنربای دائم وجود نداشته باشد که در این صورت باعث القا قطبهایی روی روتور شده که منجر به هم جهت شدن موتور و استاتور شده و موتور را می چرخاند. به هرحال موتورهای پله ای به موتورهایی گفته می شود که طروی طراحی شود که در آن روتور بتواند به صورت متوالی در مکان زاویه ای مشخص متوقف شود.

Brushless-Motor-DUM60 copy.gif

 
 مقایسه موتور جاروبک دار و بدون جاروبک
 

 موتورهای جاروبک دار از سال 1886 در کارهای تجاری مورد استفاده قرار گرفت. در صورتی که BLDC motor از سال 1962 مورد استفاده تجاری قرار گرفت.
 محدودیت هایی موتورهای جاروبک دار در BLDC motor مرتفع گشته است.عبارتند از: بازده پایین و حساسیت مونتاژ کموتاتور به پوشش مکانیکی که در نتیجه نیازمند ارائه خدمات پیچیده تر و هزینه های گران قیمت و کنترل الکترونیکی ناهموارتر می باشد.
 همان طور که در تصویر زیر مشاهده می کنید، BLDC حداکثر گشتاور را در دور صفر داشته و با افزایش سرعت گشتاور به طور خطی کاهش می یابد.
 
Brushless1.gif
 
 یک موتور BLDC دارای یک آهنربای دائم چرخان و آرمیچر ثابت می باشد و به همین جهت مشکل اتصال جریان به آرمیچر چرخان حل می شود. یک کنترلر الکترونیکی جایگزین جاروبکها در موتور جاروبکدار DC می شود که بتواند به صورت متوالی فاز هر سیم پیچ را عوض کند تا موتور بتواند بچرخد. کنترلر توزیع زمانی مناسب توان را با استفاده از مدارات حالت جامد انجام می دهد.
 مزایای موتورBLDC نسبت به موتورهای جاروبک دار عبارتند از: گشتاور بیشتر نسبت به وزن، گشتاور بیشتر نسبت به وات (افزایش بهره وری)، افزایش قابلیت اطمینان، کاهش نویز، عمر بیشتر(بدون استهلاک جاروبک وکموتاتور)، حذف یونیزاسیون جرقه های کموتاتور و کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI).
 به دلیل این که سیم پیچی بر روی روتور وجود ندارد نیروی آنها در معرض نیروی گریز از مرکز قرار نمی گیرد و به این دلیل که سیم پیچ ها بوسیله پوششی محافظت می شود. می توان آن را به وسیله ی هدایت فلزی خنک کرد و به سیستمی برای خنک کردن با هوا در داخل موتور احتیاجی ندارد و به صورت کامل از غبار و مواد خارجی محصور و محافظت می شود.
 حداکثر قدرتی که می تواند یک موتور BLDC داشته باشد فوق العاده بالا و فقط توسط گرما محدود می شود.که باعث تضعیف آهنربا می شود. (مغناطیس های دائم در دمای بالا خاصیت خود را از دست می دهند، نقطه کوری و برای آهنربای نئودیمیم آهن و بور این دما کمتر از انواع دیگر می باشد.)
 نقطه ضعف اصلی موتور BLDC هزینه های بالاتر است که ناشی از دو موضوع است: اول: موتور BLDC نیاز پیچیده ای به کنترل سرعت الکترونیکی دارد در صورتی که موتورهای جاروبک دار را می توان با یک کنترلر نسبتاً ساده توسط یک رئوستا (مقاومت متغیر) تنظیم کرد. ولی این روش، این بازده را کاهش می دهد زیرا توان در رئوستا هدر می رود. دوم: بعضی از کاربردهای عملی در بخش تجاری به خوبی پیشرفت نکرده اند. به عنوان مثال در Radio Control موتورهای بدون جاروبک با دست سیم پیچی می شوند در حالی که موتورهای جاروبک دار با ماشین سیم پیچی می گردند.
 موتور BLDC اغلب در تبدیل برق به انرژی مکانیکی نسبت به موتورهای جاروبک دار کار آمدتر است. این بهبود بیشتر به دلیل عدم وجود تلفات برق و اصطکاک به علت جاروبک در BLDC می باشد. بیشترین بهبود در بازده در ناحیه بی بار یا کم بار اتفاق می افتد. زیر بارهای سنگین مکانیکی، موتور BLDC و موتور جاروبک دار با کیفیت بالا از نظر بازده قابل مقایسه هستند. در زمان هایی که بار مکانیکی بسیار بالاست موتورهای BLDC و موتورهای جاروبک دار با کیفیت بالا قابل مقایسه هستند.
 موتورهای AC القایی نیازمند القای میدان مغناطیسی در روتور توسط میدان دوار استاتورهستند که منجر به خروج از فاز میدان های مغناطیسی و الکتریکی می گردد. اختلاف فاز نیازمند جریان بالاتر است و جریان بالاتر باعث تلفات توان می گردد.
 موتورهای BLDC دارای کنترل میکروپروسسوری برای حفظ جریان استاتور هم فاز با آهنربای دائمی روتور هستند که نیاز به جریان کمتر برای همان اثر و در نتیجه بازده بیشتر می باشد.
 در حالت کلی کارخانه ها زمانی که هزینه پایین اولویت داشته باشد، از موتورهای جاروبک دار و برای رفع نیازهایی به علت عدم احتیاج به تعمیر، سرعت بالا و قابلیت کاربرد در محیط های انفجاری استفاده می کنند.
Brushless 3.gif

 
 پیاده سازی کنترل کننده
 

 به این دلیل که کنترلر باید چرخش روتور مدیریت کند، کنترلر باید چند وسیله برای مشخص کردن مکان و جهت چرخش روتور (به نسبت سیم پیچ استاتور)داشته باشد.
 بعضی از طرح ها از سنسورهای اثر هال و بعضی دیگر از اینکدر جرخشی به طور مستقیم مکان روتور را مشخص می کند. بعضی دیگر مقدار EMF برگشتی را اندازه گیری کرده و به این روش نیازی به استفاده از سنسورهای اثر هال نیست. بنابراین این روش ها بدون سنسور نامیده می شوند. مانند یک موتور AC ولتاز سیم پیچ ها سینوسی است ولی در حین کموتاسیون کامل، به علت خروجی DC کنترل کننده، خروجی به شکل ذوزنقه ای ظاهر می شود.
 کنترلر شامل 3 خروجی دوجهته برای دستیابی به جریان بالای dc است که توسط یک مدار منطقی کنترل می شود. کنترلرهای ساده از مقایسه گرهایی برای تعیین زمان ارتقای فاز خروجی استفاده می کنند در حالی که کنترلرهای پیشرفته از یک میکروکنترلر برای مدیریت شتاب، کنترل سرعت و تنظیم دقیق بازده استفاده می کنند.
 کنترل هایی که مکان روتور را بر مبنای Back-EMF مشخص می کنند با مشکلات های بزرگی درحرکت اولیه مواجهند. زیرا هیچگونه Back-EMF زمانی که روتور ثابت است ایجاد نمی شود. این موضوع معمولاً با شروع چرخش از یک فاز دلخواه انجام می شود و در صورت اشتباه بودن فاز دلخواه به فاز بعدی می رود. این مسئله می تواند باعث عقب گرد موتور بشود که در این صورت توالی راه اندازی موتور پیچیده تر می شود
 کنترلر های بدون سنسور دیگر، قادر هستند اشباع سیم پیچ را به وسیله ی مکان Magnet اندازه گیری کرد تا مکان روتور را حدس بزنند.
 معمولاً واحد کنترلر با ESC شناخته می شود که به معنای کنترلر سرعت الکترونیکی است.

Brushless 2.gif Brushless 4.gif


 
 تفاوت هایی در ساختار
 

 موتورهای بذون جاروبک می تواند در چند پیکربندی مختلف فیزیکی ساخته شوند:
 در پیکربندی معمولی (که به عنوان محرک داخلی تیز شناخته می شوند)، مغناطیس های دائم بخشی از روتور هستند. سه سیم پیچ استاتور روتور را احاطه می کنند.
 در پیکربندی محرک خارجی (یا روتور خارجی)، رابطه شعاعی بین سیم پیچ ها و مگنت ها معکوس می گردد؛ سیم پیچ های استاتورمرکز موتور را شکل داده و مغناطیس های دائم با روتور می چرخد که روتور را احاطه می کنند. مدل تخت، در زمانی که محدودیت های زمانی یا شکلی وجود داشته باشد، از صفحات روتور یا استاتور که به صورت رودررو قرار گرفته اند، استفاده می کنند.
 محرک های خارجی معمولا تعداد قطب بیشتری دارند، به گونه ای ترکیب می شوند که سه گروه سیم پیچی را
 ایجاد کرده و در دورهای پایین تر گشتاور بیشتری خواهند داشت. در همه موتورهای بدون جاروبک کویل ها ثابت هستند.
 دو ساختار الکتریکی برای نحوه سربندی سیم ها موجود است:
 اتصال دلتا سه سیم پیچ را به صورت سری در یک مدار مثلثی به هم متصل می کند و توان به هر سیم پیچ اعمال می گردد.
 اتصال ستاره تمام سیم پیچ ها را به یک نقطه مشترک مرکزی متصل می کند و توان به انتهای هر سیم پیچ اعمال می گردد.
 موتور با اتصال مثلث در دورکم گشتاور کمی تولید می کند، اما در دورهای بالا گشتاور بیشتری تحویل می دهد. اتصال ستاره در دورکم،گشتاور بالایی تحویل می دهد اما به اندازه گشتاور در دورهای بالا نیست.
 اگرچه بازده به شدت تحت تاثیر ساختار موتور است اما اتصال ستاره بازده بیشتری دارد. در اتصال مثلث، نیمی از ولتاژ به سیم پیچ مجاور اعمال می گردد که باعث افزایش تلفات اهمی می گردد. علاوه بر این، سیم پیچ ها به جریان های فرکانس بالای مزاحم اجازه می دهند که درون موتور گردش کنند. اتصال ستاره حلقه بسته ای ندارد که باعث ایجاد جریان های گردشی شده و بنابراین مانع چنین تلفاتی خواهد شد.
 از یک نقطه اتکا کنترلر، دو روش سیم پیچی کاملا مشابه با هم طراحی می شوند، اگرچه بعضی از کنترلرهای ارزانتر نیز برای دریافت ولتاژ از نقطه مرکز ستاره طراحی شده اند.



.

© 1389 تمام حقوق این سایت متعلق به شرکت مهندسی نوین تجارت می باشد
میزبانی و طراحی وب توسط گروه نرم افزاری رنگارنگ