Что такое бесщеточный двигатель постоянного тока? Элементы управления, приложения и типы

BLDC, или бесщеточные двигатели постоянного тока, имеют ряд преимуществ перед своими традиционными «щеточными» аналогами. Бесщеточные двигатели используются в дронах, электроинструментах, потребительских товарах, упаковочном оборудовании, бытовой технике, медицинских приборах и т. д. В этом посте мы рассмотрим относительные преимущества и недостатки двигателей BLDC по сравнению с другими технологиями двигателей. Мы также узнаем, где увидеть их в действии и как их можно использовать.

Бесщеточные двигатели постоянного тока последовательно подают напряжение на электромагнитные катушки на статоре двигателя (неподвижная часть), создавая силу на постоянных магнитах, расположенных на роторе двигателя (вращающаяся часть). На катушки статора необходимо подавать напряжение по определенной схеме с различными электрическими (и, следовательно, магнитными) направлениями с помощью специального драйвера. Двигатели BLDC работают значительно эффективнее, чем коллекторные двигатели постоянного тока, при тех же нагрузках и скоростях.

Выполнение этого шаблона требует, чтобы водитель знал положение ротора в любой момент времени. Двигатели BLDC имеют замкнутый контур управления, обычно с помощью датчика Холла или путем обнаружения обратной ЭДС. Вращательную мощность можно контролировать с высокой степенью точности, изменяя скорость последовательности катушек. Двигатели BLDC имеют некоторое сходство с шаговыми двигателями, но BLDC оптимизированы для высокой скорости, тогда как шаговые двигатели, в которых используется установка с разомкнутым контуром, оптимизированы для точного позиционирования.

Существует два основных типа двигателей BLDC: с внутренним и внешним ротором.

Электромагнитные секции как внутреннего, так и внешнего бегунка остаются неподвижными, пока магниты вращаются. Это отличается от традиционного двигателя постоянного тока, где магниты остаются неподвижными (прикрепленными к корпусу), а электромагнитная секция вращается. Другое фундаментальное отличие заключается в том, что вместо подачи питания на синхронизирующую катушку на основе датчика Холла или обратной ЭДС, коллекторные двигатели постоянного тока используют физические щетки для передачи электричества в «механически запрограммированной» последовательности.

Большим преимуществом коллекторных двигателей постоянного тока по сравнению с бесщеточными двигателями постоянного тока является то, что они недороги и просты в использовании; просто подключите один из них к источнику постоянного тока с соответствующим напряжением. Однако к недостаткам относятся более низкая эффективность, износ щеток из-за трения и искры. Коллекторные двигатели постоянного тока также имеют меньший контроль выходной мощности по сравнению с двигателями BLDC. У них нет встроенной обратной связи, и изменение входного напряжения является единственным методом изменения выходных оборотов в минуту и ​​крутящего момента.

Двигатель BLDC — это шаговый двигатель, двигатель переменного тока или что-то уникальное?

Бесщеточные двигатели постоянного тока вращаются быстрыми последовательными шагами, поэтому возникает соблазн отнести это вращательное устройство к категории шаговых двигателей. Как отмечалось ранее, практическое отличие состоит в том, что BLDC обычно разрабатываются для работы на высоких скоростях, а шаговые двигатели предназначены для точного позиционирования. Если вам нужен двигатель, вращающийся со скоростью несколько тысяч об/мин, BLDC — правильный выбор по сравнению с шаговым двигателем.

В то же время, если вам нужен двигатель, который будет точно поворачивать доли оборота вперед и назад, снова и снова, шаговые двигатели могут работать очень хорошо. Учтите, что фрезерные станки с ЧПУ и 3D-принтеры часто работают под управлением шагового двигателя в течение нескольких часов, при этом каждый шаг остается идеально синхронизированным. Серводвигатели, которые используют обратную связь от датчиков для определения расстояния перемещения двигателя, также могут быть хорошим выбором для точного позиционирования.

Учитывая, что двигатели BLDC сочетают в себе элементы шагового и сервопривода, можно по праву считать BLDC совершенно уникальной системой. Обладая превосходными скоростными характеристиками и эффективностью, встроенной обратной связью и низкими затратами на техническое обслуживание, двигатели BLDC являются привлекательным вариантом для различных проектов автоматизации.

Двигатели BLDC представляют собой устройства постоянного тока, но аналог переменного тока называется синхронным двигателем с постоянными магнитами (СДПМ). Вместо контролируемой подачи постоянного тока на каждую катушку в двигателе этого типа используется источник переменного тока с преобразователем частоты для управления скоростью двигателя. PMSM обычно более эффективны и производят больший крутящий момент, чем двигатели BLDC, и часто используются в электромобилях. Хотя это и не то же самое, что двигатель BLDC, PMSM являются хорошей альтернативой во многих ситуациях.