Бесколлекторный электродвигатель постоянного тока

На данный момент в разных технических средствах, машинах и механизмах чаще всего используются не обычные, а бесколлекторные двигатели постоянного тока. Такие электродвигатели – BLDC (Brushless Direct Current Motor) – отличаются высокой надежностью, поскольку не содержат щеточно-коллекторного узла, который является слабым местом у обычных моторов синхронного типа.

Содержание

1. Устройство бесколлекторного электродвигателя
2. Особенности бесколлекторного электродвигателя постоянного тока
3. Принципы работы бесколлекторного электродвигателя постоянного тока
4. Преимущества и недостатки бесколлекторного двигателя

Устройство бесколлекторного электродвигателя

На практике бесколлекторный электродвигатель постоянного тока имеет высокий КПД и экономичность токопотребления, поскольку энергия не расходуется на лишний нагрев внутренних элементов. Для лучшего понимания функционирования бесколлекторого двигателя электрического тока, стоит подробней рассмотреть его конструкционные особенности. Основные компоненты такого электродвигателя постоянного тока включают в себя следующее:

• Статор. Состоит из неподвижных магнитов или катушек, расположенных вокруг вращающегося ротора. Эти магниты или катушки создают магнитное поле, которое взаимодействует с ротором.
• Ротор. Представляет собой вращающуюся часть двигателя, который содержит постоянные магниты или катушки, создающие второе магнитное поле. Ротор может быть дисковым или цилиндрическим, в зависимости от модификации.
• Датчики Холла. Для управления двигателем и определения его положения вращения на роторе устанавливаются датчики Холла. С их помощью обеспечивается мониторинг магнитного поля ротора и предоставляется обратная связь для электронного управления.
• Электронное управление. Данная система обрабатывает информацию от датчиков Холла и управляет подачей электрического тока в обмотки статора. Это управление позволяет предельно точно регулировать вращение ротора.

Примечательно, что в двигателях используются специальные электронные ключи, которые создают гораздо меньшие потери, нежели при механической коммутации. Наиболее дорогостоящие частью прибора является электронный блок, от управления которого зависят такие параметры, как скорость вращения и мощность двигателя.

Особенности бесколлекторного электродвигателя постоянного тока

Примечательно, что двигатели бесколлекторного типа являются разновидностью синхронных силовых установок, но оснащенных магнитами постоянного тока. Они питаются от цепи через встроенный инвертор, управление которым обеспечивается за счет контроллеров, оснащенных системой обратной связи. Работа происходит следующим образом.
Контроллер подает на фазу мотора ток определенного напряжения, который требуется для создания крутящего момента. После этого приводится в действие вращение ротора и прибор начинает функционировать. Примечательно, что с момента возникновения бесколлекторных двигателей, их конструкция постепенно усложнялась и совершенствовалась. Приборы такого типа являются очень надежными и долговечными, поэтому они стали активно использоваться в разных установках.

Принципы работы бесколлекторного электродвигателя постоянного тока

Принцип работы бесколлекторного двигателя постоянного тока заключается в том, что электроника управления переключает ток в обмотках статора таким образом, чтобы создавать вращательное магнитное поле в статоре. Именно поле взаимодействует с магнитами (или катушками) на роторе, вызывая его вращение.
Датчики Холла при этом обеспечивают обратную связь для определения положения ротора, а также коррекции управляющего сигнала. Для лучшего понимания того, как работает бесколлекторный электродвигатель постоянного тока, рассмотрим основные узлы такого устройства:

• Магнитное поле. Бесколлекторный двигатель имеет постоянные магниты (обычно на роторе) и статор, который содержит катушки.
• Электроника управления. Бесколлекторные двигатели оборудованы электроникой управления, которая контролирует подачу электрического тока в катушки статора. Эта электроника может быть микроконтроллером или специализированным контроллером.
• Датчики позиции. Для точного управления вращением ротора и определения его положения, бесколлекторные двигатели обычно оснащаются датчиками позиции. Они позволяют предельно точно предоставлять информацию о текущем положении ротора.
• Электронное управление фазами. На основе данных от датчиков позиции электроника управления определяет, какие фазы катушек статора следует активировать, чтобы создать вращающееся магнитное поле. Это позволяет ротору двигаться в нужном направлении.
• Коммутация.Вместо механической коммутации, как в случае бесколлекторных двигателей постоянного тока, бесколлекторные двигатели используют электронику управления. Это качественным образом увеличивает эффективность и надежность работы мотора.

Такие моторы представляют собой эффективные и надежные устройства, которые используются в различных приложениях, включая электроинструменты, автомобильные системы, вентиляторы и многие другие.

Преимущества и недостатки бесколлекторного двигателя

Из особенностей бесколлекторных двигателей постоянного тока выделяют высокую эффективность, отсутствие износа щеток и коллектора, а также повышенную точность контроля вращения, относительно низкий уровень шума. Они широко используются в различных применениях, включая промышленные системы автоматизации, медицинские устройства, электронику для потребителей и многие другие области. Теперь рассмотрим их сильные и слабые стороны.

Преимущества

Такие двигатели обычно более эффективны, чем коллекторные двигатели постоянного тока, так как у них нет механических контактов и потерь при трении коллектора и щеток.

• Долговечность. Благодаря отсутствию коллектора и щеток, бесколлекторные двигатели имеют более долгий срок службы и меньшую вероятность отказа из-за износа деталей.
• Надежность.Из-за отсутствия щеточного узла у коллектора нет искрения и электромагнитных помех, что делает их более надежными в работе.
• Бесшумность. BLDC-моторы работают более тихо, что является весомым плюсом, особенно при монтаже в бытовых приборах, которые устанавливаются в частных домах и квартирах.
• Более высокая мощность и крутящий момент. Двигатели такого типа могут обеспечивать большую мощность и крутящий момент по сравнению с аналогичными DC-двигателями.

Недостатки

• Сложность управления. Моторы требуют сложной электроники для управления и синхронизации фаз статора, что может усложнить их применение, техническое и сервисное обслуживание.
• Высокая цена. Бесколлекторные двигатели обычно более дорогие по сравнению с обычными мотора вследствие более сложной конструкции и требования к электронике.
• Зависимость от электроники.Все BLDC-моторы требуют четкой совместной работы с управляющей электроникой (часто называемой инвертором), причем, если она выйдет из строя, весь двигатель может оказаться нерабочим.
• Сложность ремонта. В случае поломки бесколлекторного двигателя, его ремонт может быть более сложным и дорогостоящим по сравнению с DC-двигателем, где можно легко заменить щетки.
• Ограниченный диапазон скорости. BLDC-двигатели могут иметь ограниченный диапазон скорости по сравнению с некоторыми другими типами двигателей.

В целом, бесколлекторные двигатели постоянного тока являются высокоэффективными и надежными устройствами, однако их применение зависит от конкретных требований, а также ограничений конкретного приложения.