Bezkartáčový stejnosměrný motor – Technogroup

V současnosti se v různých technických prostředcích, strojích a mechanismech nejčastěji používají bezkomutátorové stejnosměrné motory než klasické. Takové elektromotory – BLDC (Brushless Direct Current Motor) – jsou vysoce spolehlivé, protože neobsahují jednotku kartáč-kolektor, což je slabá stránka běžných synchronních motorů.

Zařízení s bezkomutátorovým elektromotorem

V praxi má bezkomutátorový stejnosměrný motor vysokou účinnost a ekonomickou spotřebu energie, protože energie není vynaložena na zbytečné zahřívání vnitřních prvků. Abychom lépe porozuměli fungování bezkomutátorového elektromotoru, stojí za to se blíže podívat na jeho konstrukční vlastnosti. Mezi hlavní součásti takového stejnosměrného motoru patří následující:

• Stator. Skládá se ze stacionárních magnetů nebo cívek umístěných kolem rotujícího rotoru. Tyto magnety nebo cívky vytvářejí magnetické pole, které interaguje s rotorem.
• Rotor. Je to rotující část motoru, která obsahuje permanentní magnety nebo cívky, které vytvářejí druhé magnetické pole. Rotor může být kotoučový nebo válcový, v závislosti na modifikaci.
• Hallovy senzory. Pro ovládání motoru a určení jeho polohy otáčení jsou na rotoru instalovány Hallovy senzory. Zajišťují monitorování magnetického pole rotoru a zpětnou vazbu pro elektronické řízení.
• Elektronické ovládání. Tento systém zpracovává informace z Hallových senzorů a řídí přívod elektrického proudu do vinutí statoru. Toto ovládání umožňuje extrémně přesnou regulaci otáčení rotoru.

Je pozoruhodné, že motory používají speciální elektronické spínače, které vytvářejí mnohem menší ztráty než u mechanického spínání. Nejdražší částí zařízení je elektronická jednotka, jejíž ovládání určuje parametry jako rychlost otáčení a výkon motoru.

Vlastnosti bezkomutátorového stejnosměrného motoru

Je pozoruhodné, že bezkomutátorové motory jsou typem synchronních napájecích jednotek, ale vybavené stejnosměrnými magnety. Jsou napájeny obvodem přes vestavěný měnič, který je řízen regulátory vybavenými zpětnovazebním systémem. Práce se provádí následovně.
Regulátor dodává do fáze motoru určitý napěťový proud, který je nutný k vytvoření točivého momentu. Poté se rotor začne otáčet a zařízení začne fungovat. Je pozoruhodné, že od vzniku bezkomutátorových motorů se jejich konstrukce postupně stala složitější a vylepšenou. Zařízení tohoto typu jsou velmi spolehlivá a odolná, takže se široce používají v různých instalacích.

Princip činnosti bezkomutátorového stejnosměrného motoru

Princip činnosti bezkomutátorového stejnosměrného motoru spočívá v tom, že řídicí elektronika spíná proud ve vinutí statoru tak, aby ve statoru vytvořilo rotační magnetické pole. Je to pole, které interaguje s magnety (nebo cívkami) na rotoru a způsobuje jeho rotaci.
Hallovy snímače poskytují zpětnou vazbu pro určení polohy rotoru a pro korekci řídicího signálu. Abychom lépe pochopili, jak bezkomutátorový stejnosměrný motor funguje, podívejme se na hlavní součásti takového zařízení:

• Magnetické pole. Bezkomutátorový motor má permanentní magnety (obvykle na rotoru) a stator, který obsahuje cívky.
• Řídící elektronika. Střídavé motory jsou vybaveny řídicí elektronikou, která řídí tok elektrického proudu do cívek statoru. Touto elektronikou může být mikrokontrolér nebo vyhrazený ovladač.
• Polohové senzory. Pro přesné řízení otáčení rotoru a určení jeho polohy jsou bezkomutátorové motory obvykle vybaveny snímači polohy. Umožňují extrémně přesné poskytování informací o aktuální poloze rotoru.
• Elektronické řízení fáze. Řídicí elektronika na základě dat z polohových snímačů určuje, které fáze statorových cívek mají být aktivovány, aby se vytvořilo točivé magnetické pole. To umožňuje rotoru pohybovat se požadovaným směrem.
• Přepínání.Namísto mechanické komutace, jako u bezkomutátorových stejnosměrných motorů, využívají bezkomutátorové motory řídicí elektroniku. To výrazně zvyšuje účinnost a spolehlivost motoru.

Tyto motory jsou účinná a spolehlivá zařízení, která se používají v různých aplikacích včetně elektrického nářadí, automobilových systémů, ventilátorů a mnoha dalších.

Výhody a nevýhody bezkomutátorového motoru

Mezi vlastnosti bezkomutátorových stejnosměrných motorů patří vysoká účinnost, žádné opotřebení kartáčů a kolektorů, zvýšená přesnost řízení rotace a relativně nízká hladina hluku. Jsou široce používány v různých aplikacích včetně průmyslových automatizačních systémů, lékařských zařízení, spotřební elektroniky a mnoha dalších oblastech. Nyní se podívejme na jejich silné a slabé stránky.

Tyto motory jsou obecně účinnější než kartáčované stejnosměrné motory, protože nemají žádné mechanické kontakty a žádné ztráty třením od komutátoru a kartáčů.

• Trvanlivost. Díky absenci komutátoru a kartáčů mají bezkomutátorové motory delší životnost a je méně pravděpodobné, že selžou v důsledku opotřebení dílů.
• Spolehlivost.Díky absenci kartáčové sestavy nemá kolektor jiskření a elektromagnetické rušení, což je činí spolehlivějšími v provozu.
• Umlčet. BLDC motory pracují tišeji, což je významná výhoda, zejména při instalaci do domácích spotřebičů, které jsou instalovány v soukromých domech a bytech.
• Více výkonu a točivého momentu. Motory tohoto typu mohou poskytnout větší výkon a točivý moment než podobné stejnosměrné motory.

Nedostatky

• Složitost řízení. Motory vyžadují složitou elektroniku pro řízení a synchronizaci fází statoru, což může komplikovat jejich aplikaci, údržbu a servis.
• Vysoká cena Bezkomutátorové motory jsou obvykle dražší než konvenční motory kvůli jejich složitější konstrukci a elektronickým požadavkům.
• Závislost na elektronice.Všechny BLDC motory vyžadují pečlivou koordinaci s řídicí elektronikou (často nazývanou invertor), a pokud tato selže, může být celý motor nefunkční.
• Složitost opravy. Pokud selže bezkomutátorový motor, může být jeho oprava obtížnější a nákladnější ve srovnání se stejnosměrným motorem, kde lze kartáče snadno vyměnit.
• Omezený rozsah otáček. Motory BLDC mohou mít ve srovnání s některými jinými typy motorů omezený rozsah otáček.

Obecně jsou bezkomutátorové stejnosměrné motory vysoce účinná a spolehlivá zařízení, ale jejich použití závisí na konkrétních požadavcích a omezeních konkrétní aplikace.