Что такое BLDC-мотор — вентильный синхронный электродвигатель на постоянных магнитах
Что такое BLDC-мотор
BLDC двигатель, он же вентильный двигатель — это бесколлекторный синхронный двигатель постоянного тока на постоянных магнитах. Функцию коллектора в данном случае выполняет электронный контроллер, как если бы двигатель был коллекторный — контроллер переключает обмотки в зависимости от положения ротора с магнитами, определяемого датчиками Холла, установленными в мотор. Если двигатель застопорить, то контроллер будет подавать ток в те две фазы, которые должны его стронуть в нужную сторону. Контроллер не будет переключать фазы, пока ротор стоит. Дополнительно в отличие от механических коллекторов,это обеспечивает работу большого количества магнитных пар,чем может быть обеспечен значительно больший момент.
По сути, BLDC – это коллекторный двигатель с «электронным коллектором», но лишенный его недостатков в виде механического износа щеток и постоянного обслуживания щеточного узла для удаления нагара и загрязнений.
«Вентильный электродвигатель» — это наше, советское название. В зарубежной литературе они называются по другому. Общие аббревиатуры для обозначения синхронных бесколлектроных электродвигателей постоянного тока — это BLDC или PMSM:
-
BLDC — Brushless DC electric motor (бесколлекторный электродвигатель постоянного тока). -
PMSM — Permanent Magnet Synchronous Motor (синхронный двигатель с постоянными магнитами).
Конструкция:
В роторе двигателя размещаются постоянные магниты, создающие магнитное поле, которые чередуются + — + -… В зависимости от количества магнитов, двигатель имеет соответствующее количество полюсов. Роторы линейки Golden Motor 3-5-10-20кВт имеют 8 магнитов, т.е. 4 пары магнитов.
Статор сделан из электротехнической стали и медной обмотки, уложенной в пазы сердечника. Количество обмоток определяет количество фаз двигателя. Для вращения необходимы 3 фазы. Обычно ВД трёхфазные, в Golden Motor в т.ч.
BLDC двигатель так же имеет более высокие эксплуатационные характеристики по сравнению с асинхронными двигателями. Он обладает лучшей удельной мощностью (мощность на килограмм массы), лучшим КПД, особенно на низких оборотах и на старте, более простое управление (асинхронным двигателям требуется чистый синус).
Каждому мотору нужен свой управляющий контроллер.
Ниже представлено видео, объясняющая принцип действия:
Заметки о трёхфазных BLDC-моторах. Часть 1. Алгоритм блочной коммутации — radiohlam.ru
Введение
Скопилось тут у меня достаточно много моторчиков от старых винчестеров. Выкидывать это добро — жалко, поэтому решено было куда-нибудь их приделать. Ну, до «приделать» мы ещё дойдём, а перво-наперво неплохо было бы разобраться как такие моторы вообще работают и как ими управлять. Написано об этом в общем-то довольно много, но я попробую изложить всю эту теорию несколько по-новому, так сказать под другим углом.
Итак, поехали. Аббревиатура BLDC расшифровывается с буржуинского как brushless direct current (motor) — бесщёточный мотор постоянного тока. По своей сути это обычный трёхфазный синхронный электродвигатель с постоянными магнитами, по крайней мере в том, что касается конструкции самого двигателя. Про общие принципы работы синхронных двигателей можно почитать вот тут.
Если вкратце говорить о конструкции, то тут всё просто, — на статоре двигателя располагаются электромагниты, намотанные тремя проводами (три фазы), на роторе закреплены постоянные магниты. Двигатели с ротором, расположенным внутри статора, называются Inrunner («крутилка» внутри), двигатели с ротором, расположенным вокруг статора, называются Outrunner («крутилка» снаружи). Оба варианта показаны на рисунке слева. Обмотки статора соединяются между собой в звезду или в треугольник. Вот и вся конструкция.
Что же в нём всё таки особенного, чем он всё таки отличается от обычного синхронника и как его запитать постоянным током? Для того, чтобы это понять — с обычного синхронника и начнём, постепенно «переделывая» его в bldc-мотор.
Как питается обычный синхронник
Для начала давайте нарисуем диаграмму подачи напряжений на обмотки обычного синхронного электродвигателя (рисунок справа). Это три синусоиды, которые сдвинуты на 1200 по фазе. Они, как известно, создают вращающееся магнитное поле, с которым сцепляется и синхронно вращается магнитное поле ротора (ну и, соответственно, сам ротор). Вертикальные оси на рисунке (U, V, W) — напряжение на обмотках относительно нулевого провода трёхфазной сети (тот, к которому подключается общая точка при соединении обмоток звездой), горизонтальные оси (t) — оси времени.
Переделываем обычный синхронник на однополярное питание
А теперь давайте возьмём и сделаем нашу синусоиду дискретной, ну то есть разделим её на кучу участков, на каждом из которых часть синусоиды заменим на среднее для этого участка напряжение(рисунок слева). Что принципиально поменялось? Да ничего! При достаточно большой степени дискретизации двигатель вообще не заметит никакой разницы.
Это как со звуком. Звук ведь сейчас почти повсеместно цифровой, то есть дискретный, однако мало кто может отличить цифровой звук от аналогового. Ну, разве что какие-то особо изощрённые любители «тёплого лампового звука» (и то, это им только так кажется). Или другая аналогия — если бы у телеги колеса были не идеально круглыми, а многогранными с очень большим количеством маленьких граней. Телега бы всё равно отлично ехала, просто колеса бы вращались не совсем равномерно.
С нашим двиглом будет ровно то же самое. Его вращение будет слегка неравномерным, поскольку слегка неравномерным станет модуль вращающего момента, но в целом двигатель как крутился — так и будет крутиться.
А что если мы вместо переменного напряжения будем делать эти дискретные синусоиды от источника постоянного напряжения? Да без разницы, абсолютно. Мы можем за нулевой потенциал принять любой уровень напряжения. Тем более в идеальном случае (обмотки абсолютно одинаковые) ток через нулевой провод, подключенный к общей точке звезды, равен нулю (а у треугольника и вовсе нет никакой общей точки). Так что ничего такого особенного для нас в потенциале общей точки звезды нет.
Как сделать цифровые синусоиды
Ну вот мы и пришли к тому, что наш обычный синхронный двигатель может работать от постоянного напряжения. Всё, что нам теперь нужно — это каким-то образом извернуться и сделать цифровые синусоиды. Да легко. Берём на каждую фазу по два ключа и шинкуем этими ключами импульсы, скважность которых изменяется по синусоидальному закону (ну то есть применяем ШИМ-модуляцию). Тогда среднее за время импульса напряжение тоже будет изменяться по синусоидальному закону. Схема показана на рисунке справа.
От синусоид к блочной коммутации
А теперь поиздеваемся над нашими синусоидами ещё немного, — аппроксимируем исходные синусоиды не множеством маленьких прямоугольных импульсов, а только шестью, как это показано на рисунке справа.
Если проводить аналогию с телегой, то мы, можно сказать, заменили идеально круглое колесо не многоугольником, а конкретно шестиугольником. Поедет наша телега с шестиугольными колёсами? Да она и с квадратными поедет, и с треугольными, весь вопрос в том, насколько лошадь сильная. Ну и, естественно, чем меньше углов — тем сильнее нашу телегу будет трясти. Я, кстати, попозже покажу как сделать так, чтобы телегу с треугольными колёсами трясло поменьше. Но… вернёмся к нашим моторам.
У нас всё аналогично, чем меньшим количеством отрезков мы аппроксимируем синусоиду — тем более неравномерным будет вращение ротора, однако, вращение всё равно будет, никуда не денется.
Первый интервал у нас на картинке получился разорванным, так что давайте эту картинку перерисуем в более удобоваримом виде, сдвинув фазу таким образом, чтобы все интервалы получились сплошными. У нас все сигналы периодические, поэтому без разницы, какую точку принять за начало отсчёта и с какого интервала начинать нумерацию, главное чтобы порядок следования этих интервалов остался правильным. Заодно, кстати, и нулевой потенциал на рисунке сдвинем таким образом, чтобы он соответствовал минусу источника питания (мы же собираемся от источника постоянного напряжения всё это запитывать). После проделанных манипуляций получим картинку слева. Видно, что теперь нам для управления нужно всего три уровня (синие, жёлтые и красные участки), один из которых — это минус источника питания (синие участки).
А что делать, если у нас нет ШИМа? Как тогда сформировать жёлтые участки? Да никак. Выкинем их и всё. Тут как бы придётся сделать ещё одно допущение. Если вернуться к реальным синусоидам, то в момент пересечения этими синусоидами нуля (имеется ввиду ноль относительно нулевого провода звезды, а не относительно источника постоянного напряжения) потребляемая соответствующими обмотками от источника питания мощность равна нулю (напряжение между двумя концами обмотки — ноль, значит и потребляемая мощность — ноль). То есть источник питания в этот момент как бы можно и отключить, и ничего не изменится.
Теперь вернёмся к нашим «шестиугольным колёсам». Жёлтые участки на нашей последней картинке как раз аппроксимируют те участки реальных синусоид, которые пересекают ноль (относительно нулевого провода). То есть на этих участках средняя потребляемая мощность тоже как бы должна быть равна нулю. И поэтому источник питания тоже как бы можно отключить и всё будет работать, а мы получим классический алгоритм управления обмотками BLDC-моторов. Этот алгоритм называется блочной коммутацией и именно моторы с таким алгоритмом управления называются BLDC.
Что нам этот алгоритм даёт? Очень просто. Теперь нам не нужно никаких ШИМ-ов, нужно только по 2 раза за цикл переключить каждый из наших шести ключей, вот и всё. Картинка этих переключений показана на рисунке справа. Обратная ЭДС у нас, кстати, теперь будет трапециевидная, а совсем не синусоидная, ну да про это мы ещё поговорим.
Частота вращения ротора, понятное дело, как и для любого синхронника, определяется частотой циклов подачи управляющих напряжений (раньше у нас это была просто частота синусоид, но теперь так уже не скажешь, синусоид-то как бы больше нет), делённой на количество пар полюсов ротора.
Собственно говоря, можно было и сразу последнюю картинку нарисовать и сказать — смотрите, моторы вот с такими управляющими напряжениями на обмотках называются BLDC. Но тогда было бы непонятно, откуда это всё взялось. А теперь, надеюсь, видно, что алгоритм рождён не с потолка, а получился в результате ряда аппроксимаций обычных синусоид, питающих обычные синхронники. А раз так, то возврат к любому предыдущему уровню аппроксимации для BLDC-мотора вполне возможен, ничего принципиально не мешает нам запитывать его, например, от трёх синусоид или от трёх цифровых синусоид.
P.S. Да, чуть не забыл, — я же обещал рассказать как уменьшить тряску для телеги с треугольными колёсами. Так вот, это очень просто. Нужно взять несколько треугольных колёс и составить из них одно колесо, но таким образом, чтобы оси всех треугольных колёс были сдвинуты относительно друг друга на некоторый угол, таким образом, как это показано на рисунке слева. Этот простой фокус работает и с двигателями. Именно такого эффекта добиваются, увеличивая в BLDC-моторе количество полюсов. Тут, правда тоже есть свои минусы и слишком сильно увеличивать
количество полюсов нельзя, но об этом в другой раз 🙂
Вот здесь можно посмотреть схему для управления bldc-моторами (ATtiny2313 + самодельные драйвера)
Базовая схема для экспериментов с BLDC-моторами (на ATtiny2313) — radiohlam.ru
Представленная ниже схема является основой для экспериментов с bldc-моторами. Для тех, кто не в курсе, BLDC — это одна из разновидностей синхронных моторов, которая используется, например, в винчестерах, сидирумах, дисководах и т.п. (типа таких, как на картинке справа).
Теорию работы синхронных движков в общем виде можно почитать здесь, чуть конкретнее про BLDC — вот здесь.
Схема позволяет организовать необходимое для питания BLDC-моторов трёхфазное напряжение из обычного однофазного (с помощью ШИМ-модуляции).
Никаких специальных возможностей управления работой мотора (по датчикам Холла или по обратной ЭДС обмоток) в этой схеме не предусмотрено. Про различные варианты такого управления мы поговорим позже, а здесь я постараюсь подробно описать исходя из каких соображений и как рассчитываются элементы именно базовой схемы.
Итак, схема:
Как видите, нам понадобятся: 1 контроллер ATtiny2313, 3 микрухи спаренных полевиков FDS4542 (N- и P-channel в одном восьминогом корпусе), 6 биполярных транзисторов (я использовал FMMT2222 — маленькие биполярнички в корпусах SOT23 c маркировкой 1P), 3 диода (я взял LL4148) и некоторое количество всяких резисторов и кондёров. (их номиналы будут указаны ниже).
Суть схемы довольно простая — микроконтроллер управляет тремя абсолютно аналогичными силовыми каналами (поэтому на схеме показан только один), каждый из которых имеет на выходе комплиментарную пару мощных полевиков, образующую полумост с независимым управлением плечами.
То есть каждое из плеч можно включать и выключать независимо от другого, что даёт возможность получить на выходе полумоста три разных состояния: Hi — выход полумоста подключен к питанию (верхний полевик открыт, нижний — закрыт), Lo — выход полумоста подключен к общему проводу (верхний полевик закрыт, нижний — открыт) и Z — выход полумоста отключен и от питания, и общего провода (оба полевика закрыты).
В принципе, можно получить ещё и четвёртое состояние — когда оба полевика открыты, но в этом случае получится КЗ и один из полевиков просто сгорит. Поэтому такое состояние мы будем считать запрещённым и с ним нам как раз придётся всеми способами бороться.
В схеме предусмотрено отдельное питание для схемы управления (+5В) и для силовой части (+12В), поэтому для верхнего плеча пришлось делать развязку на транзисторах T1, T2. Два транзистора были использованы для того, чтобы умощнить эту развязку и сделать её характеристику симметричной, чтобы она могла не только быстро заряжать, но и разряжать затвор верхнего полевика (то есть это ещё и драйвер).
Нижний полевик управляется без всякого драйвера, напрямую от ноги микроконтроллера.
Резисторы R7, R8 — это необязательные подтяжки, назначение которых — предотвратить самопроизвольные открытия полевиков в тот момент, когда ноги микроконтроллера ещё не настроены на выход и находятся в Z-состоянии (при старте). Соответственно, номиналы этих резисторов не очень важны, они просто должны быть намного больше номиналов резисторов R5 и R6, чтобы не мешать нормальной работе схемы после запуска контроллера. Более того, поскольку нам главное, чтобы полевики оба сразу не открылись (если один откроется — шут с ним), можно оставить только R8. Я так и сделал, — взял номинал резистора R8 равным 10 кОм, а резистор R7 вообще выкинул.
Стоит отметить, что помимо функции подтяжки, R7 может выполнять ещё и функцию борьбы с наводками на линию управления транзистором T2. Ток в этой линии очевидно будет гораздо меньше, чем через R5 и в случае, если такие наводки всё же будут, резистор R7 придётся вернуть (это если вы свою разводку платы будете делать).
Ну что, дальше давайте считать. Исходить будем из двух предпосылок: 1) полевиками нужно рулить максимально быстро, но без фанатизма; 2) высшая математика — удовольствие на любителя (особенно когда есть осциллограф и можно всё проверить на практике). В связи с этими, особой точностью и правильностью я увлекаться не буду, но, по крайней мере, рассчёты позволят на что-то ориентироваться.
Начнём с нижнего полевика (N-канальник). Для максимально быстрого управления этим полевиком нам нужно выжать с ноги микроконтроллера максимальный ток и в то же время эту ногу не поджарить.
Пиковый ток на ногу в документации на ATtiny2313 не указан, поэтому будем исходить из значений, указанных в Absolute maximum ratings — 40 мА. При этом максимальный ток у нас будет протекать в самом начале заряда, когда разность потенциалов на затворе и ножке микроконтроллера максимальна. Таким образом, получается R5=5В/40мА=125 Ом. Ближайшее большее значение стандартного номинала — 150 Ом, но мы возьмём 200 Ом, чтобы был небольшой запас. Максимальный ток при этом получится 5/200=25 мА.
Теперь давайте оценим время переключения нашего полевика с резистором 200 Ом в затворе. Оценить это время можно по формуле t=Qg/I, где Qg — total gate charge (берём из документации на FDS4542), I — ток драйвера (мы возьмём максимальный расчётный зарядный ток, чтобы точно не ошибиться в меньшую сторону). Получаем t=28 нК / 25 мА = 1,12 мкс.
Зачем нам нужно время переключения? Очень просто. Когда мы будем писать программу управления — мы должны будем учитывать, что полевики закрываются не мгновенно и вводить задержки между закрытием полевика в одном плече и открытием полевика в другом плече, во избежание возникновения сквозных токов (когда полевики в обоих плечах приоткрыты).
Переходим к P-канальному полевику. Тут ситуация попроще и ногу контроллера нам нагружать не нужно, зато нужно не спалить биполярные транзисторы и диод.
Резисторы R1 и R3 в обвязке p-канальника — это просто высокоомные подтяжки и их номиналы не должны нас особо сильно волновать, поэтому я для начала взял их по 10 кОм (чтобы токи через них можно было не учитывать) и про них забыл.
Затворные токи здесь определяются резисторами R2 и R4, а сама обвязка работает следующим образом: при открытии транзистора T2 потенциал базы транзистора T1 падает ниже потенциала его эмиттера, T1 закрывается, а затвор полевика разряжается через диод и резистор R4; при закрытии транзистора T2 потенциал базы транзистора T1 растёт быстрее, чем на его эмиттере, что приводит к открытию T1 и резкому заряду затвора через R2.
Сначала разберёмся с зарядом. По документации ток через FMMT2222 может быть до 600 мА, а для LL4148 — до 450 мА импульсный и до 150 постоянный, поэтому ориентироваться будем на диод и возьмём для расчётов, скажем 150 мА (чтобы ничего сильно не грелось). Исходя из этого, получим сопротивление резистора R4 = (12-0,5)В/150мА = 76,6 Ом. Далее аналогично, — возьмём ближайший стандартный номинал больше расчётного — 100 Ом. Пересчитываем обратно в ток, получаем I = 115 мА. Ну что ж, пусть будет так. При этом время заряда можно оценить на уровне t = 36 нК / 115 мА = 313 нс.
Чтобы сильно не заморачиваться, возьмём R2 такого же номинала, как и R4, и будем считать, что время закрытия будет примерно такое же, как и время открытия.
Теперь проверим, насколько правильно мы выбрали R1. Чтобы транзистор T1 нормально открывался, ток базы должен быть не более чем в h31 раз меньше тока коллектора. Ток коллектора у нас 100 мА, h31 (из доки) не менее 35, значит ток базы нам нужен не менее 2,86 мА. А он у нас получается 12В/10кОм = 1,2 мА. Ну, тогда возьмём R1 = 3,3 кОм. В этом случае ток базы = 12/3,3 = 3,6 мА. Так и оставим.
Тот же расчёт проделаем для транзистора T2. Ток коллектора у него такой же, как и у T1, значит ток базы тоже должен быть не менее 2,86 мА. Значит R6 должен иметь номинал менее 5/2,86=1,75 кОм. Возьмём с запасом резистор на 1 кОм.
В итоге получилось: R1=3,3 кОм, R2=R4=100 Ом, R3=10 кОм, R5=200 Ом, R6=1 кОм, R7 мы выкинули, R8=10 кОм. При этом время переключения нижнего полевика мы ожидаем на уровне 1,12 мкс, а верхнего — на уровне 313 нс.
Что у нас осталось? Во-первых, конденсаторы. С1=С2=20 пФ, С3=100 мкФ, С4=0,1 мкФ. При проектировании платы C3,C4 нужно расположить как можно ближе к силовым ногам ключей. Во-вторых, на схеме не полностью показана обвязка микроконтроллера. Нужно подтянуть ногу MCLR к питанию через резистор 1 — 10 кОм, а так же поставить конденсатор 0,1 мкФ между питанием и общим проводом поближе к ножкам контроллера.
Что ж, — собираем и тестим.
Скачать плату в формате DipTrace 2.3
Готовый девайс:
Для снятия осциллограмм была написана тестовая программа, в которой транзисторы специально переключались с интервалами гораздо больше расчётных (на случай, если расчёты окажутся слишком кривыми).
Осциллограммы:
Как видите, наши рассчёты дали примерно адекватные результаты, по крайней мере корректировать ничего не нужно.
Простейшая программка для контроллера (пуск / стоп / реверс / изменение питающего напряжения и частоты вращения)
Небольшое видео, демонстрирующее работу устройства
Контроллер BLDC моторов на STM32 — Avislab
Управление бесколлекторным двигателем постоянного тока (BLDC) с помощью STM32
В качестве примера рассмотрим управления трехфазным бесколлекторным двигателем (BLDC Motor) с датчиками Холла. Об алгоритме управления бесколлекторным двигателем с датчиками Холла я ранее писал в статье Управление бесколлекторным двигателем с датчиками Холла (Sensored brushless motors). В этой статье мы рассмотрим только вопросы программирования микроконтроллера. Имеется в виду что вы знакомы с алгоритмом управления BLDC с датчиками Холла , имеете понятие о структуре регулятора, а силовая часть выбрана в соответствии с мощностью Вашего двигателя. Поэтому в статье не будет приведена принципиальная схема, будет рассматриваться только структурная схема с описанием назначения выводов микроконтроллера.
Общая информация
Этот простой пример показывает возможности микроконтроллера STM32, и основы управления BLDC двигателем с датчиками Холла. Этот пример не является готовым решением. В нем не реализованы системы контроля или стабилизации параметров. Не реализованные систем защиты. Это лишь базовый пример. Поэтому рассматривая этот пример Вы должны осознавать, что для использования в конечных изделиях Вам придется над ним основательно поработать.
Структурная схема подключения STM32
Силовая часть, то есть драйверы ключей и сами ключи, использовались с предыдущих проектов: Схема регулятора скорости бесколлекторного двигателя (ESC). Подробнее о силовой части и ключах можно прочитать здесь: Силовая часть регулятора BLDC двигателей (RU). Описание силовой части выходит за рамки данной статьи. В этой статье рассматривается только структурная схема и программная реализация управления BLDC двигателями с датчиками Холла с помощью микроконтроллера STM32.
Генерация выходных сигналов
Первый таймер TIM1 микроконтроллера STM32 очень мощный инструмент и может выполнять различные интересные функции. Как я и обещал, когда писал о таймерах общего назначения, мы рассмотрим на практике некоторые возможности первого таймера. Первый таймер будет генерировать PWM сигналы для 6 ключей силовой части регулятора BLDC. Особенность таймера TIM1 заключается в том, что он имеет несколько пар комплементарных выходов. То есть выходов которые могут работать в паре. Мы будим использовать три пары, каждая пара будет формировать PWM сигналы для верхнего и нижнего ключей. Для верхних ключей это сигналы UH, VH, WH. Для нижних — UL, VL, WL. Каждая пара выходов таймера должна формировать сигналы таким образом, чтобы когда включен верхний ключ, нижний был выключен, когда верхний выключается, включается нижний. Кроме того, нам надо обеспечить Deadtime. То есть, промежуток времени для того чтобы ключ успел закрыться до того, как откроется комплементарный ключ. Иначе может возникнуть короткое замыкание. Этим также будет заниматься таймер TIM1.
Входные сигналы
Сигналы от трех датчиков Холла (h2, h3, h4) подаются на входы микроконтроллера. Коммутация ключей происходит в зависимости
BLDC электродвигатели, мотор-редукторы и приводы Fulling Motor
BLDC электродвигатели (Brushless Direct Current) — это бесщеточные двигатели постоянного тока, которые состоят из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Их также называют бесколлекторными или вентильными электродвигателями, т.к. у такого типа двигателей щёточно-коллекторный узел заменен полупроводниковым коммутатором, управляемым датчиком положения ротора.
BLDC электродвигатели обладают высокой динамикой и точностью позиционирования, большой перегрузочной способностью двигателя к моменту, а также высоким КПД двигателя (более 90%). Благодаря отсутствию трущихся частей в бесколлекторном двигателе возможно его применения во взрывоопасной и агрессивной среде. BLDC двигатели не имеют недостатков, присущих асинхронным двигателям (потребление реактивной мощности, потери в роторе) и синхронным двигателям (пульсация частоты вращения, выпадение из синхронизма).
Одним из крупных производителей вентильных электродвигателей является совместный немецко-итальянско-китайский концерн Changzhou Fulling Motor. Система производства и менеджмента Fulling Motor сертифицирована по международной системе ISO9001:2000. Вся продукция производится по бессвинцовой технологии (RoHS), и большая часть продукции имеет сертификаты CE и UL.
Компания Purelogic R&D, как авторизованный дилер, предлагает продукцию Changzhou Fulling Motor, в том числе BLDC электродвигатели, мотор-редукторы и приводы на их основе. Устройства обеспечивают вращение с заданной скоростью или заданным моментом на валу.
Общие характеристики бесколлекторных электродвигателей Fulling Motor:
Бесколлекторные мотор-редукторы Fulling Motor являются высокоточным изделием, которое используется для уменьшения оборотов двигателя при одновременном увеличении момента на выходном валу.
Общие характеристики бесколлекторных мотор-редукторов Fulling Motor:
Приводы на основе BLDC двигателей Fulling Motor представляют собой двигатели со встроенным драйвером. Благодаря этому приводы отличаются компактностью, экономичностью и удобством монтажа.
Компания Purelogic R&D предлагает широкий ассортимент бесколлекторных двигателей, мотор-редукторов и приводов на основе BLDC двигателей Fulling Motor различных размеров, мощности и напряжения питания.
Что такое бесщеточные шуруповерты? Их плюсы и минусы | Шуруповерты и дрели | Блог
Все чаще на электроинструменте можно встретить надпись «Brushless motor». Это значит, что девайс оснащен бесщеточным электродвигателем постоянного тока. Действительно ли от этого есть толк или это очередная уловка маркетологов? Давайте разбираться на примере шуруповертов.
Мы будем говорить о шуруповертах как о наиболее востребованном электроинструменте в арсенале домашнего мастера (кто крутил саморезы отверткой, тот поймет). Но тезисы материала безоговорочно распространяются на весь электроинструмент, оснащенный бесщеточными двигателями.
Конструкция и принцип действия
«Brushless motor» в буквальном переводе означает бесщеточный двигатель, в конструкции которого отсутствует коллектор и щеточный узел. Также можно встретить сокращение BLDC, которым именуют бесщеточный электродвигатель постоянного тока.
Классический коллекторный двигатель
Щеточный узел — это механическая контактная часть якоря электродвигателя. С помощью него через пластины коллектора подается напряжение на обмотку якоря. Электрический ток, протекая по проводнику, вызывает электромагнитное поле. Магнитное поле обмотки якоря, взаимодействуя с постоянным магнитным полем статорных обмоток, приводит к возникновению крутящего момента на валу электродвигателя и его вращению. Чтобы вращение вала сохранялось постоянно, напряжение на отдельные проводники якорной обмотки нужно подавать в определенной последовательности. Электрический ток должен протекать по рамкам якорной обмотки в нужный момент, а электромагнитное поле, наводимое в проводниках, взаимодействовало с постоянным магнитным полем обмоток статора. В двигателе постоянного тока эту функцию выполняет коллекторный узел на якоре электродвигателя.
В бесщеточном электродвигателе коллектор и щетки отсутствуют, но принцип взаимодействия постоянного магнитного поля якоря с электромагнитным полем обмоток статора остается неизменным. Только в BLDC моторе нужно подавать постоянное напряжение на обмотки статора в определенные интервалы времени, имитируя работу коллектора.
Как правило, в конструкции статора бесщеточного мотора используются три пары обмоток, и напряжение на них подается поочередно. При подаче напряжения на первую пару обмоток якорь с постоянными магнитами поворачивается, выравнивая свое положение в соответствии с направлением силовых линий возникшего магнитного поля. В этот момент напряжение с первой пары обмоток снимается и подается на вторую пару. Поскольку якорь электродвигателя обладает определенным моментом инерции, он не останавливается моментально, а продолжает свое вращение, и его магниты начинают взаимодействовать со следующим магнитным полем. Так продолжается до тех пор, пока на обмотки статора поочередно подается напряжение.
Это упрощенная схема работы Brushless мотора. На самом деле, для усиления крутящего момента и исключения «провалов» его полки, в работе постоянно находятся две пары обмоток. Одна из них притягивает постоянные магниты якоря в моменты, когда они находятся до средней линии полюса катушки, а вторая подталкивает, как только полюс катушки пройден центральной частью постоянного магнита якоря. На первую пару катушек подается напряжение прямой полярности, а на вторую — обратной.
Для определения, на какие пары катушек нужно подать напряжение и какой полярности, в системе установлен датчик положения ротора. Он состоит из трех датчиков Холла, дающих контроллеру сигнал о необходимости формирования напряжения на каждой из пар катушек статора.
На видео наглядно проиллюстрирована работа бесщеточного двигателя:
Плюсы и минусы бесщеточного шуруповерта
Производители пишут, что основная изюминка бесщеточного шуруповерта — не нужно менять щетки, которых нет. Это на самом деле так, но так ли сложно поменять щетки?
За этим «жирным» плюсом притаился довольно коварный минус. Дело в том, что более-менее нагруженный шуруповерт потребует замены щеток на второй, а то и третий год работы. Проводя их замену, бережливый владелец наверняка заглянет и в другие узлы инструмента. Обратит внимание на состояние подшипников, очистит внутренности от пыли, заложит порцию свежей смазки — в общем, проведет полное техобслуживание инструмента. В случае с бесколлекторным инструментом, о необходимости сервисного обслуживания можно просто забыть и вспомнить о нем, когда шуруповерт начнет конкретно барахлить.
Вот по-настоящему значимые преимущества бесщеточного инструмента:
- Высокий КПД. У бесщеточного двигателя он составляет порядка 90 %, в то время как у коллекторного мотора — на уровне 60 %. Это обусловлено отсутствием потерь на трение и искрообразование, и, как следствие, повышением температуры коллекторного узла якоря мотора.
- Быстрый выход на номинальную скорость вращения двигателя. В этом опять же заслуга высокого КПД BLDC мотора.
- При тех же массогабаритных показателях, с вала бесщеточного электродвигателя снимается большая мощность, а это влечет получение большего крутящего момента.
- Лучшая энергоэффективность. Благодаря отсутствию потерь в коллекторе и щеточном узле и более высокому КПД бесщеточный шуруповерт сделает больше полезной работы на одном заряде аккумулятора. Это важно профессионалам, для которых время — деньги. Эффективность бесщеточного шуруповерта в среднем выше на 25–40 % в сравнении с его коллекторным аналогом.
- Возможность использования во взрыво- и пожароопасных средах ввиду отсутствия искр на щеточном узле.
- Грамотная защита от перегрузки. Плата управления электродвигателем просто не позволит нагрузить инструмент сверх меры, а вот коллекторный шуруповерт при должном старании можно перегреть и получить дымок из вентиляционных отверстий.
Но бесщеточным инструментам присущи и некоторые недостатки:
- Высокая цена. Наличие в конструкции дорогой силовой платы управления BLDC мотором ощутимо увеличивает стоимость шуруповерта.
- Плохая ремонтопригодность. В бесщеточном шуруповерте плата управления, кнопка включения инструмента и статор электродвигателя обычно идут единым блоком. Стоимость запчасти — от 2/3 до 3/4 стоимости нового инструмента. Если поломка произойдет по истечении гарантийного срока, то ремонтировать такой шуруповерт вряд ли целесообразно. В отличие от коллекторных экземпляров, где можно заменить кнопку или электродвигатель отдельно, и стоить это будет на порядок дешевле.
Перспективы бесщеточных шуруповертов на рынке электроинструмента
Переход на бесщеточные инструменты неизбежен, поскольку они выгодны в первую очередь самим производителям ввиду унификации производственных процессов, уменьшению количества составных частей и улучшения технических характеристик выпускаемых моделей. Конечному пользователю такой переход абсолютно ничем не грозит. Шуруповерты как закручивали винты и саморезы, так и будут, исходя из своих технических возможностей.
Для профессиональной деятельности однозначно стоит смотреть в сторону бесщеточных моделей. Они экономичней, шустрее и надежней. Каждый рубль, вложенный в их покупку, окупится сторицей.
А вот домашнему мастеру стоит взвесить все «за» и «против», реально оценить возможную загруженность инструмента и свою готовность отдать больше денег за современные технологии.
BLDC Управление двигателем с использованием Arduino
/ * Бессенсорное бесщеточное управление двигателем постоянного тока с Arduino UNO и IR2101 (Arduino DIY ESC).
* Скорость двигателя BLDC регулируется с помощью потенциометра, подключенного к A0.
* Это бесплатное программное обеспечение БЕЗ ГАРАНТИИ.
* https://simple-circuit.com/
* /
#define PWM_MAX_DUTY 255
#define PWM_MIN_DUTY 50
#define PWM_START_DUTY 50;
#define PWM_START_tep3_date2 100_step_tep_tep_tep_tep_tep_tep_tep_tep_tep_tep_tep_tep_tep_tep_1002
void setup ()
{
DDRD | = 0xE0; // настраиваем контакты 5, 6 и 7 как выходы
PORTD = 0x00;
DDRB | = 0x0E; // настраиваем контакты 9, 10 и 11 как выходы
PORTB = 0x31;
// Настройка модуля Timer1: установите источник синхронизации на clkI / O / 1 (без предварительного масштабирования)
TCCR1A = 0;
TCCR1B = 0x01;
// Настройка модуля Timer2: установите источник синхронизации на clkI / O / 1 (без предварительного масштабирования)
TCCR2A = 0;
TCCR2B = 0x01;
// конфигурация модуля АЦП
ADMUX = 0x60; // настраиваем модуль АЦП и выбираем канал 0
ADCSRA = 0x84; // включить модуль АЦП с коэффициентом деления 16 (частота АЦП = 1 МГц)
PCICR = EIMSK = 0; // запрещаем все внешние прерывания
pinMode (2, INPUT_PULLUP);
pinMode (3, INPUT_PULLUP);
pinMode (4, INPUT_PULLUP);
}
// прерывание смены вывода 2 (PCINT2) ISR
ISR (PCINT2_vect)
{
if ((PIND & PCMSK2)! = Pin_state)
return;
// BEMF debounce
for (byte i = 0; i <20; i ++)
{
if (bldc_step & 1) {
if (PIND & PCMSK2) i — = 1;
}
else {
if (! (PIND & PCMSK2)) i — = 1;
}
}
bldc_move ();
bldc_step ++;
bldc_step% = 6;
}
// Функция коммутации двигателя BLDC
void bldc_move ()
{
switch (bldc_step)
{
case 0:
AH_BL ();
BEMF_C_FALLING ();
перерыв;
case 1:
AH_CL ();
BEMF_B_RISING ();
перерыв;
case 2:
BH_CL ();
BEMF_A_FALLING ();
перерыв;
case 3:
BH_AL ();
BEMF_C_RISING ();
перерыв;
корпус 4:
CH_AL ();
BEMF_B_FALLING ();
перерыв;
корпус 5:
CH_BL ();
BEMF_A_RISING ();
}
}
void loop ()
{
SET_PWM_DUTY (PWM_START_DUTY); // настройка запуска ШИМ с рабочим циклом = PWM_START_DUTY
int i = 5000;
// запуск двигателя
while (i> 100)
{
delayMicroseconds (i);
bldc_move ();
bldc_step ++;
bldc_step% = 6;
i = i — 20;
}
motor_speed = PWM_START_DUTY;
PCICR = 4; // разрешить прерывание смены вывода для выводов PCINT23..16 (Arduino от 0 до 7)
, а (1)
{
ADCSRA | = 1 << ADSC; // запускаем преобразование
while (ADCSRA & 0x40); // ждем завершения преобразования
motor_speed = ADCH; // читать данные АЦП (только 8 бит)
if (motor_speed motor_speed = PWM_MIN_DUTY; SET_PWM_DUTY (скорость_двигателя); } }
void BEMF_A_RISING ()
{
PCMSK2 = 0x04; // разрешить прерывание от пина 2 (PCINT18) Arduino, остальные отключены
pin_state = 0x04;
}
void BEMF_A_FALLING ()
{
PCMSK2 = 0x04; // разрешить прерывание от пина 2 (PCINT18) Arduino, остальные отключены
pin_state = 0;
}
void BEMF_B_RISING ()
{
PCMSK2 = 0x08; // разрешить прерывание от вывода 3 (PCINT19) Arduino, остальные отключены
pin_state = 0x08;
}
void BEMF_B_FALLING ()
{
PCMSK2 = 0x08; // разрешить прерывание от вывода 3 (PCINT19) Arduino, остальные отключены
pin_state = 0;
}
void BEMF_C_RISING ()
{
PCMSK2 = 0x10; // разрешить прерывание от вывода 4 Arduino (PCINT20), остальные отключены
pin_state = 0x10;
}
void BEMF_C_FALLING ()
{
PCMSK2 = 0x10; // разрешить прерывание от вывода 4 Arduino (PCINT20), остальные отключены
pin_state = 0;
}
void AH_BL ()
{
PORTD & = ~ 0xA0;
PORTD | = 0x40;
TCCR1A = 0; // включаем вывод 11 (OC2A) ШИМ (вывод 9 и вывод 10 выключены)
TCCR2A = 0x81; //
}
void AH_CL ()
{
PORTD & = ~ 0xC0;
PORTD | = 0x20;
TCCR1A = 0; // включаем вывод 11 (OC2A) ШИМ (вывод 9 и вывод 10 выключены)
TCCR2A = 0x81; //
}
void BH_CL ()
{
PORTD & = ~ 0xC0;
PORTD | = 0x20;
TCCR2A = 0; // включаем вывод 10 (OC1B) ШИМ (вывод 9 и вывод 11 выключены)
TCCR1A = 0x21; //
}
void BH_AL ()
{
PORTD & = ~ 0x60;
PORTD | = 0x80;
TCCR2A = 0; // включаем вывод 10 (OC1B) ШИМ (вывод 9 и вывод 11 выключены)
TCCR1A = 0x21; //
}
void CH_AL ()
{
PORTD & = ~ 0x60;
PORTD | = 0x80;
TCCR2A = 0; // включаем вывод 9 (OC1A) ШИМ (вывод 10 и вывод 11 выключены)
TCCR1A = 0x81; //
}
void CH_BL ()
{
PORTD & = ~ 0xA0;
PORTD | = 0x40;
TCCR2A = 0; // включаем вывод 9 (OC1A) ШИМ (вывод 10 и вывод 11 выключены)
TCCR1A = 0x81; //
}
void SET_PWM_DUTY (байтовый долг)
{
OCR1A = duty; // установить рабочий цикл ШИМ вывода 9
OCR1B = duty; // установить рабочий цикл ШИМ вывода 10
OCR2A = duty; // установить рабочий цикл ШИМ вывода 11
}
Контроллер двигателя BLDC с высоким током без датчика с использованием обратной ЭДС
В этом посте мы обсуждаем схему контроллера двигателя с большим током без датчика BLDC, которая не зависит от датчиков Холла для запуска операций, а использует обратную ЭДС двигателя для последовательного входа
Обзор
Для правильной коммутации большинство схем 3-фазных драйверов BLDC полагаются либо на обратную связь на основе датчика, либо на внешний 3-фазный сигнал синхронизации, в отличие от нашего нынешнего бессенсорного высокого Схема контроллера двигателя BLDC не зависит от датчиков или каких-либо внешних сигналов для управления двигателем, а очень просто обрабатывает обратные ЭДС от обмотки двигателя для создания необходимого мощного синхронизированного вращательного воздействия на двигатель.
Возвращаясь к нашей нынешней концепции, схема использует IC ML4425 от Fairchild и позволяет нам управлять любым типом двигателя BLDC независимо от того, имеет двигатель датчики или нет.
Большинство двигателей BLDC сегодня имеют встроенные датчики на эффекте Холла, которые обеспечивают необходимую обратную связь для схемы контроллера относительно мгновенного положения магнитного ротора относительно обмотки статора и информируют контроллер, когда необходимо запустить соответствующие силовые устройства. точная последовательность, это, в свою очередь, позволяет двигателю вращаться с идеальной синхронизацией и максимальной эффективностью.
Работа без датчиков
Некоторые двигатели BLDC могут быть без датчиков, и для таких двигателей контроллер BLDC вынужден использовать схему внешнего трехфазного генератора для требуемого синхронизированного вращения двигателя.
Однако нынешний трехфазный контроллер BLDC без датчиков устраняет все эти проблемы и не зависит ни от датчиков, ни от какой-либо формы внешнего запуска, вместо этого система извлекает импульсы обратной ЭДС из обмотки статора двигателя BLDC для передачи крутящего момента на подключенный двигатель.
Эта функция позволяет универсально использовать контроллер для всех типов двигателей BLDC, не прибегая к сложностям подключения датчиков или внешних каскадов трехфазного генератора.
Более того, поскольку силовые устройства с полной мостовой схемой имеют внешнюю конфигурацию, система может использоваться даже с двигателями BLDC большой мощности без каких-либо ограничений. Можно просто изменить номинал силовых устройств в соответствии с требованиями и достичь намеченной работы с большим током BLDC в соответствии с предпочтениями.
На следующей схеме показана полная проектная схема предлагаемого бессенсорного контроллера BLDC, использующего обратную ЭДС в качестве источника запуска.
Описание схемы
Система выглядит довольно простой, вам просто нужно припаять показанные компоненты на место и быстро запустить операции BLDC. Это так же просто, как включить питание и увидеть, как двигатель BLDC вращается с полной эффективностью.
Элементы управления также очень просты для понимания и реализации, переключатель RUN / BRAKE позволяет двигателю продолжать работу, пока переключатель находится в положении ВЫКЛ или не заземлен, в то время как двигатель мгновенно останавливается, как только переключатель переключается на уровне земли.POT R18 позволяет пользователю линейно управлять скоростью двигателя, просто перемещая ручку потенциометра в указанном диапазоне.
Главное преимущество
Самым большим преимуществом этого 3-фазного контроллера BLDC без датчиков является то, что он не требует беспорядочной обратной связи на основе датчиков от двигателя, а также не зависит от 3-фазного синхросигнала от внешнего источника. Как видно из приведенной выше схемы, обратная связь достигается от основных 3-фазных рабочих проводов двигателя через R8 / R9 / R10 в назначенные выводы ИС.
Это позволяет использовать контроллер со всеми типами двигателей BLdC, вне зависимости от наличия датчика. Если датчики доступны из BLDC, их можно игнорировать, и двигатель может быть сконфигурирован без проводов датчика, как показано на диаграмме выше.
О компании Swagatam
Я инженер-электронщик (dipIETE), любитель, изобретатель, разработчик схем / печатных плат, производитель. Я также являюсь основателем веб-сайта: https://www.homemade-circuits.com/, где я люблю делиться своими инновационными идеями и руководствами по схемам.
Если у вас есть какие-либо вопросы, связанные со схемами, вы можете взаимодействовать с ними через комментарии, я буду очень рад помочь!
Обновленная схема бесщеточного контроллера 2015 «Бесщеточные двигатели, 3-фазные инверторы, схемы
Параметры и особенности контроллера
- Характеристики:
- — Использует аналогичный чип без программного обеспечения внутри.
- — Работайте только с бесщеточными двигателями с датчиком.
- — Скорость регулируется потенциометром
- — Регулируемое ускорение и замедление
- — Контроль контура
- — Fackword / Форвард
- — Динамическое торможение
- — Датчик перегрузки по току от внешнего шунтирующего резистора, пороговый уровень 100 мВ.
- — Защита от перегрева.
- — Защита от пониженного напряжения.
- — Полностью доступный усилитель ошибки для сервоприводов с замкнутым контуром
- — Регулируемая частота ШИМ
- — 6,25 V Reference Способный Поставляя Датчик Холла Сила
Я использовал Eagle Cad для создания схемы и платы.
Новая версия схемы, простая для понимания:
Очень важно !!! без преобразователя постоянного тока в постоянный (см. выше на IR2103) контроллер не может работать.
Это еще одна версия с несколькими параллельными МОП-транзисторами и разными драйверами.
Я использовал только N-канальные МОП в соединении с полумостовым драйвером МОП IR2110.
Вам также понадобится обратный затвор для верхних приводов (4049)
Это новейшая версия с 4-мя параллельными МОП-транзисторами на каждый переключатель IR4110, но не имеет значения, какой МОП-транзистор вы используете в качестве генератора, и ток подходит для вас.
Контакт 3 JP8 идет к плате 2 (модуль управления) на контакте 1 JP20
Контакт 1 JP8 идет на плату 2 JP20 контакт 2
Контакт 3 JP9 идет к плате 2 на контакте 3 JP20
Вывод 1 JP9 переходит на плату 2 JP20 на вывод 4
Вывод 3 JP10 идет на плату 2 JP20 Вывод 5
Вывод 1 JP10 идет на плату 2 jp20 pin 6
Контакт 1 земля JP5, JP6.JP7 можно оставить в воздухе. потому что gnd является обычным явлением.
В верхней части расположен датчик тока Allegro ACS758 200A.
Также слева можно увидеть нижний модуль, рядом с ним драйвер + верхний модуль.
В правом верхнем углу командный модуль и в нижнем углу модуль преобразователя постоянного тока от ebay.
для питания модуля cmomand и платы драйвера.
Вы можете поставить любой канал N mosfets, который вам нужен.Лучше всего иметь как можно более низкое внутреннее сопротивление и более высокий ток.
Эта диаграмма была нарисована посетителем веб-сайта по имени «Билл Каталена» из моей спецификации.
Это 3-я плата с нижним МОП.
U, V, W необходимо подключить к U, V, W в верхней части МОП-транзисторов.
Вывод 1 JP1 идет на вывод 2 JP5 платы 1
Вывод 2 JP1 идет на вывод 2 JP6 платы 1
Вывод 3 JP1 идет к выводу 2 JP7 платы 1
Вывод заземления подключен от источника питания 48В
Этот инвертор модуля igbt для Toyota Prius был из лома, и я разобрал плату драйвера.Теперь я строю свою собственную водолазную доску.
Чтобы запустить двигатель таким образом, необходимо подключить к IR2110
плавающий источник питания постоянного тока.
Я тестировал некоторые из модулей IGBT 1200 В, 600 А FZ600R12KE3, и входная емкость составляла ~ 55 нФ. Время промывки, полученное с помощью avago IC ACPL-P343, составило 1,2 мкс при 12 кГц, что не очень хорошо, если вы хотите, чтобы потери переключения были низкими. лист данных: http://www.farnell.com/datasheets/1676975.pdf
В этом видео я использовал 12 Mosfet irf3205z и драйвер IR2110
.
А теперь самое главное: тестирование электрического картинга для измерения результатов
Снижение электромагнитных помех привода двигателя BLDC на основе анализа программного обеспечения
В системе привода двигателя BLDC ток утечки от двигателя к сети заземления и наличие высокочастотных составляющих тока промежуточного контура являются наиболее важными факторами, вызывающими проведение помех.Токи утечки двигателей, протекающие через общую землю, будут создавать помехи для другого оборудования из-за высокой плотности электрических и электронных систем в космических аппаратах и самолетах. Более того, как правило, в указанных системах присутствуют общие шины постоянного тока, что усугубляет проблему. Функционирование электродвигателя вызывает появление высокочастотных составляющих в токе промежуточного контура, которые могут мешать работе других подсистем. В данной статье проводится анализ электромагнитных помех и представление предлагаемого метода на основе частотного спектра тока промежуточного контура и тока утечки от двигателя в сеть заземления.Предлагаемый метод представляет собой новый процесс, основанный на методе фильтрации для преодоления EMI. Для выполнения анализа требований используется программное обеспечение Maxwell.
1. Введение
Среди различных типов двигателей двигатели постоянного тока из-за их высокого пускового момента все еще используются во многих отраслях промышленности, особенно в авиационной промышленности. Из-за щеток и механической коммутации в двигателях постоянного тока может возникать сильная вибрация. Следует отметить, что бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) имеют преимущества перед двигателями постоянного тока.Например, благодаря механизмам электрической коммутации двигатели BLDC также производят меньше вибрации и акустического шума. Таким образом, двигатели BLDC были признаны подходящей альтернативой двигателям постоянного тока. Развитие технологий в полупроводниковых устройствах привело к тому, что эти устройства переключают большие токи или напряжения через короткие промежутки времени [1]. Исторически проблема электромагнитных помех (EMI) в процессе разработки и строительства рассматривалась и обсуждалась меньше. Как правило, продукт разрабатывается на основе основных концепций электромагнитной совместимости (ЭМС), а затем тестируется с точки зрения ЭМС.Если продукт нуждается в дополнительном фильтре или требует изменения конструкции для соответствия стандартам EMI, время и затраты на процесс изготовления конечного продукта значительно увеличатся. Для приводов переменного тока эти фильтры не только связаны с высокими затратами, но и занимают большое пространство. Чтобы снизить такие затраты и избежать их реконструкции, инженеры должны разрабатывать стратегии, основанные на EMI с самого начала производства. Из-за высокого и проблема EMI вызывается протеканием паразитного тока через различные части системы привода [2].
Шум электромагнитных помех делится на две части: кондуктивный и радиационный шум. Радиационный шум излучается в виде электромагнитных волн в космос, что не обсуждается в этой статье. Электромагнитный шум проводимости протекает через обычный постоянный ток или через паразитные элементы и заземляющую пластину. Электропроводящие электромагнитные помехи делятся на два типа: синфазные (CM) и разные (DM). Шум CM течет в одном направлении по элементам и возвращается через заземляющий слой. Шум DM проходит в одном направлении от одного элемента и возвращается через другие элементы.Высокий уровень ответственен за возникновение шума CM [3–5]. Однако высокий уровень ответственен за возникновение шума DM [6, 7].
Многие исследования по снижению электромагнитных помех и предотвращению тока утечки, особенно для электродвигателей, используемых в отраслях промышленности, основанных на использовании пассивных и активных фильтров, были централизованы [8–14]. Для реализации простых и эффективных методов преодоления электромагнитных помех, пассивные фильтры с системой большого объема и веса будут незаменимой частью моторного привода. В источниках [15, 16] предложен процесс разработки бокового фильтра постоянного тока для подавления шума.Подобно процессу проектирования фильтров для стороны постоянного тока, в [17] представлен процесс проектирования фильтра на стороне переменного тока. В упомянутых источниках исследуются предлагаемые методы, основанные на простых концепциях излучения электромагнитных помех на основе лабораторных образцов или высокочастотных моделей, полученных в результате практических испытаний. В [18] обсуждаются характеристики и размер фильтра электромагнитных помех относительно материала сердечника индуктивности как части структуры фильтра. В [19] представлен новый активный фильтр синфазных помех для двигателей с питанием от инвертора.Однако для активных фильтров в основном требуется отдельный источник постоянного тока. В [5] представлен простой и новый метод разработки пассивных фильтров для уменьшения электромагнитных выбросов в приводах двигателей BLDC. С акцентом на производственную технологию в [20] сравниваются ЭМП в приводах двигателей на основе биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT) и карбида кремния (SiC) с переходом на полевом транзисторе (JFET). Фактически, электромагнитные помехи возникли в результате сравнения двух типов силовых переключателей с новыми производственными технологиями.
Гистерезисное регулирование тока широко используется благодаря простоте реализации и точному и быстрому отклику [21].Между тем, в некоторых приложениях контроллеры гистерезиса используются для улучшения характеристик и переходной характеристики электродвигателей. В [22, 23] методы управления гистерезисом используются для уменьшения пульсаций крутящего момента электродвигателей.
В этой статье представлен новый процесс разработки фильтров на основе тока утечки и частотных составляющих тока промежуточного контура. Этот процесс может определить размер пассивных элементов и их размещение в структуре привода BLDC.Выполнен анализ электромагнитных помех и представление предлагаемого метода на основе частотного спектра тока промежуточного контура и тока утечки от двигателя в сеть заземления. Предлагаемый метод представляет собой новый процесс, основанный на методе фильтрации для преодоления EMI. Для выполнения анализа требований используется программное обеспечение Maxwell. Методы уменьшения электромагнитных помех применяются к высокочастотной модели моторного привода BLDC. Эти модели могут быть основаны на экспериментальных результатах или анализе методом конечных элементов.Кроме того, анализ шума выполняется в случае контроля гистерезиса.
2. Характеристики двигателя
Предложенные методы исследуются на приводе двигателя BLDC мощностью 33 Вт, 10 000 об / мин. Для реализации моторного привода используется редактор схем Максвелла. В соответствии с положением ротора упорядочиваются импульсы включения силовых переключателей. Поскольку исследуемый двигатель BLDC является двигателем с внешним постоянным магнитом, изменения собственной и взаимной индуктивности невелики.
Следует отметить, что одной из целей данной статьи было выяснить величину тока утечки. Следовательно, необходимо учитывать влияние изменений индуктивности. Характеристики двигателя приведены в таблице 1. Схема намотки двигателя показана на рисунке 1. Обмотка каждой фазы покрывает всю окружность двигателя.
| |||||||||||||||||||||||||||||||
