Ανεπιβλητήρια ημιοδικά μοτέρια

Ορισμός

Ένας ηλεκτρομηχανής με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες τύπου DC (Direct Current) ορίζεται ως αυτοδιαχειριζόμενη μεταβαλλόμενη συχνότητα που χρησιμοποιεί έναν συνημιτόνιο Μόνιμο Ηλεκτρομαγνητικό Στροφέα Αλλαγμένης Ροής (PMAC). Αυτός ο τύπος διαθέτει πολλά σημαντικά πλεονεκτήματα. Πρακτικά απαίτησης συντήρησης, διαθέτει μεγάλη διάρκεια ζωής, κάνοντάς τον αξιόπιστη επιλογή για διάφορες εφαρμογές. Επιπλέον, διαθέτει χαμηλή στροφική εργασία, ελάχιστη τριβή και λειτουργεί με χαμηλούς χαρακτηρισμούς συχνότητας. Επιπλέον, παράγει ελάχιστη αλληλεπίδραση βαθμών ραδιοφωνικής συχνότητας και θορύβου, εξασφαλίζοντας ομαλή και ήρεμη λειτουργία. Ωστόσο, δεν είναι χωρίς μειονεκτήματα· τα κύρια περιορισμοί είναι η σχετικά υψηλή τιμή και η χαμηλή έναρξη της ροπής.

Εφαρμογές

Οι ηλεκτρομηχανές με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες τύπου DC (BLDC) βρίσκουν εκτεταμένη χρήση σε μια ευρεία γκάμα βιομηχανιών και συσκευών. Στο πεδίο των καταναλωτικών ηλεκτρονικών, χρησιμοποιούνται σε φωνογράφους, ταινίες καταγραφής και στροφές σκληρού δίσκου σε υπολογιστές. Επίσης, χρησιμοποιούνται ως χαμηλής ισχύος οδηγοί σε περιφερειακά όργανα υπολογιστών και συστήματα ελέγχου. Πέρα από τα καταναλωτικά ηλεκτρονικά, οι εφαρμογές τους επεκτείνονται στην αεροδιαστημική βιομηχανία, όπου η αξιοπιστία και η χαμηλή θορύβηση είναι κρίσιμες. Στο πεδίο της βιοϊατρικής, η ακρίβεια και η καθαρή λειτουργία τους τις καθιστούν κατάλληλες για διάφορα ιατρικά όργανα. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται συχνά για την οδήγηση ψυξίμων ανεμιστήρων, παρέχοντας αποτελεσματική και ήρεμη αεροποίηση σε πολλά συστήματα.

Δομή του Μοτέρ

Η εικόνα παρακάτω επιδεικνύει τον οριζόντιο τομή ενός τριφασικού, διπόλου τραπεζοειδούς PMAC μοτέρ, ο οποίος είναι ένα βασικό στοιχείο του ηλεκτρομηχανής με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες BLDC. Ο μοτέρ διαθέτει έναν μόνιμο μαγνήτη στροφέα με ευρεία πόλη, ο οποίος συμβάλλει στην αποδοτική λειτουργία. Ο στάτης είναι εξοπλισμένος με τρία πολικά πλεξίδια, κάθε ένα αποκλίνει κατά 120 βαθμούς από το άλλο. Αυτή η συγκεκριμένη διάταξη πλεξίδιων εξασφαλίζει ισορροπημένη ηλεκτρική λειτουργία και ομαλή παραγωγή ροπής. Κάθε πλεξίδιο φάσης καλύπτει 60 βαθμούς από κάθε πλευρά, βελτιώνοντας την αλληλεπίδραση του μαγνητικού πεδίου μέσα στον μοτέρ και επιτρέποντας ακριβή έλεγχο της ταχύτητας και της απόδοσης.

Οι τάσεις που παράγονται στις τρεις φάσεις του μοτέρ επιδεικνύονται στην εικόνα παρακάτω. Η παραγωγή της τραπεζοειδούς κύματος μπορεί να αποδοθεί στη συγκεκριμένη αλληλεπίδραση μεταξύ του στροφέα και του στάτη. Όταν ο στροφέας περιστρέφεται σε αντίθετη κατεύθυνση, κατά την πρώτη 120 - βαθμιαία περιστροφή από μια αναφερόμενη θέση, όλοι οι κατώτεροι συνδέσμοι της φάσης A αλληλεπιδρούν με τη νότια πόλη του μαγνητικού πεδίου, ενώ όλοι οι κάτω συνδέσμοι της φάσης A αλληλεπιδρούν με τη βόρεια πόλη.

Αυτή η συνεχής μαγνητική σύνδεση σε αυτό το γωνιακό εύρος οδηγεί σε σχετικά σταθερή παραγόμενη τάση, συμβάλλοντας στην επίπεδη κορυφή του τραπεζοειδούς κύματος. Καθώς ο στροφέας συνεχίζει την περιστροφή, οι αλλαγές στις οριοθετήσεις του μαγνητικού πεδίου προκαλούν τη μετάβαση της παραγόμενης τάσης, με τελικό στόχο τη δημιουργία της χαρακτηριστικής τραπεζοειδούς μορφής που είναι απαραίτητη για την κατάλληλη λειτουργία και έλεγχο του ηλεκτρομηχανής με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες BLDC.

Κατά την 120 - βαθμιαία περιστροφή του στροφέα, η τάση που παράγεται στη φάση A παραμένει σχετικά σταθερή. Όταν η περιστροφή υπερβαίνει τους 120 βαθμούς, μερικοί από τους κατώτερους συνδέσμους της φάσης A ξεκινούν να συνδέονται με τη βόρεια πόλη, ενώ άλλοι συνεχίζουν να αλληλεπιδρούν με τη νότια πόλη. Το ίδιο φαινόμενο συμβαίνει και με τους κάτω συνδέσμους. Ως αποτέλεσμα, κατά την επόμενη 60 - βαθμιαία περιστροφή, η τάση που παράγεται στη φάση A αντιστρέφεται γραμμικά. Αυτός ο μονοπάτης αλλαγής τάσης αντικατοπτρίζεται επίσης στις φάσεις B και C, δημιουργώντας συντονισμένη ηλεκτρική συμπεριφορά απαραίτητη για τη λειτουργία του μοτέρ.

Το σύστημα ηλεκτρομηχανής με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες BLDC, όπως επιδεικνύεται στην εικόνα παρακάτω, αποτελείται από έναν εναλλακτικό πηγής τάσης (inverter) σε συνδυασμό με έναν τραπεζοειδή PMAC μοτέρ. Τα πλεξίδια του στάτη του μοτέρ είναι διαμορφωμένα σε αστερίδια. Η εικόνα επίσης επιδεικνύει τη χαρακτηριστική τάση φάσης του τραπεζοειδούς PMAC μοτέρ, η οποία αντικατοπτρίζει την μοναδική δυναμική παραγωγή τάσης που περιγράφεται παραπάνω. Αυτό το κύμα είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό που επιτρέπει τον αποτελεσματικό έλεγχο και τη λειτουργία του ηλεκτρομηχανής με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες BLDC, διευκολύνοντας την ομαλή παραγωγή ροπής και τον ακριβή έλεγχο της ταχύτητας.

Τα πλεξίδια του στάτη του ηλεκτρομηχανής με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες BLDC εφοδιάζονται με ρομποτικούς παλμούς ρεύματος. Κάθε παλμός έχει διάρκεια 120 ηλεκτρικών βαθμών και είναι προσαρμοσμένα θεμελιωμένος στην περιοχή όπου η παραγόμενη τάση παραμένει σταθερή και φτάνει στη μέγιστη τιμή. Σημαντικά, η πολικότητα αυτών των παλμών ρεύματος συντονίζεται με εκείνη της παραγόμενης τάσης, εξασφαλίζοντας μια συμφωνημένη αλληλεπίδραση μεταξύ των ηλεκτρικών εισόδων και του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από τον μοτέρ.

Η μαγνητική ροή στο διάστημα του μοτέρ διατηρείται σε σταθερό επίπεδο, και η μέγεθος της παραγόμενης τάσης είναι ανάλογη με την ταχύτητα περιστροφής του στροφέα. Αυτή η σχέση είναι θεμελιώδης για τη λειτουργία του μοτέρ, καθώς επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο της απόδοσης του μοτέρ με βάση την παραγόμενη τάση που εξαρτάται από τη ταχύτητα, επιτρέποντας αποτελεσματική μεταφορά ενέργειας και ομαλή λειτουργία σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας.

Κατά τη διάρκεια κάθε 60 - βαθμιαίου διαστήματος λειτουργίας, το ρεύμα ρέει σε μια φάση του πλεξίδιου του στάτη του μοτέρ και εξέρχεται από μια άλλη. Αυτός ο μοντέλος εναλλακτικής ροής ρεύματος είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό της λειτουργίας του ηλεκτρομηχανής με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες BLDC. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια που παρέχεται στο μοτέρ κατά τη διάρκεια κάθε 60 - βαθμιαίου διαστήματος μπορεί να εκφραστεί με την παρακάτω τύπο, ο οποίος λαμβάνει υπόψη την αλληλεπίδραση μεταξύ της τάσης και του ρεύματος στις φάσεις των πλεξίδιων.

Η ροπή που παράγεται από τον μοτέρ

Το κύμα ροπής του ηλεκτρομηχανής με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες BLDC επιδεικνύεται στην εικόνα παρακάτω. Το μέγεθος της ροπής που παράγεται από τον μοτέρ είναι ανάλογη με το ρεύμα που ρέει μέσω των DC πηγών ενέργειας. Αυτή η σχέση είναι θεμελιώδης για την κατανόηση της δυναμικής συμπεριφοράς και των χαρακτηριστικών απόδοσης του μοτέρ.

Η ανακατανεμητική βρακωμένη λειτουργία σε αυτό το σύστημα οδηγού μετατρέπεται αντιστρέφοντας το ρεύμα φάσης. Όταν το ρεύμα φάσης αντιστρέφεται, η κατεύθυνση της πηγής ρεύματος Id αλλάζει αντίστροφα. Αυτή η αντιστροφή ξεκινά μια ροή ενέργειας που ξεκινά από τον μοτέρ, προχωρά μέσω του inverter και τελικά επιστρέφει στην DC πηγή. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, ο μοτέρ λειτουργεί ως γεννήτρια, μετατρέποντας τη μηχανική ενέργεια από το φορτίο σε ηλεκτρική ενέργεια, η οποία επιστρέφεται στην πηγή ενέργειας. Αυτό όχι μόνο βοηθά στην επιβράδυνση του μοτέρ, αλλά επίσης επιτρέπει την ανάκτηση και επαναχρήση ενέργειας, ενισχύοντας την συνολική απόδοση του συστήματος.

Όταν η ταχύτητα περιστροφής του συστήματος οδηγού αντιστρέφεται, η πολικότητα των παραγόμενων τάσεων μέσα στον μοτέρ επίσης αντιστρέφεται. Αυτή η αλλαγή στην πολικότητα της τάσης εκτρέπει τη λειτουργία ανακατανεμητικής βρακωμένης, επιτρέποντας στον οδηγό να μετατρέπει τη μηχανική ενέργεια του κινούμενου φορτίου σε ηλεκτρική ενέργεια που μπορεί να επιστρέφεται στην πηγή ενέργειας.

Αντίθετα, η αντιστροφή της κατεύθυνσης του ρεύματος που ρέει μέσω των πλεξίδιων του μοτέρ ξεκινά τη λειτουργία κίνησης, προωθώντας τον μοτέρ στην επιθυμητή κατεύθυνση. Τα κύματα ρεύματος που αντιστοιχούν σε αυτές τις διαφορετικές λειτουργίες - ανακατανεμητική βρακωμένη και κίνηση - είναι σαφώς επιδεικνύονται στην εικόνα παρακάτω, παρέχοντας μια οπτική αναπαράσταση της ηλεκτρικής συμπεριφοράς του συστήματος οδηγού υπό διάφορες συνθήκες.

Τύποι Ηλεκτρομηχανής με Διάταξη χωρίς Εγχάρακτρες BLDC

Ο ηλεκτρομηχανής με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες BLDC μπορεί να χαρακτηριστεί κυρίως σε δύο διαφορετικούς τύπους: τον φθηνό ηλεκτρομηχανής με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες BLDC και τον μονοφάσιο ηλεκτρομηχανής με διάταξη χωρίς εγχάρακτρες BLDC. Κάθε τύπος έχει τα δικά του μοναδικά χαρακτηριστικά και λειτουργικά αρχή, τα οποία λ