BLDC BrushLess DC Motor

1. BLDC BrushLess DC Motor Odwrócony silnik komutatorowy: wzbudzenie PM na wirniku. Nie komutator, ale czujniki Halla rozpoznają położenia wirnika i sterują prądami w cewkach stojana. Uzwojenia zasilane są unipolarnie lub bipolarnie. Silnik dwufazowy, z dwoma parami biegunów. Umożliwiają sterowanie prędkości, a nawet kąta, jak w siln. krokowych. Stosowane w: serwonapędy, wentylatory, magnetowidy, magnetofony, wideokamery, napędy CD/DVD, napędy dysków (w miejsce s. krokowych). Często prosty sterownik (zasilacz) wbudowany jest w silnik. Wyprowadzone mogą być 2 końcówki: zmiana + - może zmieniać kierunek obrotów.

2. BLDC layout

3. BLDC Zasilanie unipolarne obu uzwojeń Uzwojenia A i B zasilane są unipolarnie. Hallotron H2 załącza tranzystor T2 gdy pod H2 jest nabiegunnik N wirnika. Dla położenia wirnika jak na rysunku, załączony jest T2  na wirnik działa moment zgodny ze wskazówkami zegara. Gdy N minie cewkę B, T2 jest wyłączany. H1 załącza T1. Na wirnik nadal działa moment zgodny ze wskazówkami zegara. Silnik jednofazowy, z jedną parą biegunów: 2 uzwojenia zasilane unipolarnie. Napęd mini wentylatorów. Przy kątach wirnika, przy których pola magnesu wirnika i uzwojeń stojana są współliniowe: równoległe lub antyrównoległe, Tem= 0 wirnik się kręci od bezwładności. Celowo dodana niesymetria magnetyczna zapobiega postojowi wirnika w tych położeniach  możliwy rozruch.

4. 2 uzwojenia, przesunięte o 90o, zasilane bipolarnie Para uzwojeń B1+B2 (nie pokazana) jest przesunięta o 90o w stosunku do A1+A2. Sekwencja zasilania, od Hallotronów: uzwojenia A1+A2 w kierunku dodatnim, uzwojenia B1+B2 w kierunku dodatnim, uzwojenia A1+A2 w kierunku ujemnym, uzwojenia B1+B2 w kierunku ujemnym. Nie ma położeń z zerowym momentem. 4 pulsy momentu na 1 obrót. T1,2,3,4= mostek tranzystorowy typu X. Obrót w prawo  Wzrost strumienia sprzężonego z uzw. B  Indukuje się Sem przeciwdziałająca temu wzrostowi strumienia  Maleje prąd średni w uzw. B  Obroty się stabilizują, tak jak w maszynie obcowzbudnej prądu stałego  Stąd nazwa BLDC. Jeśli moment obciążenia =0, to przy pewnych obrotach Sem średnia równoważy napięcie zasilania  prąd średni spada do zera.

5. 3 uzwojenia połączone w Y, przesunięte o 120o, zasilane bipolarnie parami  6 płytkich pulsów momentu na obrót. 3-ph bipolar  dobre wykorzystanie uzwojeń

6. Pole uzwojenia 3-fazowego, zasilanego bipolarnie Zawsze zasilane są połączone szeregowo fragmenty faz nawinięte na obu nabiegunnikach, np. A1 i A2. Skoki pola wynoszą 60o. Kąt wirnika względem aktualnego położenia strumienia przebiega kąty z zakresu od 120o do 60o. Średni kąt wirnika względem strumienia= 90o  maksimum momentu. Wirnik wewnętrzny  mniejszy moment bezwładności. <15 000 rpm. Wirnik zewnętrzny  większy moment bezwładności. <30 000 rpm.

7. BLDC z zasilaczem z mostka CMOS strategie sterowania: C – steruje się prąd po stronie DC lub w fazach. V – steruje się napięcie silnika. Q+ – funkcję regulacyjną pełnią Tr grupy dodatniej. Q- – funkcję regulacyjną pełnią Tr grupy ujemnej. n-channel MOSFETs

8. BLDC Sterowanie unipolarne: strategia sterowania C120Q– Przez 120o funkcję regulacyjną pełnią Tr grupy ujemnej. Po wyłączeniu T6 prąd od sem samoindukcji zamyka się prze D3.

9. BLDC sterowanie bipolarne Sterowanie bipolarne zapewnia równomierne rozłożenie strat na wszystkie Tr. Jednakże są one wyższe niż przy sterowaniu unipolarnym. Fluktuacja prądu iA Droga prądu po wyłączeniu T1 i T6.

10. BLDC w modelarstwie A BLDC motor powering a micro remote-controlled airplane. This 5-gram motor produces more thrust than twice the weightof plane. Being an outrunner, the rotor-can containing the magnetsspins around the coil windings on the stator.

11. BLDC w wentylatorze The poles on the stator of a two-phaseBLDC motor. This is part of a computer cooling fan. The rotor has been removed.

12. BLDC vs stepper motor Silniki BLDC są jakby silnikami krokowymi o kącie skoku 180o lub 120o. Jednak silnik krokowy pracuje bez sprzężenia zwrotnego. Silnik BLDC wymaga informacji o położeniu wirnika. Położenie wirnika decyduje o przełączaniu zasilania na kolejne fazy, tak aby pole stojana było możliwie prostopadłe do pola wirnika. Istnieją układy bezczujnikowej, sensorless, identyfikacji położenia wirnika.

13. Linear motors or actuators W napędach głowic dysków stosowana jest płaska wersja VCM. Pod i nad płaską cewką są umieszczone nabiegunniki N. Prąd w cewce płynie wzdłuż osi ruchomego ramienia. Sterowanie: faza przyspieszania + faza hamowania.

14. Zasada sterowania silnika VCM Czujnik prędkości: wykorzystuje się sem samoindukcji. Czujnik położenia: wykorzystuje się sygnały z głowic magnetycznych. Są scalone układy analogowo- cyfrowe sterujące prąd zasilania w trybie PWM: Pulse Width Modulation.