menuordersearch
evparts.ir

نحوه کار و کنترل موتورهای BLDC ,

۱۳۹۹/۹/۸ شنبه
(9)
(0)
نحوه کار و کنترل موتورهای BLDC
نحوه کار و کنترل موتورهای BLDC

نحوه کار و کنترل موتورهای BLDC

 

درک اصول و کاربردهای موتورهای با بازده بالا

 

موتورهای BLDC به دلیل توانایی ارائه کارایی بالا در یک پکیج کوچک، طول عمر بالا و همچنین قابلیت کنترل عالی  مورد توجه بسیاری قرار گرفته اند. در ادامه چگونگی کنترل آنها برای موثرترین نتیجه را بررسی میکنیم.

 

 اتصالات پیچیده تر هستند.

 

شکل 1 شکل ظاهری و ساختار داخلی یک نوع معمولی از موتور BLDC  نوع روتور داخلی را نشان می دهد. توجه داشته باشید که آهنربای دائمی این موتور به روتور آن متصل است و سیم پیچ ها در بیرون قرار می گیرند.. این مورد از یک موتور DC جاربک دار معمولی کاملاً متفاوت است. در موتور DC جاربک دار سیم پیچ ها روی روتور قرار دارند و آهنربا دائمی آن در خارج است. از آنجا که روتور موتور BLDC از سیم پیچ استفاده نمی کند، نیازی به تأمین جریان آن نیست. به همین دلیل هیچ جاروبکی وجود ندارد.

 

 اما راه اندازی موتورهای BLDC دشوارتر از موتورهای براش(جاروبک دار) است. در استفاده از یک موتور جاروبک دار، تمام کاری که شما باید انجام دهید این است که منبع تغذیه را به فاز مثبت و منفی موتور متصل کنید. موتور BLDC از نظر تعداد فازها با موتور dc جاروبک دار تفاوت دارد و از نظر اتصال پیچیده تر است.

 

 داخل و خارج موتور BLDC

شکل 1: داخل و خارج موتور BLDC.

 

روتور یک آهن ربای دائم است و جریان عبور نمی دهد. جاروبک و کموتاتور وجود ندارد. که باعث می شوند موتور عمر طولانی تری داشته باشید.

 

 کنترل میدان مغناطیسی

 

برای چرخاندن یک موتور BLDC، باید جهت و زمان عبور جریان از سیم پیچ ها کنترل شود.  شکل 2 (الف) استاتور (سیم پیچ ها) و روتور (آهن ربا های دائمی) موتور BLDC را نشان می دهد. با این تصویر میتوانیم بررسی کنیم؛ روتور چطور ساخته شده است. در این مثال ما از سه سیم پیچ استفاده می کنیم، در حالی که در عمل استفاده از شش یا بیشتر معمول است. اما در اینجا ما فقط به سه سیم پیچ با فاصله 120 درجه نگاه می کنیم. یک موتور وظیفه تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی را انجام می دهد. بنابراین موتور در تصویر ما چگونه این کار را انجام می دهد؟ بیایید ببینیم در داخل موتور چه می گذرد.

 

اصل چرخش موتور BLDC

 شکل 2 (الف): اصل چرخش موتور BLDC.

 

پیکربندی معمول: سه سیم پیچ با فاصله 120 درجه. با کنترل هدایت فازها و جریان های سیم پیچ

 

برای مثال ما یک موتور 3 سیم پیچ را نشان می دهیم. بیایید سیم پیچ های U ، و W. را برچسب بزنیم به یاد داشته باشید که عبور جریان از یک سیم پیچ باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی می شود. از آنجا که سه سیم پیچ وجود دارد، سه مسیر وجود دارد که می توانیم از آن جریان عبور دهیم. می توانیم اینها را فاز (جریان به سیم پیچ ) ، فاز (به سیم پیچ ) و فاز W بنامیم. ابتدا به بررسی فاز می پردازیم. اگر جریان فقط از سیم پیچ حرکت کند، شار مغناطیسی مطابق شکل2 (ب) ایجاد می شود.

 

 اصل چرخش موتور BLDC

شکل 2 (ب): اصل چرخش موتور BLDC.

 

پیکان شار تولید شده توسط سیم پیچ را نشان می دهد. جریان از طریق و سپس W جاری می شود.

 

در واقع هر سه سیم پیچ از طریق یک سیم فاز به یکدیگر متصل می شوند و تولید فاز به صورت جداگانه امکان پذیر نیست. شکل 2 (c) نشان می دهد چه اتفاقی می افتد وقتی جریان از طریق سیم پیچ های و W حرکت می کند (فاز " وW") ، با فلش ها دوباره شار تولید شده در هر سیم پیچ نشان داده می شود.

 

.اصل چرخش موتور BLDC

شکل 2 (ج): اصل چرخش موتور BLDC.

 

دو فلش به ترتیب شار تولید شده توسط سیم پیچ های و W را نشان می دهند. جریان از طریق و W جاری می شود.

 

پیکان عریض در شکل 2 (د) شار نتیجه است. نتیجه میدانهای مغناطیسی ترکیبی از و W. این شار بزرگ باعث چرخش روتور داخلی می شود، تا زمانی که قطب های S و N آهنربای دائمی روتور بر روی این فلش قرار بگیرند (تا نزدیکترین قطب N به نوک پیکان).

 

 اصل چرخش موتور BLDC

شکل 2 (د): اصل چرخش موتور BLDC.

 

پیکان عریض شار حاصل را نشان می دهد. مجموع شار تولید شده توسط و W

 

چرخش با تغییر مداوم شار حفظ می شود. آهن ربا دائمی به طور مداوم در حال تعقیب میدان مغناطیسی چرخشی ناشی از سیم پیچ است. به عبارت دیگر، باید انرژی U ، و W  به طور مداوم تغییر کند تا شار حاصل به حرکت خود ادامه دهد، یک میدان چرخشی تولید کند که به طور مداوم آهنربا روتور را بچرخاند.

 

شکل 3 رابطه بین فازهای انرژی و شار را نشان می دهد. تعویض متوالی در حالت های 1 تا 6 باعث چرخش روتور در جهت عقربه های ساعت می شود. با کنترل سرعت تغییر فازها می توان سرعت چرخش را کنترل کرد. "کنترل هدایت 120 درجه" به روش کنترل 6 حالته بررسی شده است.

 

 تغییر جهت شار حاصل به طور مداوم آهنربای روتور را می کشد و باعث چرخش روتور می شود

تغییر جهت شار حاصل به طور مداوم آهنربای روتور را می کشد و باعث چرخش روتور می شودتغییر جهت شار حاصل به طور مداوم آهنربای روتور را می کشد و باعث چرخش روتور می شودتغییر جهت شار حاصل به طور مداوم آهنربای روتور را می کشد و باعث چرخش روتور می شود.

شکل 3: تغییر جهت شار حاصل به طور مداوم آهنربای روتور را می کشد و باعث چرخش روتور می شود.

 

 کنترل سینوسی چرخش نرم را ارائه می دهد.

 

با کنترل هدایت 120 درجه، فقط شش جهت شار برآیند برای راه اندازی موتور وجود دارد. به عنوان مثال تغییر از حالت 1 به 2 (شکل 3 را ببینید) جهت شار نتیجه را 60 درجه حرکت می دهد و در ادامه روتور را نیز حرکت می کند..

 

تغییر حالت از 2 به 3 جهت شار 60 درجه دیگر را تغییر می دهد و دوباره روتور را جذب میکند. تکرار این فرآیند یک چرخش مداوم ایجاد می نماید. اما این چرخش تا حدی تند و ناخواسته است. در برخی موارد، این تند و سریع بودن باعث ایجاد ارتعاشات ناخواسته، سر و صدای مکانیکی می شود.

 

به عنوان یک گزینه جایگزین برای کنترل هدایت 120 درجه، می توان از کنترل سینوسی برای دستیابی به عملکرد نرم و آرام استفاده نمود. با کنترل 120 درجه، موتور توسط چرخش مداوم از طریق شش شار نتیجه ثابت، کنترل می شود. همانطور که در شکل 2 (c) مشاهده می شود،   و هر دو شارهایی با اندازه برابر تولید می کنند. با کنترل دقیق تر جریان به U ،   و W  می توان در هر سیم پیچ اندازه شار متفاوتی ایجاد نمود. که اجازه می دهد تا شار حاصل را با دقت بیشتری تغییر داد. (شکل 4 را ببینید)

 

با تنظیم دقیقتر جریان جاری در هر یک از سه  فاز، می توان به تغییر مداوم تری در شار برآیند و در نتیجه چرخش موتور نرم تر دست یافت.

 

 کنترل سینوسی کنترل سینوسی

شکل 4: کنترل سینوسی.

 

با کنترل جریان در هر سه فاز، می توان مقدار و جهت شار را با دقت بیشتری کنترل نمود. با کنترل هدایت 120 درجه، چرخش نرم تری حاصل می شود. شار نتیجه دیگر محدود به شش جهت گسسته نخواهد بود.

 

 کنترل توسط اینورتر

 

دوباره ماهیت جریان را در U ،   و W بررسی می نماییم. برای سادگی، ببینیم این کار با کنترل هدایت 120 درجه چگونه کار می کند. با نگاهی به شکل 3، می بینیم که در حالت 1 جریان از به W جریان می یابد. در حالت 2، از به  . همانطور که فلش های شکل نشان می دهد، هر تغییر در ترکیب انرژی سیم پیچ باعث تغییر متناظر در جهت شار می شود.

 

در حالت 4، از W به جریان داریم. این حالت معکوس حالت 1 است. با یک موتور DC براش، این نوع برگشت جریان با استفاده از جاروبک و کموتاتور حاصل می شود. برای دستیابی به این وارونگی موتورهای BLCD نمی توانند از جاروبک یا تماس مکانیکی دیگر استفاده کنند. در عوض، آنها به طور کلی از مدارهای اینورتر برای اجرای این کنترل استفاده می کنند.

 

به کار بردن مدارهای اینورتر برای تنظیم ولتاژ هر سیم پیچ، علاوه بر کنترل مقدار جریان؛ یک روش معمول برای تنظیم ولتاژ مورد استفاده مدولاسیون عرض پالس (PWM) نیز می باشد. در این روش، با افزایش یا کاهش زمان روشن شدن پالس، ولتاژ را تغییر می دهیم. (همچنین به عنوان "چرخه وظیفه" نیز شناخته می شود: زمان روشن بیان شده به عنوان نسبت بازه سوئیچ ON + OFF است).

 

افزایش چرخه کار همان تأثیر افزایش ولتاژ را دارد. کاهش چرخه وظیفه همان تأثیر کاهش جریان را دارد. (شکل 5 را ببینید.)

 

PWM را می توان با استفاده از MPU های مجهز به سخت افزار اختصاصی PWM پیاده سازی کرد. در حالیکه کنترل هدایت 120 درجه فقط به کنترل ولتاژ دو فاز نیاز دارد و در نرم افزار به راحتی قابل اجرا است. کنترل سینوسی از کنترل ولتاژ سه فاز استفاده می کند و بطور قابل توجهی پیچیده تر است. مدارهای مناسب اینورتر برای راه اندازی موتورهای BLDC ضروری است. توجه داشته باشید که از اینورترها می توان برای موتورهای AC نیز استفاده کرد.

اما وقتی اصطلاحی مانند "نوع اینورتر" در اشاره به لوازم برقی مصرفی استفاده می شود، معمولاً منظور آن یک موتور BLDC است.

 

خروجی PWM در مقابل ولتاژ خروجی

شکل 5: خروجی PWM در مقابل ولتاژ خروجی.

 

متفاوت بودن چرخه کار (زمان روشن در هر دوره سوئیچینگ) ولتاژ موثر را تغییر می دهد.

 

موتورهای BLDC و سنسورهای موقعیتی

 

همانطور که مشاهده کردیم، ما موتورهای BLDC را با تغییر مداوم جهت شار تولید شده توسط سیم پیچ ها، راه اندازی می کنیم. آهنرباهای دائمی روی روتور، به طور مداوم میدان مغناطیسی چرخان متحرک را تعقیب می کنند و باعث چرخش روتور می شوند. با این حال، تاکنون به ویژگی مهم دیگر این موتورها نگاه نکرده ایم: سنسورهای موقعیتی آنها.

 

از آنجا که کنترل موتور BLDC باید با موقعیت روتور (آهنربا) هماهنگ باشد، این موتورها معمولاً دارای سنسورهایی برای تشخیص این موقعیت هستند. اعمال جریان در مواقعی که موقعیت روتور مشخص نیست ممکن است باعث چرخش روتور در جهت اشتباه شود. استفاده از سنسورها از بروز این مشکل جلوگیری می کند.

 

در جدول 1 انواع معمول سنسورهای استفاده شده در این موتورها آورده شده است. سنسورهای مختلفی با روش های مختلف کنترل استفاده می شوند.

 

عناصر هال (Hall Element)، در ورودی سیگنال با فاصله 60 درجه، برای موتورهایی که از کنترل هدایت 120 درجه استفاده می کنند، بهترین حالت است. در آن تمام آنچه لازم است، این است که تعیین نماید کدام فاز را باید تأمین کرد.

 

 سنسورهای دقیق تر (Optical Encoders) مانند رزولوشن ها و رمزگذارهای نوری، برای موتورهایی که از کنترل بردار استفاده می کنند (در جدول1). جایی که شار کنترل دقیق تری لازم دارد، مناسب ترند.

 

در حالی که سنسورها مزایای آشکاری دارند، اما معایبی نیز دارند. بعضی از سنسورها تحمل کمی در برابر گرد و غبار دارند و به نگهداری منظم نیاز دارند. برخی دیگر فقط در دامنه محدودی از دما به درستی کار می کنند. استفاده از سنسورها و اجرای کلیه مدارهای همراه، هزینه های تولید را افزایش می دهد. سنسورهای بسیار دقیق البته گرانترین هستند.

 

"موتورهای بی حسگر BLDC" که در حال حاضر در بازار وجود دارند، به عنوان راهی برای کاهش هزینه های قطعات، تعمیر و نگهداری استفاده از سنسور را کاملاً از بین می برند. اما چون در حال توضیح اصول کار هستیم، فرض می کنیم که از سنسورها برای ردیابی موقعیت روتور استفاده می شود.

 

جدول 1: انواع سنسور موقعیتی و ویژگی های آن

 

نوع سنسوربرنامه های کاربردیامکانات

عنصر هال

Hall element

120 درجه انجام کنترل

هر 60 درجه سیگنال می گیرد.

نسبتا ارزان. تحمل ضعیف در برابر گرما.

انکودر نوری
Optical Encoder
کنترل موج سینوسی ، کنترل بردار

دو نوع: افزایشی (جابجایی را از مبدا تشخیص می دهد)

و مطلق (موقعیت فعلی را تشخیص می دهد).

کیفیت بالا. تحمل ضعیف در برابر گرد و غبار.

حل کننده
Resolver
کنترل موج سینوسی ، کنترل بردار

کیفیت بالا.

محکم، می تواند در محیط های خشن استفاده شود.

 

کنترل بردار کارائی را حفظ می کند.

 

همانطور که دیدیم ، کنترل سینوسی با استفاده از جریان 3 فاز برای کنترل روان شار، چرخش آرام را ایجاد می کند. در حالی که کنترل هدایت 120 درجه در هر زمان فقط به دو مرحله از سه مرحله (U ، و W) انرژی می دهد. کنترل سینوسی بسیار پیچیده تر است، زیرا باید به طور دقیق مقادیر مختلف جریان را به هر سه مرحله انتقال دهد.

 

یکی از راه های کاهش این عارضه کنترل بردار است ، جایی که برای تبدیل فضای مختصات از محاسبات استفاده می شود و اجازه می دهد مقادیر 3 فاز AC به عنوان مقادیر 2 فاز DC اداره شود. این رویکرد فقط در اینصورت می تواند کارساز باشد که؛ اطلاعات موقعیتی با دقت بالا برای استفاده در این محاسبات در دسترس باشد. یکی از راه های به دست آوردن این اطلاعات استفاده از سنسورهای با دقت بالا (انکودرهای نوری ، حل کننده ها و غیره) است. روش دیگر "بدون سنسور" تخمین موقعیت بر اساس مقدار جریان در هر فاز است. در هر صورت، تبدیل فضای مختصات امکان کنترل مستقیم جریان الکتریکی مربوط به گشتاور را فراهم می نماید. کارایی بسیار کارآمد با جریان هدر رفته کم را به ارمغان می آورد .

 

اجرای کنترل بردار نیاز به پردازش فشرده ریاضی دارد، از جمله توانایی حل سریع توابع مثلثاتی مورد نیاز برای تبدیل فضای مختصات. MCU مورد استفاده برای کنترل این موتورها به طور کلی شامل FPU (واحد شناور) است و باید توانایی پردازش قابل توجهی را داشته باشد.

 

لینک اصلی مقاله

منبع:  وب سایت enesas.com

مقالات مرتبط

نقشه سیمکشی دوچرخه برقی

نقشه سیمکشی دوچرخه برقی
سه شنبه ۷ بهمن ۱۳۹۹

دوچرخه برقی شامل موتور، کنترلر، دسته گاز، نمایشگر، دسته ترمز و سنسور پدال می باشد. جهت نصب و راه اندازی دوچرخه برقی و اتصال درست سیم و کانکتورها به یکدیگر مطابق با عکس اقدام به نصب فرمایید.

تست سنسور اثر هال موتور براشلس

تست سنسور اثر هال موتور براشلس
سه شنبه ۷ بهمن ۱۳۹۹

در موتور های جریان مستقیم بدون جاروبک (Brush-less DC) سنسور اثر هال بجای یک جابجاگر مکانیکی "commutator" و جاروبکها "Brushes" استفاده می شود.
جهت تست سنسورهای اثر هال به ترتیب زیر عمل نمایید.

تست سلامت ماسفت های کنترلر موتور براشلس

تست سلامت ماسفت های کنترلر موتور براشلس
سه شنبه ۷ بهمن ۱۳۹۹

برای این تست شما باید اتصال کوتاه بین هر سه فاز با منفی سیستم و مثبت سیستم را چک کنید . در کل 6 حالت باید تست شود ( اتصال کوتاه بین هر سه فاز و منفی و اتصال کوتاه بین هر سه فاز و مثبت) . برای این تست روشن بودن کنترلر ( وصل کردن به منبع تغذیه) لزومی ندارد .در هر یک از حالت های فوق مولتی متر باید مقدار قابل توجهی مقاومت نشان دهد ، مطمئن شوید اتصال پراب و سر سیم ها به خوبی برقرار می شود.

نقشه auto cad انواع هاب موتور

نقشه auto cad انواع هاب موتور
سه شنبه ۷ بهمن ۱۳۹۹

از این قسمت شما میتوانید فایل CAD انواع هاب موتور را دانلود نمایید

نحوه تغییر جهت چرخش موتور براشلس

نحوه تغییر جهت چرخش موتور براشلس
سه شنبه ۷ بهمن ۱۳۹۹

جهت تغییر جهت چرخش موتور براشلس از حالت استاندارد به معکوس به دو صورت زیر عمل نمائید:

موتورهای DC بدون جاروبک

موتورهای DC بدون جاروبک
سه شنبه ۷ بهمن ۱۳۹۹

یک موتور، انرژی الکتریکی عرضه شده را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. انواع مختلفی از موتورها معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند. در این میان موتورهای DC بدون جاروبک (BLDC) دارای راندمان بالا و قابلیت کنترل عالی هستند و در بسیاری از برنامه ها به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. موتور BLDC نسبت به انواع دیگر موتور دارای مزایای صرفه جویی در مصرف انرژی است.

نظرات کاربران
*نام و نام خانوادگی
* پست الکترونیک
* متن پیام

بستن
*نام و نام خانوادگی
* پست الکترونیک
* متن پیام

0 نظر