
Основное различие между бесщеточными двигателями постоянного тока (BLDC) и бесщеточными двигателями переменного тока (BLAC) заключается в их форме обратной ЭДС. Двигатели BLDC обычно имеют трапециевидную обратную ЭДС, в то время как двигатели BLAC (также называемые синхронными двигателями с постоянными магнитами или PMSM) имеют синусоидальную обратную ЭДС. Форма обратной ЭДС двигателя важна, поскольку она определяет, какой тип тока привода и метод коммутации следует использовать.
В двигателе постоянного тока ротор состоит из постоянных магнитов, а статор имеет стальные пластины с обмотками через осевые пазы. Обмотки намотаны трапециевидным образом и создают трапециевидную обратную ЭДС.
Для достижения наилучшей производительности ток возбуждения должен соответствовать форме сигнала обратной ЭДС, поэтому двигатели постоянного тока должны приводиться в действие трапециевидными формами сигнала (постоянный ток). Трапециевидные приводы иногда называют приводами прямоугольной формы, хотя истинно прямоугольные сигналы используются редко из-за их резкого перехода между положительными и отрицательными значениями. Вместо этого используется модифицированный квадратный или квазиквадратичный ток.
Терминология двигателя это может быть непросто. Обычно двигатели классифицируют по их входному напряжению: переменному или постоянному. Но многие инженеры утверждают, что бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) на самом деле являются двигателями переменного тока, потому что они приводятся в действие постоянным напряжением, которое переключается с одной катушки статора на другую, генерируя переменный (следовательно, переменный ток) сигнал трапециевидной или квазиквадратичной формы.
Другой способ классификации двигателей — это их профиль обратной ЭДС. Двигатели постоянного тока называются трапециевидными двигателями, поскольку они создают трапециевидную обратную ЭДС, и Двигатели BLAC (он же PMSM) называются синусоидальными двигателями, поскольку они создают синусоидальную обратную ЭДС. Но, как обсуждалось ниже, обратная ЭДС двигателя постоянного тока на самом деле не имеет трапециевидной формы. На самом деле его форма более синусоидальная. Вот почему двигатели BLDC могут использовать трапециевидные или синусоидальная коммутация.
Трапециевидная (она же шестиступенчатая) коммутация часто используется в высокоскоростных приложениях или когда требуется более высокий пусковой момент. Трапециевидная коммутация также менее затратна, чем другие методы, благодаря своим простым алгоритмам управления. В большинстве случаев положение ротора определяется тремя датчиками эффекта Холла, которые установлены на статоре на расстоянии 120 градусов друг от друга. Когда ротор проходит над датчиками, они выдают либо высокий, либо низкий сигнал, указывающий, над каким полюсом ротора (N или S) проходит. Переключение с высокого на низкий (или с низкого на высокий) трех датчиков Холла выдает информацию о положении ротора каждые 60 градусов, что означает, что для завершения одного электрического цикла требуется шесть шагов — отсюда термин “шестиступенчатая коммутация”. Правильная последовательность коммутации определяется по комбинации сигналов датчика Холла.
Трапециевидная коммутация также может быть выполнена на основе обратной ЭДС двигателя, что позволяет исключить датчики Холла. В типичном трехфазном двигателе постоянного тока с трапециевидным током одна обмотка положительная, одна обмотка отрицательная, а одна разомкнута. Разомкнутую обмотку можно использовать для определения точки пересечения нуля обратной ЭДС, что соответствует изменению сигнала в датчике Холла. Однако обратная ЭДС пропорциональна частоте вращения двигателя. Это означает, что при очень низких оборотах (и особенно при запуске) обратная ЭДС будет очень низкой, поэтому двигатель необходимо запускать в режиме разомкнутого контура до тех пор, пока не будут созданы достаточные обороты и обратная ЭДС. В этот момент контроллер может быть переключен на измерение обратной ЭДС для коммутации.
Недостатком трапециевидной (шестиступенчатой) коммутации является то, что она приводит к пульсации крутящего момента на каждом шаге коммутации (каждые 60 градусов). И хотя теоретически обратная ЭДС двигателя постоянного тока имеет трапециевидную форму, на самом деле форма обратной ЭДС не является чисто трапециевидной. Индуктивность в двигателе сглаживает обратную ЭДС, придавая ей более синусоидальную форму. А поскольку обратная ЭДС скорее синусоидальная, чем трапециевидная, можно использовать синусоидальную коммутацию с двигателями постоянного тока. Это требует добавления датчика или преобразователя для точного отслеживания положения ротора, что увеличивает стоимость системы, но приводит к значительному уменьшению пульсаций крутящего момента.
Другой вариант — использовать управление, ориентированное на поле (FOC). Это метод, в котором вектор тока (величина и направление) определяется относительно ротора, а не на основе синусоидальных волн, как это делается при синусоидальной коммутации. В то время как синусоидальная коммутация имеет низкую эффективность на высоких скоростях, FOC обеспечивает высокую эффективность в широком диапазоне скоростей, а также очень плавное движение.
Хотя номенклатура может сбивать с толку, упоминание двигателей BLDC как трапециевидных двигателей служит для того, чтобы отличать их от двигателей BLAC. Возможность использования трапециевидной или синусоидальной коммутации или управления, ориентированного на поле, делает двигатели BLDC пригодными для широкого спектра применений с возможностью сбалансировать требования к производительности со сложностью управления и стоимостью.
Свежие комментарии