El missatge detalla de manera exhaustiva el concepte bàsic de funcionament dels motors de corrent continu sense escombretes també anomenats motors BLDC.
Diferència entre motors CC sense escombretes i sense escombretes
En els nostres motors raspallats tradicionals s’utilitzen raspalls per canviar el rotor mòbil central respecte l’estator d’imants permanents de papereria circumdant.
Els pinzells esdevenen imprescindibles perquè el rotor es fa mitjançant electroimants que necessiten energia per funcionar, però com que també necessita girar les coses es tornen maldestres i els pinzells es converteixen en l’única alternativa per subministrar energia al rotor electromagnètic en rotació.
Al contrari, en motors de CC sense escombretes o motors BLDC tenim un estator central de papereria i un rotor circular circumdant. L’estator està format per un conjunt d’electroimants, mentre que el rotor té imants permanents fixats al llarg del seu perímetre en determinades posicions calculades.
Ús de sensors d’efecte Hall
El mecanisme també té un sensor d’efecte Hall que s’instal·la per detectar la posició del rotor i els seus imants respecte a l’electroimant de l’estator i informar les dades a un circuit de commutació extern que després es fa responsable d’activar / desactivar els electroimants a la seqüència o temporització correctes, que influeixen en un moviment de rotació del rotor.
L'explicació anterior es pot entendre amb l'ajut de la següent il·lustració bàsica i després mitjançant un disseny elaborat a les imatges posteriors.
Hem après i sabem força coses interessants sobre els imants i sobre com interactuen aquests dispositius.
Sabem que un pol nord de l’imant atrau el pol sud d’un altre imant mentre els pols es repel·leixen.
Com es posicionen els imants permanents
Al diagrama mostrat anteriorment veiem un disc amb un imant incrustat a la vora (que es mostra en color vermell) que es col·loca amb el pol nord orientat cap a l’exterior i també un electroimant situat a una proximitat paral·lela a la vora circular del disc que produeix un camp magnètic sud quan s’energia.
Ara, suposant que la disposició es posiciona tal com es mostra al primer diagrama superior amb l'electroimant en estat desactivat.
En aquesta posició tan bon punt l’electroimant s’activa amb una entrada de corrent continu que aconsegueix i genera un camp magnètic sud que influeix sobre una força de tracció sobre l’imant del disc que al seu torn obliga al disc a girar amb una mica de parell fins que el seu imant permanent coincideixi amb els electroimants oposats a les línies de flux.
L'acció anterior mostra el format bàsic en què funciona el concepte BLDC.
Com funciona el motor BLDC amb sensors d'efecte Hall
Ara anem a veure com realment s’implementa el concepte anterior mitjançant sensors d’efecte Hall per tal de mantenir un moviment continu sobre el rotor.
El següent diagrama d'exemple explica el mecanisme de manera completa:
En el diagrama anterior, bàsicament veiem una disposició directa del rotor / estator BLDC, on l’element circular exterior és el rotor rotatiu mentre l’electroimant central es converteix en l’estator fix.
El rotor es pot veure tenint un parell d’imants permanents fixats a la perifèria que tenen el pol sud com a línies de flux que influeixen, l’estator central és un fort electroimant dissenyat per generar una força equivalent al flux magnètic del pol nord quan s’energia amb un CC extern.
També podem visualitzar un sensor de sala situat a prop d’una de les cantonades de la perifèria del rotor interior. L'efecte Hall detecta fonamentalment el camp magnètic del rotor rotatiu i envia el senyal a un circuit de control responsable d'alimentar els electroimants de l'estator.
Referint-nos a la posició superior, veiem l’àrea en blanc (que és nul·la de qualsevol camp magnètic) del rotor en estret contacte amb el sensor de sala mantenint-lo en estat apagat.
En aquest instant, el senyal d’apagat de l’efecte hall informa el circuit de control perquè engegui els electroimants, cosa que indueix instantàniament un efecte de tracció al pol sud del rotor situat a la volta de la cantonada.
Quan això passa, el pol sud es redueix creixent produint el parell requerit al rotor i intenta alinear-se en línia amb el pol nord de l’electroimant.
Tanmateix, en el procés, el pol sud del rotor també s’acosta al sensor del vestíbul (com es mostra al diagrama inferior), que immediatament ho detecta i s’encén informant el circuit de control que apagui els electroimants.
Apagar el temps dels electroimants és crucial
L'apagada dels electroimants en el moment adequat, tal com indica el sensor d'efecte hall, prohibeix la paralització i obstaculització del moviment del rotor, més aviat li permet continuar amb el moviment a través del parell generat fins que la posició anterior comença a configurar-se i fins que el hall El sensor torna a sentir la zona buida del rotor i s'apaga repetint el cicle.
La commutació anterior del sensor de sala d’acord amb les diferents posicions del rotor provoca un moviment de rotació continu amb un toc que pot ser directament proporcional a les interaccions magnètiques estator / rotor i, per descomptat, el posicionament de l’efecte de sala.
Les discussions anteriors expliquen el mecanisme més fonamental de dos imants, un sensor de sala.
Per aconseguir parells excepcionalment més alts, s’utilitzen més imants i conjunts d’electroimants en altres motors sense escombretes d’eficiència superior, on es pot veure més d’un sensor d’efecte hall per implementar la detecció múltiple dels imants del rotor de manera que es puguin canviar diferents conjunts d’electroimants a la seqüència correcta preferida.
Com controlar el motor BLDC
Fins ara hem entès el concepte bàsic de treball de Motors BLDC i vam aprendre com s’utilitza un sensor Hall per activar l’electroimant del motor a través d’un circuit electrònic connectat extern per mantenir un moviment de rotació continu del rotor, a la següent secció estudiarem la classificació de com funciona realment el circuit de control BLDC per controlar motors BLDC
El mètode d'implementació d'un electroimant fix d'estator i un rotor magnètic lliure giratori garanteix una eficiència millorada als motors BLDC en comparació amb els motors raspallats tradicionals que tenen exactament la topologia oposada i, per tant, requereixen raspalls per a les operacions del motor. L’ús de pinzells fa que els procediments siguin relativament ineficients en termes de llarga vida, consum i mida.
Desavantatge del motor BLDC
Tot i que els tipus BLDC poden ser el concepte de motor més eficient, té un inconvenient significatiu que requereix un circuit electrònic extern per al seu funcionament. Tanmateix, amb l’aparició de les CI modernes i els sensibles sensors Hall, ara aquest problema sembla ser bastant trivial si es compara amb l’alt grau d’eficiència que comporta aquest concepte.
Controlador BLDC de 4 imants El disseny
En el present article estem discutint un circuit de control senzill i bàsic per a un motor BLDC de quatre imants amb sensor senzill. El funcionament del motor es pot entendre fent referència al següent diagrama del mecanisme del motor:
La imatge superior mostra una disposició bàsica del motor BLDC amb dos conjunts d’imants permanents a la perifèria d’un rotor extern i dos conjunts d’ electroimants centrals (A, B, C, D) com a estator.
Per iniciar i mantenir un parell de rotació ja sigui A, B o C, els electroimants D han d’estar en estat activat (mai junts) en funció de les posicions dels pols nord / sud de l’imant del rotor respecte als electroimants activats.
Com funciona el controlador de motor BLDC
Per ser precisos, suposem la posició que es mostra a l’escenari anterior amb A i B en un estat ON activat de manera que el costat A s’energia amb el pol sud mentre que el costat B s’energia amb el pol nord.
Això significaria que el costat A exerciria un efecte de tracció sobre el seu pol nord blau esquerre i un efecte repel·lent en el seu costat dret del pol sud de l’estator, de manera similar, el costat B tiraria del pol sud vermell inferior i repel·liria el nord superior pol del rotor .... es podria suposar que tot el procés exerceix un impressionant moviment en sentit horari sobre el mecanisme del rotor.
Suposem també que, en la situació anterior, el sensor Hall es troba en un estat desactivat, ja que pot ser un dispositiu sensor sensor Hall 'activat pel pol sud'.
L'efecte anterior intentaria alinear i forçar el rotor de manera que el sud es bloquejés cara a cara amb el costat B mentre que el pol nord amb el costat A, no obstant això, abans que aquesta situació sigui capaç de transpirar, el sensor Hall s'acosta a la canviant el pol sud superior del rotor, i quan aquest només transita pel sensor Hall, es veu obligat a activar-se, enviant un senyal positiu al circuit de control connectat que respon instantàniament i apaga els electroimans A / B i engega els electroimants C / D, assegurant-se que el moment en sentit horari del rotor es torna a aplicar, mantenint un parell de rotació consistent al rotor.
Circuit bàsic de controladors BLDC
El canvi explicat anteriorment dels electroimants en resposta al senyal d’activació del sensor Hall es pot implementar molt senzillament mitjançant la següent idea directa del circuit de control BLDC.
El circuit no necessita molta explicació, ja que és massa bàsic, durant les situacions d’encesa del sensor Hall, el BC547 i el TIP122 acoblat s’encenen corresponentment, que al seu torn engega els corresponents conjunts d’electroimants connectats a través del col·lector i són positius , durant els períodes de desconnexió del sensor Hall, el parell BC547 / TIP122 està apagat, però el transistor TIP122 extrem esquerre queda activat activant els conjunts oposats d'electroimant.
La situació es commuta alternativament, contínuament, sempre que es mantingui la potència mantenint el BLDC girant amb els parells i el moment requerits.
Anterior: Circuit de carregador d'ordinador portàtil amb bateria de 12V Següent: Com fer un potent circuit de bloqueig de senyal de RF
