Functionarea Motoarelor Brushless

Termenul “brushless” a devenit acceptat ca referitor la un anumit tip de servo motor. Un motor pas cu pas este un dispozitiv fara perii, precum un motor de inductie de curent alternativ (de fapt, motorul pas cu pas poate forma baza servo motorului brushless, deseori numit un servo hibrid). Totusi, asa numitul motor brushless a fost proiectat sa aiba o performanta similara cu cea a motorului de curent continuu cu perii, fara limitarile impuse de un comutator mecanic.

In catagoria motoarelor brushless exista doua tipuri de baza de motoare : trapezoidal si sinusoidal. Motorul trapezoidal este de fapt un servou brushless de curent continuu, iar motorul sinusoidal seamana putin cu motorul asincron de curent alternativ. Pentru a explica diferenta intre acestea trebuie urmarita evolutia motorului brushless.

In figura este reprezentat un motor cu perii de curent continuu. Prin comutator si perii inversarea curentului se face automat si rotorul continua sa se invarta in aceeasi directie.

FUNCTIONAREA MOTOARELOR BRUSHLESS

Pentru a transforma motorul de mai sus intr-unul brushless trebuie eliminate infasurarile de pe rotor. Aceasta se poate realiza intorcand motorul pe dos. In alte cuvinte, se face magnetul permanent partea rotativa a motorului si se pun infasurarile pe polii statorului. Mai este necesar un mijloc de inversare a curentului automat, precum cel din figura de mai jos.

In mod evident aceasta solutie cu un comutator mecanic nu este satisfacatoare, dar capacitatea de comutare a dispozitivelor fara contact este foarte limitata.

Totusi, intr-o aplicatie cu servou, se foloseste un amplificator electronic sau driver, care poate fi folosit si pentru comutatia ca raspuns la semnale de semnal slab furnizate de un senzor optic sau cu efect hall.(figura urmatoare)

Curentul din circuitul extern trebuie inversat la pozitii definite ale rotorului, deci motorul este de fapt condus de un curent alternativ.

Intorcandu-ne la motorul conventional cu perii, un rotor constand doar intr-o singura bobina va exercita o variatie mare de cuplu in timp ce se roteste.

De fapt, caracteristica va fi sinusoidala, cu cuplul maxim produs atunci cand campul rotorului este la unghiul potrivit fata de campul statorului, si este zero atunci cand se trece prin punctul de comutatie. Un motor practic de curent continuu are un numar mare de bobine pe rotor, fiecare conectata nu doar la perechea sa de segmente de comutare, cat si la celelalte bobine. In acest mod contributia principala la cuplu este facuta de o bobina care opereaza aproape de pozitia de cuplu maxim. Exista de asemenea un efect de mediere produs de curentul ce percurge si celelalte bobine, astfel incat variatia de cuplu rezultata este foarte mica.

Se doreste reproducerea acestei situatii la motorul brushless ; totusi, aceasta ar necesita un numar mare de bobine distribuite in jurul statorului. Aceasta poate fi fezabil, dar fiecare bobina ar necesita propriul sau circuit de comanda ; ceea ce nu se poate, deci trebuie facut un compromis. Un motor tipic brushless are doua sau trei seturi de bobine sau faze. Motorul din figura este unul cu doi poli si trei faze. Rotorul are de obicei patru sau sase poli, cu un numar de poli ai statorului in crestere corespondenta. Acesta nu mareste numarul de faze – fiecare faza avand cotiturile sale distribuiteintre cativa poli ai statorului.

Cuplul maxim este produs atunci cand campurile rotorului si al statorului se afla la 90° unul fata de altul. Astfel pentru a genera un cuplu constant trebuie mentinut campul statorului la 90° inaintea rotorului. Limitand numarul de faze la trei inseamna ca se poate creste campul statorului in multipli de 60° .

TOATE AVANTAJELE UNUI MOTOR BRUSHLESS SI SIMPLITATEA UNUI MOTOR DE CURENT CONTINUU

1. Functionare

Motoarele conventionale de curent continuu folosesc un comutator mecanic, in timp ce motoarele CMG Silicon Series folosesc unul electronic. In ambele cazuri, comutatorul converteste curentul continuu intr-un camp magnetic rotitor, pentru a suporta rotatia continua. Totusi solutia cu comutator electronic are avantajele unei constructii si operari solide, si in plus mareste avantajele unui motor brushless fara a se folosi un amplificator. In contrast cu motoarele de curent continuu tipice, contactorii si releele sunt de asemenea eliminate, datorita sursei si controlului directional incorporate.

In plus, CMG este singurul motor brushless din clasa sa de performante care poate fi operat in paralel. Aceasta inseamna ca mai multe motoare pot fi alimentate de la aceeasi sursa de current si tensiune, inclusiv un controler de curent continuu.

Odata cu aparitia acestui progres tehnologic, noi niveluri de performanta, eficienta si densitate de putere devin disponibile la costuri reduse de operare si intretinere. Aplicatii precum unitati de putere hidraulice, strartere/alternatoare integrate, vehicule hibride mici, cu tensiune scazuta si altele, ce erau inainte prea complexe si prea scumpe -acesibile doar in industria aerospatiala si pe platforme militare- devin disponibile pe scara larga.

2.Materiale si constructie

Statorul este facut din bare laminate din otel de 0.355mm, care sunt adunate, fluidizate si legate cu sarma de cupru izolata. Exceptie fac motoarele care folosesc constructia SolidSlot™(vezi imaginea), care are bare trapezoidale de cupru inserate in centrul statorului. Rotorul este facut din bare de otel taiate cu precizie si are 12 magneti neodimium-fier-bor (NdFeB) de mare temperatura (180°) montati pe circumferinta. Magnetii sunt prinsi cu o banda de otel inoxidabil iar rotorul este echilibrat inainte de asamblare.

Cateva caracteristici ale unui astfel de motor :

MOTORUL ELECTRIC DE CURENT CONINUU BRUSHLESS(BLDC)

BLDC este un motor electric sincron de curent alternativ care din perspectiva modelarii seamana mult cu un motor de curent continuu. Uneori diferenta este explicata prin sistemul de comutatie controlat electronic, fata de un sistem mecanic de comutatie, desi aceasta exprimare este inselatoare, deoarece cele doua motoare sunt complet diferite.

Exista trei subtipuri :

Motorul sincron de curent alternativ trifazat, ce are trei conexiuni electrice

Motor pas cu pas, care poate avea mai multi poli pe stator

Motorul cu reluctanta, are toti polii pe stator si un miez magnetic pe rotor.

Intr-un motor conventional (cu perii) de curent continuu, periile iau contact mecanic cu un set de contacte electrice de pe rotor (numite comutator), formand un circuit electric intre sursa de curent continuu si armaturile infasurarii bobinelor. Pe masura ce armatura se roteste in jurul axului, periile stationare vin in contact cu diferite sectiuni ale comutatorului rotitor. Comutatorul si sistemul de perii formeaza un set de comutatoare electrice, fiecare comutand in ordine, asa incat puterea electrica curge intotdeauna catre infasurarea armaturii cea mai aproape de statorul fix (magnet permanent).

Intr-un motor BLDC, sistemul de perii/comutator este inlocuit cu un controler electronic intelegent. Controlerul face aceeasi distributie de putere ca la un motor de curent continuu cu perii, dar fara a folosi un sistem comutator/perii. Controlerul contine o serie de dispozitive electronice MOSFET care conduc puterea de current continuu mare, si un microcontroler care orchestreaza temporizarea curentilor rapid schimbatori. Deoarece controlerul trebuie sa urmareasca rotorul, are nevoie de mijloace de determinare a pozitiei/orientarii rotorului, relativ la infasurarile statorului. Unele modele folosesc senzori cu efect Hall pentru a masura direct pozitia rotorului.

Motoarele BLDC pot fi construite in doua configuratii fizice diferite: cea conventionala, magnetii permanenti sunt montati pe rotor, bobinele statorului inconjurand rotorul iar cea de-a doua in care relatia radiala intre infasurari si magneti este inversata; bobinele statorului formeaza centrul motorului, in timp ce magnetii permanenti se invart pe un rotor ce inconjoara centrul.