BLDC 모터는 어떻게 작동합니까? 브러시리스 DC 모터의 원리에 대한 자세한 설명

전자 기술과 영구 자석 재료의 지속적인 발전으로 인해 지난 20 년에서 30 년 동안BLDC 모터틈새 모터에서 다양한 산업의 주류 전력 솔루션으로 전환했습니다.BLDC 모터고효율, 높은 신뢰성 및 긴 수명으로 인해 가정용 기기, 전동 공구, 전기 자동차 및 산업 자동화 장비를 포함하여 응용 분야에서 널리 사용되었습니다. 그러나 BLDC 모터의 운영 원리는 여전히 많은 개인에게 알려져 있지 않습니다. 이 기사는 현재 전기 공학 에서이 놀라운 혁신에 대한 자세한 내용을 얻을 수 있도록 BLDC 모터의 작업 원리에 대해 깨닫는 데 필요한 모든 것을 설명합니다.

BLDC 모터의 기본 구조

이제 작업 원칙에 들어가기 전에 기본 구조에 익숙해 져야합니다.

고정자 : 모터 하우징 내부에 고정되면 일반적으로 라미네이트 실리콘 스틸 시트로 구성되며 코일은 주위에 상처를 입어 여러 전자석 기둥을 만듭니다.

로터 : 로터는 일반적으로 샤프트에 장착되며 영구 자석이 들어 있습니다. BLDC 모터는 영구 자석의 다양한 구성을 기반으로 여러 품종으로 분류 할 수 있습니다.

홀 센서 : 로터의 위치와 전자 제어 시스템에 대한 피드백을 결정합니다.

컨트롤러 : 홀 센서 또는 기타 피드백 메커니즘의 피드백을 기반으로 고정자 권선을 통해 흐르는 전류의 타이밍을 결정하는 전자 제어 시스템.

Outrunner BLDC 모터 구조는 내부 로터 구조와 독특하다는 점은 주목할 가치가 있습니다. 로터는 외부에 있고 고정자는 안에 있습니다. 이러한 유형의 설계는 드론 프로펠러 드라이브와 같이 높은 토크를 필요로하는 응용 분야에서 특히 널리 퍼져 있습니다.

전자기의 원리 : BLDC 모터 작동의 기초

전자기의 두 가지 기본 원리는 BLDC 모터의 작동을 결정합니다.

Ampere의 법칙 : 전류 운반 도체가 자기장에있을 때, 도체는 힘을받습니다. BLDC 모터의 고정자는 감금 된 구리 권선으로 구성되며, 이러한 권선이 활력을 이루면 로터의 영구 자석 사이를 상호 작용하여 로터가 회전 할 수있는 기계적 움직임을 제공하는 힘을 생성하는 자기장을 생성합니다.

Faraday의 전자기 유도 법칙 : 자기장 선을 자르거나 자기장이 변화하는 경우 전도체에서 전기력이 유도됩니다. 그것은 후면 전자 유전자 력을 감지하여 로터 위치가 감지되는 감각없는 제어에 널리 사용됩니다.

이러한 원칙은 산업용 브러시리스 모터 설계에 적용됩니다. 그들은 고정자 권선을 통해 흐르는 전류를 미세하게 조절함으로써이를 달성하여 로터의 영구 자석과 유리한 전자기 상호 작용을 보장하여 고효율과 안정성을 얻습니다.

BLDC 모터의 정류 공정

BLDC 모터에서 가장 중요한 작업 메커니즘을 전자 정류라고합니다. 브러시리스 모터와 전통적인 브러시 모터 사이의 가장 중요하고 중요한 차이점입니다.

통근 원리 : 정류는 모터의 코일과 관련하여 전류 흐름의 방향을 바꾸는 과정으로, 로터와 고정자 사이에 연속 전자기 상호 작용이 존재할 수 있도록 연속 토크를 생성합니다.

6 단계 정류 : BLDC 모터의 전통적인 제어 방법은 전기주기를 6 단계로 나눕니다. 모든 단계에서는 3 단계 와인딩 중 2 개가 전원이 켜지고 한 단계는 꺼져 있습니다.

홀 센서 피드백 : 홀 센서는 로터의 영구 자석의 위치를 ​​감지하여 컨트롤러가 어떤 권선에 전원을 공급하고 현재 방향을 결정할 수 있도록합니다.

감각없는 제어 :보다 진보 된 방법은 에너지되지 않은 단계에서 후면 전기 유전력을 모니터링하여 로터의 위치를 ​​결정하는 것입니다.이 복잡한 전략을 구현하기위한 홀 센서가 필요하지 않아 드라이브의 신뢰성이 높아집니다.

큰 BLDC 모터는 일반적으로 사인파 구동 또는 벡터 제어와 같은보다 복잡한 제어 전략을 채택하여 더 부드러운 토크 출력 및 더 높은 효율을 달성합니다.

BLDC 모터 시스템에서 컨트롤러의 역할

BLDC 모터는 자체적으로 작동 할 수 없으며 특수 전자 컨트롤러와 결합해야합니다.

모터 드라이버 : 일반적으로 제어 신호에 따라 현재 경로를 전환하는 전력 MOSFET 또는 IGBT를 기반으로 한 3 단계 브리지 인버터

마이크로 컨트롤러 : 위치 센서로부터 신호를 수신하고 제어 알고리즘을 수행하며 전원 장치를 구동하기 위해 PWM 신호를 생성합니다.

폐 루프 제어 : 애플리케이션 요구에 따라 정확한 속도 제어 또는 위치 제어를 제공합니다.

안전한 보호 기능 : 과전류 보호, 온도 보호, 전압 보호 등

48V BLDC 모터 시스템의 응용 프로그램은 전기 자전거, 소형 전기 자동차 및 기타 산업 응용 분야에서 널리 퍼져 있습니다. 컨트롤러 및 취급 회로는 더 높은 전압 및 전류를 처리해야하며 일반적으로보다 복잡한 성능 및 보호 기능 세트가 필요합니다.

BLDC 모터의 성능 특성 및 응용 시나리오

이제 BLDC 모터 작동 원리를 배운 후 성능 장점을 살펴 보겠습니다.

고효율 : 브러시 및 통근자로 인한 마찰 손실이 없기 때문에 효율성은 일반적으로 85% 이상, 경우에 따라 95% 이상입니다.

좋은 속도 토크 특성 : 광범위한 토크 출력을 제공합니다.

더 큰 수명 : 기계식 마모 요소가 없으면 수명은 궁극적으로 베어링에 의해 제한됩니다.

열 소산 효율 향상 : 고정자 권선과 모터 하우징 사이의 직접 접촉을 위해보다 효과적인 열 소산.

저음 및 전자기 간섭 : 브러시 통근으로 발생하는 스파크와 노이즈가 없습니다.

Outrunner BLDC 모터는 특수 구조로 인해 저속에서 더 높은 토크를 제공 할 수 있으므로 드론 프로펠러 및 팬 등과 같은 직접 구동 시스템에 특히 적합합니다. 안정성 및 내구성의 장점으로 브러시리스 모터는 자동화 장비 및 정밀 기기에서 전원 공급 장치를 선택할 수 있습니다.

BLDC 모터의 제어 알고리즘

보다 개발 된 최신 BLDC 제어 기술은이 간단한 6 단계 정류 방법을 능가했습니다.

사다리꼴 파동 제어 : 가장 기본적인 제어 방법은 사다리꼴 전류 파형입니다. 실습은 간단하지만 상당한 진폭의 토크 파문을 생성합니다.

Sinusoidal Control : 정현파 전류로 모터를 운전하여 모터 토크 리플을 줄이고 달리기가 더 매끄럽게 만듭니다.

필드 지향 제어 (FOC) : 수학적 변환을 적용함으로써, 3 상 전류는 제어를 위해 회전 좌표계로 변환되어 최적의 토크 제어 및 에너지 효율을 초래합니다.

센서 퓨전 기술 : 더 나은 제어 정확도와 견고성을 위해 다중 피드백 신호 (예 : 홀 센서, 인코더 및 현재 샘플링)를 통합합니다.

열 관리, 효율 최적화 및 동적 응답과 같은 고전력 응용 분야의 과제로 인해보다 정교한 제어 알고리즘은 일반적으로 큰 BLDC 모터에 사용됩니다.

결론 : BLDC 모터의 작업 원칙과 장점

BLDC motors 전자 제어 시스템을 통해 고정자 권선의 전류를 정확하게 제어하고 전기 에너지를 기계적 에너지로 효율적으로 변환하기 위해 로터의 영구 자석과 상호 작용합니다. 소규모 소비자 전자 장치에서 대형 산업 장비에 이르기까지 저전압 응용 프로그램에서 48V BLDC 모터 시스템에 이르기까지, 높은 효율성, 높은 신뢰성 및 우수한 제어 성능을 갖춘 브러시리스 DC 모터는 다양한 산업에서 기술 진보와 에너지 효율성 향상을 주도하고 있습니다. 전자 제어 기술과 영구 자석 재료의 지속적인 개발로 인해 BLDC 모터가 더 광범위한 응용 프로그램 전망과보다 뛰어난 성능을 가질 것이라고 예견 할 수 있습니다.

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