Badanie silnika bezszczotkowego prądu stałego(BLDC)

1. Budowa(i różnice w stosunku do klasycznego silnika DC):

Bezszczotkowy silnik prądu stałego ma budowę podobną do silnika prądu stałego wzbudzanego magnesami trwałymi. Zasadnicza różnica między nimi polega na tym, że silnik bezszczotkowy posiada nieruchomy uzwojony stojan i wirujący magnes trwały. Wirujący magnes może być na zewnątrz uzwojenia(jak w silniku komutatorowym) lub wewnątrz uzwojenia. W miejsce komutatora mechanicznego silnik bezszczotkowy posiada komutator elektroniczny, składający się z łączników tranzystorowych, które łączą poszczególne uzwojenia do zasilania. Eliminuje to niekorzystną obecność iskrzącego komutatora. Dzięki temu trwałość silników BLDC jest bardzo duża. Mają lepsze własności rozruchowe i sprawność. Uzyskuje się w nich również cichobieżność nawet przy dużych prędkościach obrotowych. Uzwojenia wykonuje się na ogół jako trójfazowe połączone w gwiazdę.

1. Zasada działania(i porównanie do klasycznego silnika DC)

W silniku komutatorowym moment obrotowy powstaje w wyniku współdziałania strumienia magnetycznego stojana i prądu uzwojeń wirnika. Właściwe zmiany kierunku prądu w cewkach wirnika w czasie jego obrotu zapewnia komutator. W silniku z komutatorem elektronicznym konstrukcja jest odwrócona.

Magnes trwały będący wirnikiem wytwarza pole magnetyczne, uzwojenia umieszczone są nieruchomo na stojanie. Są one zasilane poprzez tranzystory sterowane za pomocą bezstykowych czujników położenia wirnika. Czujniki położenia mogą być oparte na zasadzie wykorzystywania zjawiska optoelektronicznego, magnetoelektrycznego lub indukcyjnego.

Celem sterowania komutatorem elektronicznym jest utrzymanie kąta między strumieniem wzbudzenia i sumarycznym przepływem twornika .

Wektor strumienia wzbudzenia wiruje z prędkością kątową ω, zatem z taką samą prędkością kątową powinien wirować wektor przepływowy twornika.

Komutator elektroniczny realizuje to zadanie poprzez regulację prądu w pasmach uzwojenia stojana A,B,C. Jeśli wiemy jakie ma być położenie wektora , komutator elektroniczny musi dopasować do tego położenia wartości chwilowe prądów i_A, i_B, i_C.

1. Regulacja prędkości obrotowej

Prędkość obrotowa może być regulowana przez zmianę wartości i biegunowości napięcia zasilającego uzwojenia trójfazowe. Regulacja napięcia jak i kontrola prądu odbywa się w falowniku PWM. Maksymalna wartość strumienia skojarzonego ψ_m może być zmniejszona przez wyprzedzenie załączenia pasma fazowego α_a =! 0(różne od zera).

1. Histerezowa regulacja prądu

Po załączeniu napięcia prąd w danej parze pasm fazowych narasta aż do osiągnięcia dopuszczalnej wartości maksymalnej prądu I_max. W tym momencie następuje wyłączenie zasilania pasm fazowych, prąd opada do wartości I_min. Czas załączenia pasm fazowych t_zał i czas wyłączenia zależy od szerokości histerezy I_max-I_min.

1. Jak powstaje reluktancyjny moment zaczepowy?

Jego powstanie związane jest ze strukturą zębowo-żłobkową stojana i obecnością magnesów stałych umieszczonych na wirniku(zmiana reluktancji w funkcji położenia wirnika na drodze strumienia pochodzącego od magnesów biegunów). Występuje więc nawet wtedy gdy silnik nie jest zasilany. Spowodowany jest różną reluktancją obszarów przyszczelinowych w pobliżu zębów i żłobków. Reluktancyjny moment zaczepowy ma charakter oscylacyjny i może przybierać duże wartości – szczególne dla silników o małej liczbie zębów stojana przypadających na biegun. W celu jego redukcji stosuje się specjalne zmiany konstrukcyjne: skos żłobków stojana.