Como funcionam os motores CC sem escova (BLDC)

A publicação detalha extensivamente o conceito operacional básico de motores DC sem escova, também chamado de motor BLDC.

Diferença entre motores DC escovados e sem escovas

Nos nossos motores escovados tradicionais, as escovas são usadas para trocar o rotor central móvel em relação ao estator de ímã permanente dos artigos de papelaria ao redor.

As escovas se tornam indispensáveis ​​porque o rotor é feito de eletroímãs que precisam de energia para funcionar, mas, como também precisa girar, as coisas ficam estranhas e as escovas se tornam a única alternativa para alimentar o rotor eletromagnético rotativo.

Por outro lado, em motores DC sem escova ou motores BLDC, temos um estator de mesa central e um rotor circular ao redor. O estator é composto de um conjunto de eletroímãs, enquanto o rotor possui ímãs permanentes fixados em seu perímetro em determinadas posições calculadas.

Usando sensores de efeito Hall

O mecanismo também possui um sensor de efeito Hall instalado para detectar a posição do rotor e seus ímãs em relação ao eletroímã do estator e relatar os dados para um circuito de comutação externo que é responsável por ativar / desativar os eletroímãs no sequência ou tempo corretos, influenciando um movimento rotacional no rotor.

A explicação anterior pode ser entendida com a ajuda da ilustração básica a seguir e, em seguida, através de um design elaborado nas imagens a seguir.

como funcionam os motores cc sem escova bldc projetos

Aprendemos e sabemos algumas coisas interessantes sobre ímãs e como esses dispositivos interagem.

Sabemos que um pólo norte do ímã atrai o pólo sul de outro ímã enquanto os pólos se repelem.

Como os ímãs permanentes são conectados

No diagrama mostrado acima, vemos um disco com um ímã embutido em sua borda (mostrado em vermelho) que é colocado com o polo norte voltado para fora e também um eletroímã colocado em uma proximidade paralela à borda circular do disco que produz um campo magnético do sul quando energizado.

Agora, assumindo que o arranjo seja colocado como mostrado no primeiro diagrama acima com o eletroímã em um estado desativado.

Nesta posição, assim que o eletroímã é ativado com uma entrada CC adequada, ele alcança e gera um campo magnético do sul que influencia uma força de tração no ímã do disco, que por sua vez força o disco a girar com algum torque. até que seu ímã permanente esteja alinhado com os eletroímãs opostos às linhas de fluxo.

A ação anterior mostra o formato básico no qual o conceito BLDC funciona.

Como o motor BLDC funciona com sensores de efeito Hall

Agora vamos ver como o conceito acima é implementado usando sensores de efeito Hall para manter o movimento contínuo no rotor.

O diagrama de exemplo a seguir explica o mecanismo exaustivamente:

1590419610 929 como funcionam os motores cc sem escova bldc projetos

No diagrama acima, vemos basicamente um arranjo direto de rotor / estator BLDC, em que o elemento circular externo é o rotor rotativo enquanto o eletroímã central se torna o estator fixo.

Pode-se observar que o rotor possui um par de ímãs permanentes conectados à periferia que têm o pólo sul como linhas de fluxo influentes; o estator central é um eletroímã forte, projetado para gerar uma força equivalente ao fluxo magnético do Pólo Norte quando Poderes com um DC externo.

Também podemos visualizar um sensor de salão localizado próximo a um dos cantos da periferia do rotor interno. O efeito hall detecta principalmente o campo magnético do rotor rotativo e alimenta o sinal para um circuito de controle responsável pelo fornecimento dos eletroímãs do estator.

Referindo-se à posição superior, vemos a área em branco (que é nula de qualquer campo magnético) do rotor em contato próximo com o sensor da sala que o mantém em estado desligado.

Nesse momento, o sinal de desligamento do efeito hall informa ao circuito de controle para ligar os eletroímãs, induzindo instantaneamente um efeito de tração no polo sul do rotor ao virar da esquina.

Quando isso acontece, o polo sul desce e produz o torque necessário no rotor e tenta se alinhar com o polo norte do eletroímã.

No entanto, no processo, o polo sul do rotor também se aproxima do sensor da sala (como mostrado no diagrama abaixo), que o detecta imediatamente e LIGA informando o circuito de controle para desligar os eletroímãs.

O tempo de desligamento dos eletroímãs é crucial

Desligar os eletroímãs no tempo correto, conforme indicado pelo sensor de efeito Hall, proíbe parar e dificultar o movimento do rotor, mas permite continuar o movimento através do torque gerado até que a posição anterior comece a se formar e até que Acho que o sensor novamente “sente” a área em branco do rotor e desliga-se repetindo o ciclo.

A alternância acima do sensor de hall de acordo com as várias posições do rotor inflige um movimento rotativo contínuo com um toque que pode ser diretamente proporcional às interações estator / rotor magnéticas e, é claro, ao posicionamento do efeito de hall.

As discussões anteriores explicam o mecanismo fundamental de dois ímãs, um sensor de hall.

Para obter torques excepcionalmente mais altos, mais ímãs e conjuntos de eletroímãs são usados ​​em outros motores sem escova mais eficientes, onde mais de um sensor de efeito Hall pode ser visto para implementar a detecção múltipla dos ímãs do rotor, de modo que pode alterar diferentes conjuntos de eletroímãs na seqüência preferida correta

Como controlar o motor BLDC

Até agora, entendemos o conceito básico de operação dos motores BLDC e aprendemos como um sensor Hall é usado para ativar o eletroímã do motor através de um circuito eletrônico externo conectado para manter o movimento rotativo contínuo do rotor. Na próxima seção, estudaremos Como o circuito do controlador BLDC realmente funciona para controlar os motores BLDC

O método de implementação de um eletroímã de estator fixo e um rotor magnético livre de rotação garante maior eficiência para motores BLDC em comparação com motores escovados tradicionais que possuem exatamente a topologia oposta e, portanto, requerem escovas para operações do motor. O uso de escovas torna os procedimentos relativamente ineficientes em termos de vida útil longa, consumo e tamanho.

Desvantagem do motor BLDC

Embora os tipos BLDC possam ser o conceito de motor mais eficiente, ele tem uma desvantagem significativa, pois requer um circuito eletrônico externo para operá-lo. No entanto, com o advento de circuitos integrados modernos e sensores Hall sensíveis, esse problema agora parece ser bastante trivial em comparação com o alto grau de eficiência que esse conceito implica.

Controlador de 4 ímãs BLDC O design

Neste artigo, estamos discutindo um circuito de controle simples e básico para um motor BLDC de sensor magnético único de quatro ímãs. A operação do motor pode ser entendida consultando o seguinte diagrama do mecanismo do motor:

1590419610 840 como funcionam os motores cc sem escova bldc projetos

A imagem acima mostra um arranjo básico de motor BLDC que possui dois conjuntos de ímãs permanentes na periferia de um rotor externo e dois conjuntos de eletroímã central (A, B, C, D) como estator.

Para iniciar e manter um torque rotativo A, B ou C, os eletroímãs D devem estar em um estado ativado (nunca juntos), dependendo das posições dos pólos norte / sul do ímã do rotor em relação aos eletroímãs ativados.

Como o controlador de motor BLDC funciona

Para ser preciso, suponha a posição mostrada no cenário anterior com A e B em um estado LIGADO, de modo que o lado A seja energizado pelo polo sul enquanto o lado B seja energizado pelo Polo Norte.

Isso significaria que o lado A estaria exercendo um efeito de arrasto em seu polo norte azul esquerdo e um efeito repelente em seu polo sul no lado direito do estator, da mesma forma o lado B estaria puxando o polo sul vermelho inferior e repelindo o norte norte pólo do rotor … pode-se supor que todo o processo exerça um movimento impressionante no sentido horário no mecanismo do rotor.
Suponha também que, na situação acima, o sensor Hall esteja em um estado desativado, pois pode ser um dispositivo sensor “Hall ativado pelo Polo Sul”.

O efeito acima tentaria alinhar e forçar o rotor para que o sul fique bloqueado frente a frente com o lado B, enquanto o pólo norte com o lado A, no entanto, antes que essa situação possa transpirar, o sensor Hall Está muito perto da mudança do pólo sul superior do rotor e, quando passa apenas pelo sensor Hall, é forçado a ligar, enviando um sinal positivo ao circuito de controle conectado que responde instantaneamente e desliga os eletroímãs A / B e liga os eletroímãs C / D, garantindo que o momento do rotor no sentido horário seja aplicado mais uma vez mantendo um torque constante no rotor.

Circuito básico do controlador BLDC

A comutação explicada acima dos eletroímãs em resposta ao sinal de ativação do sensor Hall pode ser implementada de maneira muito simples, usando a seguinte idéia direta do circuito de controle BLDC.

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O circuito não precisa de muita explicação, pois é muito básico, durante situações em que o sensor Hall é ligado, o BC547 e o TIP122 acoplado são ligados de maneira correspondente, o que, por sua vez, liga os conjuntos de eletroímãs correspondentes conectados ao coletor e positivos, Durante os períodos de desligamento do sensor Hall, o par BC547 / TIP122 se desliga, mas o transistor TIP122, à extrema esquerda, ativa a ativação dos conjuntos eletroímãs opostos.

A situação alterna alternadamente, continuamente, enquanto a energia permanecer aplicada, mantendo o BLDC girando com os torques e momentos necessários.



FONTE

Nota: Este foi traduzido do Inglês para português (auto)

Pode conter erros de tradução

Olá, se tiver algum erro de tradução (AUTO), falta de link para download etc…

Veja na FONTE até ser revisado o post.

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