Motorul fără perii – construcție, funcționare și puncte forte
Aflați de ce ar trebui să optați pentru motoarele fără perii.
De ce să optăm pentru motoarele fără perii
- Aplicații în care motorul fără perii nu are echivalent
- Diviziuni ale motoarelor fără perii – motoare BLDC și PMSM
- Controlul motorului fără perii
- Rezumat
Motorul fără perii – construcție și mod de funcționare
Pentru a înțelege fenomenul motoarelor fără perii, care își fac loc rapid pe piața sculelor electrice, este necesar să înțelegem esența motoarelor cu colector utilizate până în prezent și să cunoaștem principalele diferențe dintre cele două.
Sarcina de bază a unui motor electric este de a transforma energia electrică în energie mecanică, adică de a pune în mișcare arborele dispozitivului acționat. Într-un motor clasic, colectorul rotorului rotativ primește o sarcină electrică de la periile din grafit, care conduc electricitatea prin contact direct cu elementul rotativ. Câmpul magnetic creat prin comutație generează o mișcare de rotație cu ajutorul unor magneți speciali.
Construcția și, prin urmare, și principiul de funcționare al unui motor fără perii sunt ușor diferite. În acest dispozitiv, colectorul și periile sunt înlocuite de bobine înfășurate pe un miez fix, așa-numitul stator (la un motor cu perii, bobinele se află pe un rotor mobil). Acestea, prin trecerea unui curent prin ele, creează câmpul magnetic care generează rotația rotorului. O soluție foarte comună și de bază este utilizarea a trei înfășurări. Din cauza ondulațiilor de cuplu care apar, producătorii oferă, de asemenea, motoare echipate cu seturi de una până la opt perechi de poli.
Deoarece nu există un contact direct între elementul rotativ și bobinele staționare, nu este nevoie de perii de grafit. Utilizarea magneților permanenți în proiectarea motorului fără perii permite un cuplu mai mare și o eficiență îmbunătățită. Toate acestea se datorează densității energetice ridicate a magneților în cauză.
De ce să optăm pentru motoarele fără perii
Designul motorului fără perii oferă o serie de avantaje. Principalele diferențe care trebuie menționate sunt:
- Mai silențioase și cu mai puține defecțiuni – în timpul funcționării, periile se freacă de piesele rotative, provocând zgomot. Periile sunt cea mai frecventă componentă de uzură a motoarelor cu colector, ceea ce reduce semnificativ durata de viață a acestora;
- Siguranță sporită la locul de muncă – atunci când motorul fără perii este în funcțiune, nu se produc scânteile periculoase care pot apărea în cazul acționărilor convenționale. Acest avantaj permite utilizarea motorului în medii explozive și inflamabile;
- Eficiență mai mare a dispozitivului – eliminarea rezistenței mecanice permite viteze mai mari ale rotorului și un cuplu îmbunătățit;
- Durată de viață îmbunătățită a bateriei – motorul fără perii consumă mai puțin curent decât omologul său tradițional. Acest fapt este extrem de important în cazul dispozitivelor reîncărcabile, care astfel pot funcționa mult mai mult timp cu o singură încărcare;
- Controlabilitate mai precisă – motoarele BLDC permit controlul cuplului într-un mod foarte precis, ceea ce determină o inerție redusă și un consum redus de energie;
- Reducerea semnificativă sau eliminarea necesității de întreținere – în cazul unei utilizări corespunzătoare, motorul ar trebui să funcționeze fără probleme, fără a fi nevoie de intervenții structurale externe. Eliminarea periilor înseamnă că în interiorul mașinii nu mai există piese critice care se uzează în timpul funcționării normale. Avantajul este că motorul poate fi instalat într-o locație greu accesibilă.
Aplicații în care motorul fără perii nu are echivalent
Aceste motoare sunt ideale pentru instrumente de calculator care necesită o funcționare sigură și neîntreruptă pentru perioade lungi de timp. Printre exemple se numără hard disk-urile și ventilatoarele calculatoarelor, care reduc continuu temperatura componentelor atunci când calculatorul este în funcțiune. După cum s-a menționat mai sus, acestea sunt indispensabile pentru dispozitivele profesionale fără fir, cum ar fi șurubelnițele, mașinile de găurit și polizoarele unghiulare, datorită consumului redus de energie și dimensiunilor reduse. Funcționarea „pe baterie” este atunci mai economică, iar durata acesteia este mai mare. O industrie foarte populară în zilele noastre care se bazează foarte mult pe motoarele fără perii este producția de mașini electrice și hibride. Nu mai puțin importantă este utilizarea tehnologiei fără perii în construcția de mașini de spălat și aparate de aer condiționat. Funcționarea fără scântei este esențială din cauza pericolului ridicat de șoc electric. În plus, producătorii de mașini de spălat pentru produsele echipate cu motoare fără perii oferă o perioadă de garanție mai lungă datorită funcționării mai stabile a tamburului, ceea ce permite reducerea numărului de defecțiuni. Un alt beneficiu al achiziționării unei astfel de mașini de spălat este reducerea costurilor de funcționare.
Diviziuni ale motoarelor fără perii – motoare BLDC și PMSM
Cele mai frecvent utilizate motoare fără perii sunt motoarele BLDC (Brushless DC Motor), o soluție cu distribuție trapezoidală a forței electromotoare, și motoarele PMSM (Permament Magnet Synchronous Motor) cu distribuție sinusoidală SEM. Se face, de asemenea, o distincție între acționările alimentate cu curent continuu și cele alimentate cu curent alternativ.
Controlul motorului fără perii
Utilizarea înfășurărilor de pe stator permite reglarea motorului prin variația curenților care acționează asupra acestora și a curentului care intervine în valoarea cuplului. După cum s-a menționat mai sus, se face o distincție între motoarele BLDC și PMSM. Denumirea tipului de motor indică modul în care este controlată unitatea. Controlul trapezoidal permite reglarea atunci când nu este necesar controlul vitezei, precum nici al cuplului motorului. Aceste motoare sunt echipate cu senzori Hall care determină poziția rotorului. Soluția este mai puțin complicată, dar și mai puțin precisă. Principalul dezavantaj al unui astfel de design este reglarea problematică la viteze mici.
În cazul motoarelor PMSM, adică cu forță electromotoare sinusoidală, efectele de comutație nedorite care apar la motoarele BLDC sunt eliminate datorită utilizării unor codificatoare speciale, permițând în același timp controlul liber chiar și la viteze mici. În plus, această soluție reduce la minimum riscul de ondulație a cuplului.
Al treilea și cel mai avansat tip de reglare la motoarele fără perii este controlul vectorial. Acest lucru este rezolvat prin utilizarea unui bloc special de transformare înaintea regulatorului PI. Rezultatul este o îmbunătățire a preciziei controlului față de cele două tipuri anterioare, eliminând în același timp ondulația și având o bună controlabilitate la viteze mici.
Rezumat
Conectarea unui motor fără perii este, fără îndoială, o soluție demnă de atenție atât pentru producător, cât și pentru consumator. Primul scapă de riscul unor defecțiuni frecvente. Produsele câștigă în calitate, reducând în același timp numărul de piese necesare pentru asamblare. În schimb, cumpărătorul primește un produs care va dura ani de zile și nu va necesita nicio intervenție specială în funcționare. În pofida unei anumite diferențe de preț, liniștea și securitatea se cumpără pe viață. Prin urmare, merită să vă uitați la gama de dispozitive echipate cu motoare fără perii.
Text elaborat de Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.
