Acasă > Stiri > Conţinut
Motoare fără curent continuu: Inerție redusă, răspuns rapid
Aug 23, 2017

Cele mai des menționate avantaje ale motoarelor DC (BLDC) fără perii sunt fiabilitatea ridicată și întreținerea redusă - rezultatul înlocuirii periilor / comutatorului mecanic cu un controler electronic de comutație și un dispozitiv de reacție rotor. Într-adevăr, "avantajul fără perii" poate extinde durata de viață a unui motor BLDC la aproximativ 15.000 de ore, ceea ce, la rândul său, oferă avantaje suplimentare de înlocuire a motoarelor mai puține și mai puține întreruperi ale mașinilor de plante. Dar avantajul fără perii nu se oprește acolo. În lumea mașinilor de înaltă precizie, automate, motoarele BLDC nu sunt doar un avantaj, ci o cerință. În acest caz, mașinile de înaltă precizie au nevoie nu numai de fiabilitate ridicată, ci și de performanțe ridicate - accelerarea și decelerarea rapidă la schimbările operaționale, precum și o reversibilitate ușoară, viteze foarte mari de operare și caracteristici stabile de viteză a cuplului. Aici avantajele motoarelor BLDC se extind dincolo de fiabilitate și întreținere și în performanță. Pentru un motor BLDC, caracteristica sa de înaltă performanță este în primul rând rezultatul designului rotorului său.

Designul rotorului

Cheia pentru caracteristicile de înaltă performanță ale motorului BLDC, de inerție redusă și răspuns rapid, este designul rotorului și tipul de magneți permanenți utilizați. Cea mai obișnuită construcție a rotorului unui motor BLDC este atașarea magneților permanenți "pe câmp" axial față de arborele rotorului, fie într-o configurație a unui pol sau cilindric. Bobinele de armatură ale motorului sunt montate pe miezul carcasei statorului. Acesta este opusul rotoarelor de curent continuu periat, care folosesc bobine de transport grele, pentru a forma câmpul magnetic al motorului. Combinat cu un comutator mecanic și un miez de fier, un rotor DC periat are o masă totală mare, dându-i o inerție ridicată, caracteristică nedorită pentru operațiile precise de poziționare, în special pentru sarcini mici de inerție. Prin urmare, designul interior al unui rotor BLDC are ca rezultat un design de inerție mai ușor, cu diametru mai mic, mai compact și cu un nivel redus de inerție. În plus, deoarece magneții permanenți sunt utilizați în câmpul motoarelor BLDC în locul bobinelor electromagnetice, acestea au îmbunătățit răcirea termică. Cu conductorii de curent care sunt montați pe carcasa motorului, în loc de interiorul motorului de pe rotor, disiparea căldurii este mai ușoară și mai rapidă în mediul extern. Astfel, un motor BLDC poate produce mai multă putere decât motoarele DC periate în raport cu dimensiunea sa și pierderile de energie sunt practic eliminate, ceea ce reprezintă un avantaj pentru eficiența motorului.

Magneți permanenți

Caracteristica de reacție rapidă a motoarelor BLDC depinde nu numai de designul rotorului, ci și de alegerea magneților permanenți utilizați pentru câmpul magnetic al motorului. În general, există trei tipuri principale de magneți permanenți utilizați în motoarele BLDC: Alnico, Ferrites și Aliajele pământurilor rare.

Magneții Alnico sunt utilizați în aplicații în care stabilitatea magnetică este critică. Ele prezintă o remanență și o energie ridicată, o coercitivitate moderată, o stabilitate vibrațională și un domeniu de temperatură mare (peste 500oC). Cu toate acestea, ele sunt greu mecanic, făcându-le dificil de forjat și mașină. Magneții de ferită (numiți și magneți ceramici) sunt "fabricați din oxizi amestecați de oxid de fier cu un oxid metalic divalent de bariu sau stronțiu". Pot fi produse în cantități mari și într-o varietate de dimensiuni. Sunt magneți cu costuri reduse în raport cu producția lor de energie; în plus, ele prezintă coercitivitate ridicată, rezistivitate ridicată și densitate scăzută. Până de curând, acestea erau cele mai populare tipuri de magnet de motor. Dar dezvoltarea recenta a marilor remanente, magneti de pamant rare, a imbunatatit considerabil performantele motorului BLDC. Comparativ cu magneții de ferită, magneții de pământuri rare au o inerție redusă și o mărime-la-cuplu, ceea ce le face potrivite pentru aplicații de înaltă performanță.

Prima generație de magneți permanenți, magneți permanenți, bazată pe cobalt de samariu, a devenit disponibilă în anii 1970. Beneficiile lor au inclus o densitate de flux remanentă înaltă, o forță coercitivă mare, o energie înaltă, o curbă de demagnetizare liniară și un coeficient de temperatură scăzut. Acestea au fost utilizate în mod obișnuit în motoare cu volum redus, precum și în motoare care funcționau la temperaturi mai înalte (de exemplu, generatoare fără perii pentru microturbine). Cu toate acestea, au fost destul de scumpe datorită limitărilor de aprovizionare. La începutul anilor 1980, a apărut cea de-a doua generație de magneți de pământuri rare, bazată pe neodim (Nd), care erau mai puțin costisitoare, deoarece Nd este mai abundent decât samarium. Cea de-a doua generație, magneții de pământuri rare sunt produse nu numai în cantități mai mari, au proprietăți magnetice mai bune. Beneficiul principal al acestor magneți de pământuri rare este faptul că au îmbunătățit raportul performanță-cost pentru motoare, precum și alte aplicații.

Performanta ridicata

Aplicațiile de înaltă performanță sau de poziționare a preciziei necesită ca unitatea motorului să reacționeze rapid la o inerție totală de încărcare variabilă (motor + inerție reflectată) și în condițiile de funcționare solicitate de aplicație. Unitățile de alimentare ale mașinilor sunt un exemplu bun al unei aplicații de înaltă performanță, în care servomotoarele BLDC sunt aplicate în mod obișnuit. În această aplicație, se produc multe mici modificări ale accelerației pentru sarcini de masă reduse. Pentru a răspunde acestor condiții de funcționare, un motor trebuie să fie atât rapid, cât și stabil. Pentru a determina caracteristica de răspuns a unui motor, "raportul inerției cuplurilor (T / J) este folosit ca mijloc de evaluare a meritelor de accelerație ale servomotoarelor". Cu cât raportul T / J este mai mare, cu atât este mai mare accelerația motorului și cu cât este mai rapid răspunsul sistemului. [And] deoarece raportul T / J este proporțional cu 1 / Diametrul2, motoarele cu diametru mai mic au rapoarte T / J mai mari. "Deoarece motoarele BLDC cu magneți de pământuri rare au diametre mai mici decât cele cu magneți ceramici, sunt ideale pentru inerția de sarcină mică , aplicații de înaltă performanță, deoarece raporturile lor T / J sunt ridicate. Dar inerția redusă, motoarele BLDC sunt sensibile la sarcină; pe măsură ce inerția de sarcină crește, raportul T / J este redus, determinând un răspuns mai lent, mai puțin stabil. Pentru aplicațiile de inerție cu sarcini mari, motoarele ceramice reprezintă o selecție mai bună pentru aplicație, deoarece rapoartele lor T / J văd mai puțin o scădere dinamică.