Бесколлекторные двигатели постоянного тока (BLDC): профессиональное руководство

Что такое BLDC-двигатель?

BLDC-двигатель (brushless direct current electric motor) — синхронный двигатель, питаемый постоянным током через импульсный блок питания или инвертер, преобразующий постоянный ток в переменный для управления в замкнутой системе. Также: BL motor, электронно-коммутируемый двигатель (EC motor), синхронный двигатель постоянного тока. Инвертер и импульсный блок — силовые электронные устройства для преобразования постоянного тока в переменный.

BLDC-двигатели дают импульсы (кратковременные всплески напряжения постоянного тока с резким фронтом и спадом) на обмотки для регулировки скорости и крутящего момента. Заменили конструкцию щеток (коммутаторов) обычных двигателей постоянного тока.

Преимущества над щеточными: высокая скорость, идеальное электронное управление, низкое обслуживание, долговечность, высокое соотношение мощность/вес. Применение: периферия компьютеров (дисковые приводы), электроинструменты, авиация, автопром. Прямой привод заменил ремни и редукторы в стиральных машинах.

Как работает BLDC-двигатель?

Ключевые элементы: постоянные магниты и вращающаяся якорь внутри. Постоянные магниты снаружи — стационарны, называются «статоры». Якорь (rotor) вращается, содержит электромагнит. В BLDC постоянные магниты вращаются вокруг фиксированного ротора — устраняет проблемы коммутации тока и движущегося ротора. BLDC «перевернут внутрь наружу» — не нужны щетки для изменения электромагнитного поля. Компьютерный контроллер заряжает электромагниты в статоре и вращает якорь на 360°.

В щеточном двигателе постоянного тока якорь поворачивает на 180° при подаче тока на ротор. Для 360° полюса магнита должны перевернуться — щетки контактируют со статором при вращении якоря, меняя магнитное поле. Электронный блок управления устраняет щетки/коммутатор и позволяет BLDC стабильно переключать фазы для непрерывной работы.

Ядро BLDC — постоянный магнит, конструкция похожа на PMSM (permanent magnet synchronous motor). Также похожа на двигатели с переключаемым сопротивлением или асинхронные. С неодимовым магнитом BLDC делятся на три стиля: out-runner (ротор окружает статор), in-runner (статор окружает ротор), axial (статор и ротор параллельны в плоской форме). Разница — в отношении статора и ротора.

Применение BLDC-двигателей

Предпочитаются за тишину, легкий корпус, долгий ресурс. Благодаря компьютерному управлению током — высокая точность движения. Широко в современном оборудовании, где нужны низкий шум, низкий нагрев, стабильная работа.

Применения в системах управления движением

BLDC широко используются как приводы насосов, вентиляторов, шпинделей в регулируемых по скорости приложениях. Строят высокий момент с идеальным откликом скорости. Высокая энергоэффективность и идеальные тепловые свойства. BLDC в управлении движением используют электронную систему управления двигателем и датчик положения ротора для отклика скорости.

Часто как сервоприводы в приводах станков. Сервоприводы — ядро высокоточного позиционирования, управления движением, механических операций. Шаговые двигатели постоянного тока тоже применяются, но с открытым контуром — пульсации момента. BLDC идеальнее как сервопривод за счет точного управления замкнутым контуром и стабильной работы.

Транспортное оборудование

Сейчас BLDC в электромобилях, гибридах, электролетах, велосипедах. Многие электровелосипеды используют BLDC, встроенные в втулку колеса с магнитами, вращающимися с колесом. Тот же принцип в колесах электросамокатов.

Беспроводные электроинструменты

BLDC в беспроводных инструментах: триммеры, дрели, шуруповерты, пилы. Преимущества — легкий вес, высокая эффективность — важны для ручных инструментов.