Bezszczotkowy silnik prądu stałego, w skrócie bezszczotkowy silnik prądu stałego lub silnik BLDC, znany również jako silnik z komutacją elektroniczną (silnik ECM lub EC) lub synchroniczny silnik prądu stałego, to silnik synchroniczny zasilany prądem stałym. Bezszczotkowy silnik prądu stałego rozwiązuje szereg wcześniejszych problemów spowodowanych komutacją mechaniczną i szczotkami, utrzymując doskonałą wydajność regulacji prędkości tradycyjnych silników prądu stałego i jest obecnie lepiej stosowany w różnych obszarach społeczeństwa. Od prostych wiertnic po złożone roboty przemysłowe, wiele maszyn i urządzeń wykorzystuje bezszczotkowe silniki prądu stałego do przekształcania energii elektrycznej w ruch obrotowy.
Zasada działania silników BLDC
Główne elementy bezszczotkowego silnika prądu stałego obejmują stojan i wirnik. Stojan jest nieruchomy, a wirnik jest w ruchu. Do wirnika przymocowane są magnesy trwałe, a stojan jest wyposażony w uzwojenia.
Zasilane uzwojenie wytwarza pole magnetyczne, a następnie uzwojenie jest odpychane przez bieguny magnetyczne z jednej strony i przyciągane przez bieguny magnetyczne z drugiej strony i obraca się pod wpływem tego efektu. Podczas rotacji do uzwojenia podawany jest odwrócony prąd, który utrzymuje je w ruchu obrotowym. Ten proces występuje zarówno w przypadku szczotkowanych silników prądu stałego, jak i bezszczotkowych silników prądu stałego.
Jedyna różnica polega na sposobie, w jaki te dwa silniki przełączają prąd przyłożony do uzwojeń drutu. W szczotkowanym silniku prądu stałego jest to proces mechaniczny wyzwalany przez komutator ze szczotkami. Zmieniając położenie szczotek, można zmienić kierunek prądu. W bezszczotkowym silniku prądu stałego zamiast szczotek wykorzystuje elektroniczne komutatory do zmiany kierunku przepływu prądu. Bezszczotkowe sterowniki silników prądu stałego monitorują położenie magnesów trwałych na wirniku za pomocą czujników (takich jak czujniki Halla) lub braku czujników do przełączania prądu i zasilania uzwojeń stojana we właściwym czasie. Większość bezszczotkowych silników prądu stałego wykorzystuje trzy czujniki Halla, które są osadzone w stojanie, aby wykryć położenie wirnika.
silnik BLDC
Silnik BDC
Typy silników BLDC
Silniki bezszczotkowe prądu stałego można podzielić na dwa typy: outrunner i inrunner, w zależności od położenia stojana. Stojan znajduje się wewnątrz, a wirnik na zewnątrz, nazywany jest wybiegiem. Wirnik znajdujący się w środku silnika z uzwojeniem stojana wokół wirnika nazywany jest wbiegaczem.
Trójfazowe bezszczotkowe silniki prądu stałego mają dwa różne typy połączeń uzwojeń. Połączenie w gwiazdę (Y) lub gwiazdę to takie, w którym uzwojenia spotykają się w środku, tworząc trójnik. Uzwojenia połączone szeregowo w trójkąt to połączenie w trójkąt (Δ).
Zalety i wady silników BLDC
Bezszczotkowy silnik prądu stałego ma zalety w postaci niskiego wzrostu temperatury, niskiego poziomu hałasu, wysokiego momentu obrotowego, dużej prędkości, wysokiej niezawodności, dobrej stabilności, niskiego zużycia energii, braku iskrzenia, dzięki czemu nadaje się do miejsc zagrożonych wybuchem, długiej żywotności i ogólnej redukcji w zakłóceniach elektromagnetycznych (EMI). Silniki BLDC mogą być chłodzone przez przewodzenie i nie wymagają chłodzenia powietrzem wewnątrz silnika.
Wady bezszczotkowych silników prądu stałego są takie, że są droższe. Wymaga sterownika o wyższych kosztach i bardziej złożonego sterownika prędkości silnika. Maksymalna moc, jaką można dostarczyć do bezszczotkowego silnika prądu stałego, jest prawie całkowicie ograniczona przez ciepło. Nadmierne ciepło może osłabić magnesy i uszkodzić izolację uzwojeń.