Jak wybrać odpowiedni silnik BLDC
Jan 08, 2024
Bezszczotkowe silniki prądu stałego(BLDC) są szeroko stosowane w automatyce przemysłowej, motoryzacji, sprzęcie medycznym, sztucznej inteligencji i innych gałęziach przemysłu ze względu na ich długą żywotność, niski poziom hałasu i wysoki moment obrotowy. BLDC są dostępne w szerokiej gamie rozmiarów i typów, w praktyce należy wybrać odpowiedni silnik BLDC, aby spełnić wymagania wydajnościowe aplikacji. Na tym blogu SIT przedstawi, jak wybrać odpowiedni silnik BLDC do swojego zastosowania.
1. Wybierz właściwy typ silnika BLDC
Ze względu na budowę bezszczotkowe silniki prądu stałego można podzielić na dwa typy: typu Inrunner i typu Outrunner. Zasadniczo działają na tej samej zasadzie, ale mają różne zalety i ograniczenia. Silniki Inrunner BLDC umieszczają stojan (element stały) na zewnątrz, a wirnik (element obrotowy) wewnątrz, przy czym wirnik obraca się wewnątrz stojana. Silniki Outrunner BLDC mają odwrotną konstrukcję: stojan jest umieszczony wewnątrz, wirnik na zewnątrz, a zewnętrzny wirnik obraca się wokół stojana pośrodku. Dla porównania, silniki bezszczotkowe typu Inrunner mają mniejszą średnicę i są szybsze, co czyni je bardziej odpowiednimi do zastosowań wymagających dużych prędkości, podczas gdy silniki bezszczotkowe typu Outrunner mają większą średnicę i lepsze odprowadzanie ciepła, co ułatwia wykorzystanie momentu obrotowego przy niskich prędkościach i nadaje się do niskich prędkości. -szybkie aplikacje.
W zależności od tego, czy posiadają czujniki, czy nie, silniki BLDC dzielą się również na silniki BLDC z czujnikami i silniki BLDC bez czujników. Wybór między nimi zwykle zależy od kosztów. Silniki bezczujnikowe są coraz częściej stosowane w takich zastosowaniach, jak tanie silniki o zmiennej prędkości, takie jak wentylatory, sprężarki lodówek, klimatyzatory i narzędzia ogrodowe. Jednak zastosowania wymagające wysokiego momentu obrotowego przy rozruchu, takie jak narzędzia elektryczne, takie jak rowery elektryczne i pedeleki, wymagają użycia silników z czujnikami.
Ponadto, jeśli chodzi o materiały, priorytetowo traktujemy silniki ferrytowe BLDC o wysokiej wydajności, niskiej cenie i niskim wzroście temperatury. Silniki Alnico BLDC lub silniki BLDC z metali ziem rzadkich należy brać pod uwagę tylko w przypadku rygorystycznych wymagań eksploatacyjnych, małych rozmiarów i wysokiej temperatury otoczenia.
2. Kluczowe parametry wydajnościowe przy doborze silnika
Przy wyborze bezszczotkowego silnika prądu stałego parametry są jednym z najważniejszych czynników wyboru. Wśród nich trzy najważniejsze parametry wydajności to moment obrotowy, prędkość i moc.
2.1 Moment obrotowy
Moment obrotowy silnika, w uproszczeniu, to wielkość siły obrotowej silnika, która odzwierciedla nośność silnika – im wyższy moment obrotowy, tym większe obciążenie może wytrzymać silnik i tym lepsze będą jego osiągi w porównaniu.
W praktyce jednak należy wziąć pod uwagę maksymalny moment obrotowy wymagany dla danego zastosowania, który można uzyskać poprzez dodanie momentu obrotowego silnika, momentu bezwładności i tarcia. Ponadto istnieją pewne dodatkowe czynniki wpływające na maksymalny wymagany moment obrotowy, np. opór powietrza w szczelinie powietrznej itp., które wymagają marginesu momentu obrotowego wynoszącego co najmniej 20%.
Oprócz maksymalnego wymaganego momentu obrotowego należy również wziąć pod uwagę pierwiastkowy moment obrotowy (RMS) silnika. Wartość skuteczną RMS można w przybliżeniu określić jako ciągły wyjściowy moment obrotowy wymagany w rzeczywistym zastosowaniu. Jest on określony przez wiele czynników: maksymalny moment obrotowy, moment obciążenia, moment bezwładności, przyspieszenie, opóźnienie i czas pracy.
2.2 Prędkość obrotowa
Prędkość obrotowa silnika jest ściśle powiązana z zastosowaniem, na przykład prędkość obrotowa silnika bezpośrednio określi prędkość lotu drona. Dlatego przy wyborze silnika nieodzownym czynnikiem jest prędkość obrotowa.
Prędkość silnika jest reprezentowana przez wartość KV, KV - obroty na wolt lub RPM/V, która wskazuje, ile razy silnik będzie się obracał na wolt. Maksymalną prędkość (RPM) silnika można określić, po prostu mnożąc wartość KV przez napięcie akumulatora.
RPM=KV * V (napięcie zasilania)
Zgodnie ze wzorem prędkość silnika bezszczotkowego jest teoretycznie liniowo zależna od napięcia. wartość KV to wielkość, o jaką zwiększają się obroty silnika przy każdym wolcie wzrostu napięcia. Jeśli napięcie wzrasta, silnik obraca się szybciej.
Typowe rowery elektryczne obracają się z prędkością kilkuset obrotów na minutę, a pojazdy elektryczne poruszają się nieco wyżej, do kilku tysięcy lub nawet dziesiątek tysięcy obrotów na minutę. Jeśli wymagana jest bardzo niska prędkość wyjściowa, należy rozważyć, czy połączyć ją z przekładnią redukcyjną i z jakim rodzajem skrzyni biegów.
Ponadto w niektórych warunkach zastosowania należy również wziąć pod uwagę zakres regulacji prędkości. Na przykład wymagania dotyczące prędkości suszarki do włosów są takie, aby różnica między prędkością maksymalną a prędkością średnią nie była duża, co oznacza, że zakres prędkości silnika jest niewielki; podczas gdy w niektórych systemach pozycjonowania punkt-punkt, takich jak przenośniki taśmowe i systemy ramion robotów, wymagane są silniki o dużym zakresie prędkości.
2.3 Moc
Moc silnika należy dobrać w zależności od mocy wymaganej przez maszynę aplikacyjną i starać się pracować przy obciążeniu znamionowym. Przy wyborze należy zwrócić uwagę na dwa poniższe punkty
Jeśli zostanie wybrana zbyt mała moc silnika, spowoduje to jego długotrwałe przeciążenie, co doprowadzi do zjawiska nagrzewania się silnika, wibracji, spadku prędkości, nietypowego dźwięku itp. W poważnych przypadkach silnik zostanie nawet spalony.
Jeśli moc silnika zostanie wybrana zbyt duża, jego wyjściowa moc mechaniczna nie będzie w pełni wykorzystana, a współczynnik mocy i sprawność nie będą wysokie, nie tylko dla użytkownika, a sieć nie będzie dobra, ale także spowoduje marnotrawstwo mocy.
Dlatego bardzo ważny jest wybór silnika o rozsądnej mocy, dostosowanej do potrzeb danego zastosowania. Silnik możemy dobrać korzystając ze wzoru na obliczenie wartości trzech parametrów: mocy, momentu obrotowego i prędkości obrotowej.
Moc (W)=Prędkość (RPM) * Moment obrotowy (Nm) / 9,55
Na przykład, jeśli chcesz wybrać silnik o mocy 120W, jak to zrobić? Po pierwsze, możesz sprawdzić obroty, a następnie sprawdzić, jakiego momentu obrotowego wymaga obciążenie. Na przykład, jeśli prędkość wynosi 3000 obr./min, a moment obrotowy wynosi tylko 0,3 NM, zgodnie z powyższym wzorem W=obr./min*NM/9.55=90, tj. potwierdzona jest maksymalna moc wynosząca 90 W , wówczas wybór silnika o mocy 100 W powinien być w porządku. Jeśli jednak środowisko aplikacji jest trudne lub czas ciągłej pracy jest dłuższy, możesz wybrać 125 W, margines będzie nieco większy i bezpieczniejszy.
Oprócz powyższych trzech głównych parametrów, w zależności od wymagań aplikacji, konieczne może być również uwzględnienie napięcia i prądu silnika, wodoodporności itp.
2.4 Napięcie
Napięcie znamionowe silnika prądu stałego wskazuje najbardziej efektywne napięcie do pracy. Należy upewnić się, że napięcie stosowane w aplikacji jest odpowiednie do napięcia znamionowego silnika; jeśli napięcie będzie za małe, silnik nie będzie pracował, natomiast przyłożone zbyt duże napięcie spowoduje zwarcie uzwojeń, co spowoduje utratę mocy lub całkowite uszkodzenie silnika.
2,5 prądu
Prąd to moc napędzająca silnik, a zbyt duży prąd może uszkodzić silnik. W przypadku silników prądu stałego ważny jest prąd roboczy i prąd utyku. Prąd roboczy to średni prąd, jaki silnik ma pobierać przy typowym momencie obrotowym. Prąd utyku wytworzy moment obrotowy wystarczający do uruchomienia silnika przy utknięciu lub 0 obr./min.
2.6 Stopień wodoodporności
Stopień ochrony silnika bezszczotkowego jest oznaczony IP plus liczba, im wyższa liczba, tym wyższy stopień wodoodporności.
3. Zdefiniuj cele aplikacji
W przypadku różnych zastosowań bezszczotkowe silniki prądu stałego będą miały różne konstrukcje i metody napędu, co sprawia, że wybór jest bardzo złożony. Aby uprościć wybór silnika, musimy zdefiniować podstawowe wymagania w oparciu o wykorzystanie silnika.
| NIE | Główne pole aplikacji | Przykłady aplikacji | Wymagania |
| 1 | Automatyka przemysłowa | Roboty przemysłowe, przemysłowe duże wentylatory sufitowe, przemysłowe duże pompy wodne | Wysoki moment rozruchowy, prosta konstrukcja, niska cena, wysoka niezawodność, łatwa konserwacja itp. |
| 2 | Samochód | Silnik napędowy, elektrycznie sterowany fotel, elektrycznie sterowane szyby, elektrycznie sterowane lusterka, pompa wody, pompa paliwa itp | Ultraszybka prędkość, niewielka waga, szeroka regulacja |
| 3 | Narzędzie elektryczne | Wiertarki, piły tarczowe, szlifierki, wahadła | Wysoka moc, duża prędkość itp |
| 4 | Sprzęt do rehabilitacji medycznej | Wentylatory, łóżka medyczne, wózki elektryczne, fotele masujące itp | Szeroki zakres regulacji, mały rozmiar, długa żywotność, niski poziom hałasu itp. |
| 5 | Sprzęt gospodarstwa domowego | Lodówka, pralka, suszarka, odkurzacz, wentylator sufitowy itp | mała moc itp |
| 6 | Produkty do pielęgnacji ciała | Suszarki do włosów, urządzenia kosmetyczne, lokówki. itp | Wysoki poziom izolacji, niski poziom hałasu, dobre odprowadzanie ciepła itp |
| 7 | Narzędzia ogrodnicze | kosiarki do trawy, dmuchawy do liści, sekatory elektryczne. itp | Wysoka moc i długi czas działania itp |
| 8 | Inny | drony, rowery wodne i maszyny do monitoringu wideo. itp | Zależy od sytuacji |
Dobór BLDC to proces kompleksowej analizy systemu, który wymaga zrównoważenia wszystkich aspektów doboru silnika zgodnie z wymaganiami aplikacji. SIT jest jednym zDostawcy silników BLDCw Chinach. Posiadamy doświadczony zespół inżynierów, który może pomóc w znalezieniu najlepszego rozwiązania dla Twoich zastosowań. Jeśli masz jakiekolwiek wymagania dotyczące silnika, skontaktuj się z nami.