Historia silników rozpoczęła się wraz z odkryciem zjawisk elektromagnetycznych na początku XIX wieku i stopniowo stała się jednym z najważniejszych układów elektronicznych epoki przemysłowej. Wraz z rozwojem technologii inżynierowie i technicy wynaleźli wiele typów silników, w tym silniki prądu stałego (DC), silniki indukcyjne i silniki synchroniczne.
Jako rodzaj silnika synchronicznego z magnesami trwałymi (PMSM), silniki bezszczotkowe mają długą historię. Jednak na początku, ze względu na trudności w uruchamianiu i zmianie prędkości, nie był on powszechnie stosowany, z wyjątkiem zastosowań przemysłowych z drogimi mechanizmami kontrolnymi. Jednak w ostatnich latach, wraz z udoskonaleniem potężnych magnesów trwałych i wzrostem świadomości ludzi w zakresie oszczędzania energii, silniki bezszczotkowe szybko rozwinęły się w różnych dziedzinach.
Różnica między silnikami szczotkowymi prądu stałego a silnikami bezszczotkowymi
Silnik szczotkowy prądu stałego (zwykle nazywany silnikiem prądu stałego) charakteryzuje się dobrą sterownością, wysoką wydajnością i łatwą miniaturyzacją. Jest to najczęściej stosowany typ silnika. W porównaniu z silnikiem szczotkowym prądu stałego, silnik bezszczotkowy nie wymaga szczotek i komutatorów, dzięki czemu ma długą żywotność, jest łatwy w utrzymaniu i charakteryzuje się niskim poziomem hałasu podczas pracy. Ponadto charakteryzuje się nie tylko wysoką sterowalnością silnika prądu stałego, ale także dużą swobodą konstrukcyjną i łatwością osadzania w sprzęcie. Dzięki tym zaletom stopniowo rozszerzało się zastosowanie silników bezszczotkowych. Obecnie jest szeroko stosowany w sprzęcie przemysłowym, sprzęcie automatyki biurowej i sprzęcie gospodarstwa domowego.
Warunki pracy silników bezszczotkowych
Kiedy silnik bezszczotkowy pracuje, magnes trwały jest najpierw używany jako wirnik (strona obracająca się), a cewka służy jako stojan (strona stała). Następnie zewnętrzny obwód falownika steruje przełączaniem prądu do cewki w zależności od obrotów silnika. Silnik bezszczotkowy jest używany w połączeniu z obwodem falownika, który wykrywa położenie wirnika i wprowadza prąd do cewki zgodnie z położeniem wirnika.
Istnieją trzy główne metody wykrywania położenia wirnika: jedna to detekcja prądu, która jest warunkiem koniecznym sterowania zorientowanego na pole magnetyczne; drugi to wykrywanie za pomocą czujnika Halla, które wykorzystuje trzy czujniki Halla do wykrywania położenia wirnika poprzez pole magnetyczne wirnika; trzecia to wykrywanie napięcia indukowanego, które wykrywa położenie wirnika na podstawie zmiany napięcia indukowanego generowanego przez obrót wirnika, co jest jedną z metod wykrywania położenia silnika indukcyjnego.
Istnieją dwie podstawowe metody sterowania silnikami bezszczotkowymi. Ponadto istnieją pewne metody sterowania, które wymagają skomplikowanych obliczeń, takie jak sterowanie wektorowe i sterowanie słabym polem.
Napęd prostokątny
W zależności od kąta obrotu wirnika przełączany jest stan przełączania elementu mocy obwodu falownika, a następnie zmienia się kierunek prądu cewki stojana, aby obrócić wirnik.
Napęd sinusoidalny
Obracanie wirnika polega na wykryciu kąta obrotu wirnika, wygenerowaniu w obwodzie falownika trójfazowego prądu przemiennego z przesunięciem fazowym o 120 stopni, a następnie zmianie kierunku prądu i wielkości cewki stojana.
Bezszczotkowe silniki prądu stałego są obecnie szeroko stosowane w różnych dziedzinach, m.in. w sprzęcie gospodarstwa domowego, elektronice samochodowej, sprzęcie przemysłowym, automatyce biurowej, robotach i przenośnej elektronice użytkowej. W przyszłości, wraz z ciągłym rozwojem technologii silników, zastosowanie bezszczotkowych silników prądu stałego będzie miało szerszą przestrzeń rozwojową.
