Silniki BLDC - coraz popularniejsze i łatwiejsze w aplikacji

Bezszczotkowe silniki prądu stałego (BLDC) stały się w ostatnich latach bardzo popularne w aplikacjach, w których liczy się duża niezawodność, wysoka sprawność i duży współczynnik mocy do objętości jednostki napędowej). Silniki te zapewniają duży moment w szerokim zakresie prędkości obrotowych i mają podobne charakterystyki w funkcji obciążenia, jak zwykłe silniki szczotkowe.

Dodaj do ulubionych źródeł w Google
Posłuchaj
00:00

Rys. 1. Silnik BLDC jako napęd pompy cieczy chłodzącej w samochodzie

W silnikach bezszczotkowych mechaniczny interfejs szczotkowo-komutatorowy został zastąpiony elektronicznym z układami do zasilania i sterowania silnikiem. Jego zadaniem jest komutacja (przełączanie) uzwojeń stojana w odpowiednich chwilach i wytworzenie pola wirującego dla wirnika zawierającego magnesy stałe.

Brak komutatora i szczotek poprawia niezawodność i pozwala na powstanie jednostek, które mogą pracować przez 10 tys. godzin bez awarii. Ceną za taką jakość i dobre parametry jest niestety większa komplikacja napędu, bo poza samym silnikiem wymagany jest jeszcze elektroniczny układ napędowy (falownik), dostarczający przemiennego napięcia wielofazowego o odpowiednich parametrach.

Bazuje on na czujnikach położenia wału albo na wykrywaniu przejścia przez zero niezasilanej fazy. Aby silnik nie szarpał, na czas włączenia danej fazy siła przeciwelektromotoryczna powinna być w miarę stała i dlatego silniki BLDC projektuje się tak, aby miały trapezowy kształt napięcia, a narastanie i opadanie napięcia zachodzi w momencie, gdy akurat ta faza nie jest zasilana.

Analitycy IMS prognozują, że w 2018 roku w użyciu będzie 600 mln takich silników, 3-krotnie więcej niż w roku 2011. Jednym z największych odbiorców tych jednostek będzie motoryzacja, gdzie będą one integrowane w systemy mechatroniczne razem ze sterownikiem w jedną całość jak pokazano na rysunku 1.

Rosnące zainteresowanie rynku takimi silnikami skłania producentów chipów do tworzenia specjalizowanych rozwiązań zawierających kompletne układy kontrolno-sterujące. Przykład takiego sterownika firmy Fairchild został pokazany w tym artykule.

Rys. 2. Typowy układ aplikacyjny FCM8201 bez mikrokontrolera nadzorującego

FCM8201 to scalony kontroler silnika BLDC współpracujący z silnikiem wyposażonym w czujniki Halla dostarczające informacji na temat pozycji wirnika i umożliwiające prawidłową komutację. Sterownik ten pracuje w dwóch trybach różniących się kształtem sygnału wyjściowego: sinusoidalnym i prostokątnym.

Oba sygnały tworzone są za pomocą modulacji PWM, z tym że w trybie prostokątnym wykorzystywane są techniki PWM-PWM i PWM-ON poprawiające sprawność napędu. W sterowniku jest też wbudowany układ, który likwiduje zakłócenia z sensorów Halla przez dodanie tłumienia przez pierwsze 3-6 µs odczytu dla każdego czujnika.

FCM8201 może pracować samodzielnie bez konieczności dołączania mikrokontrolera lub z mikrokontrolerem dołączonym przez interfejs SPI, gdy wymagana jest większa funkcjonalność (rys. 2).

Sterowanie bez dodatkowych czujników

Sterowanie bez odczytu sygnału o polu magnetycznym w stojanie silnika działa w oparciu o obserwację siły przeciwelektromotorycznej powstającej podczas ruchu silnika do celów wyznaczenia pozycji wirnika i zapewnianie dzięki temu poprawnego przełączania uzwojeń. Z pewnością takie rozwiązania są prostsze i tańsze, ale niestety przy małych prędkościach obrotowych lub po zatrzymaniu wirnika siła przeciwmotoryczna nie jest generowana, co powoduje problemy ze sterowaniem.

Do takich celów polecane są kontrolery z rodziny InstaSPINBLDC firmy Texas Instruments, które wyznaczają pozycję wirnika poprzez obserwację momentu przejścia przez zero napięcia w niezasilanych aktualnie uzwojeniach i pomiar prądu, a następnie przez obliczenia. Przez rozbudowanie obwodów układu i zaawansowane algorytmy TI osiągnął płynną pracę silnika nawet dla małych prędkości i przy dużym obciążeniu. Dla układów InstaSPIN-BLDC oferowane są płytki rozwojowe i oprogramowanie upraszczające prace projektowe.

Digi-Key Electronics Germany
www.digikey.pl

Chcesz częściej widzieć nasze artykuły w Google? Dodaj ElektronikaB2B do ulubionych źródeł
Powiązane treści
Silniki przemysłowe - detekcja obrotowej pozycji kątowej
Komponenty mechatroniczne - coraz mniejsze, inteligentniejsze i łatwiejsze w integracji
Zobacz więcej w kategorii: Prezentacje firmowe
Pomiary
Nowa seria przyrządów Metracal CM - kalibrator i precyzyjny multimetr w jednym
Produkcja elektroniki
Automatyzacja - o co ten cały ambaras?
Produkcja elektroniki
Przełom w transferze cienkich warstw półprzewodnikowych: EV Group wprowadza system EVG®880 LayerRelease
Elektromechanika
Przekaźniki interfejsowe serii PI71P i PI72P
Produkcja elektroniki
MVTech - nowy partner dla polskiego przemysłu elektronicznego
Produkcja elektroniki
Mata antystatyczna czy kompletny stół ESD? Montaż końcowy jako główne źródło uszkodzeń ESD
Zobacz więcej z tagiem: Artykuły
Magazyn
Sierpień 2026
Targi zagraniczne
Electronica 2026 - targi i konferencja producentów elektroniki
Targi zagraniczne
Elmässan Stockholm 2026

Kompatybilność elektromagnetyczna

Historia EMC (electromagnetic compatibility) zaczyna się od potrzeby opanowania problemu: co zrobić, gdy jedno urządzenie zaczyna zakłócać pracę drugiego. Miała swój początek wraz z pojawianiem się coraz większej liczby urządzeń elektrycznych wykonujących bardziej złożone zadania. Początkowo problem ten miał charakter niemal przypadkowy, a przybrał rolę istotnego wyzwania technicznego wymagającego systematycznego podejścia. Aktualnie jest to obowiązkowy punkt w produkcji urządzeń elektrycznych oraz elektronicznych.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów