Sterowanie i konstrukcje bezszczotkowych silników prądu stałego

• Autorzy: Czmil Sylwester

Identyfikatory

DOI

10.7862/re.2020.2

Warianty tytułu

EN

Control and constructions of brushless direct current motors

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono zasadę działania oraz konstrukcję bezszczotkowego silnika prądu stałego. Omówiono także metody sterowania silników BLDC z uwzględnieniem podziału na metody wykorzystujące czujniki służące do określania położenia wirnika oraz metody bezczujnikowe wraz z przykładem realizacji sterowania przy użyciu mikrokontrolerów. Wysoka sprawność i dużej trwałość a także spadające w ostatnich latach ceny elementów elektronicznych oraz sterowników współpracujących z silnikami BLDC spowodowały nową falę zainteresowania napędami tego typu. Konstrukcja silników BLDC nie wymaga zastosowania szczotek, które w tradycyjnych silnikach szczotkowych dostarczają poprzez komutator napięcie do uzwojeń wirnika. Silniki bezszczotkowe cechuje wysoka wydajność, trwałość, a także niezawodność. Stosowanie czujników w układach sterowania silników BLDC zwiększa liczbę połączeń silnika z komutatorem, powodując tym samym zmniejszenie niezawodności układu napędowego. Z tego powodu często rezygnuje się z bezpośredniego pomiaru położenia i prędkości na rzecz zastosowania bezczujnikowych metod sterownia. Silniki bezszczotkowe prądu stałego mają różnorodne obszary zastosowania, a ze względu na swoją niezawodność oraz możliwość sterowania prędkością są stosowane między innymi w pojazdach elektrycznych, medycynie oraz przemyśle.

EN

The article presents the working principles and construction of a brushless DC motor. The BLDC motor control methods were discussed, including the division into methods using sensors for determining the rotor position and sensorless methods with an example of implementing BLDC motor control using microcontrollers. High efficiency and high durability as well as falling prices of electronic components and controllers cooperating with BLDC motors in recent years have caused a growing interest in this type of motors. The design of BLDC motors does not require the use of brushes, which in traditional brush motors supply voltage through the commutator to the rotor windings. Brushless motors are characterized by high efficiency, durability and reliability. The use of sensors in BLDC motor control systems increases the number of motor and commutator connections, thereby reducing the reliability of the drive system. For this reason, direct position and speed measurements are often abandoned for the use of sensorless control methods. DC brushless motors have various application areas, and due to their reliability and the ability to control speed, they are used, among others, in electric vehicles, medicine and industry.

Słowa kluczowe

PL

silniki BLDC; układ sterowania silnika BLDC; bezczujnikowe metody sterowania; klasyczne metody sterowania

EN

BLDC motors; BLDC motor control system; sensorless control methods; classic motor control methods

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej. Elektrotechnika
• Rocznik: 2020
• Tom: z. 38 [301], nr 1-2
• Strony: 19--32
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Czmil Sylwester

• Politechnika Rzeszowska, Katedra Elektrotechniki i Podstaw Informatyki, ul. W. Pola 2, 35-959 Rzeszów

Bibliografia

• [1] Goryca Z., Pakosz, A.: Wolnoobrotowy bezszczotkowy silnik prądu stałego do napędu rogatkowego, Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, nr 2, 2018, s. 15-18.
• [2] Budziłowicz A.: Zastosowanie Silników BLDC (ang. Brush Less Direct-Current motor) we współczesnych napędach elektrycznych i w motoryzacji, Autobusy. Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe, nr 6, 2015, s. 49-52.
• [3] Goryca Z.: Bezszczotkowe silniki prądu stałego - konstrukcje i sterowanie, Automatyka, Elektryka, Zakłócenia, nr 3, 2013, s. 56-63.
• [4] Khubalkar S., Jungahare A., Aware M., Das S.: Modeling and control of a permanent-magnet brushless DC motor drive using a fractional order proportional-integral-derivative controller, Turkish Journal of Electrical Engineering & Computer Sciences, vol. 25, no. 5, 2017, pp. 4223-4241.
• [5] Kamal M.M., Mathew L., Chatterji S.: Speed control of brushless DC motor using intelligent controllers, 2014 Students Conference on Engineering and Systems, Allahabad, 2014, pp. 1-5.
• [6] Nowak M.: Model matematyczny i symulacyjno-komputerowy układu napędowego reaktora polimeryzacji z modelową wersją silnika BLDC w wykonaniu rurowym, Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe, nr 2, 2013, s. 265-270.
• [7] Goryca Z.: Metody sterowania silników BLDC, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały, vol. 66, nr 32, 2012, s. 32-47.
• [8] Domoradzki A., Krykowski K: Silniki BLDC - klasyczne metody sterowania, Elektronika Praktyczna, nr 11, 2015, s.71-74.
• [9] Zajkowski K., Duer S.: Sterowanie prędkością obrotową silnika bezszczotkowego BLDC, Autobusy. Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe, nr 10, 2013, s. 303-306.
• [10] Johnson J.P., Ehsani M., Guzelgunler Y.: Review of sensorless methods for brushless DC, Conference Record of the 1999 IEEE Industry Applications Conference. Thiry Fourth IAS Annual Meeting, 1990, pp. 143-150.
• [11] Krykowski K.: Silnik PM BLDC w napędzie elektrycznym, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2011.
• [12] Makieła D., Tomaszczyk T.: Bezczujnikowe sterowanie silnika wysokoobrotowego PM BLDC przy pomocy metody bazującej na napięciach międzyfazowych, nr 4, 2014, s.92-96.
• [13] Makieła D.: Bezczujnikowe sterowanie wysokoobrotowego silnika PM BLDC, Elektryka, nr 2-3, 2013, s.109-118.
• [14] Brushless DC Motor, Infineon Technology, dostępny w Internecie: https://www.infineon.com/cms/en/applications/solutions/motor-control-and-drives/brushless-dcmotor/?redirId=100355, [dostęp: 07.01.2020r.].
• [15] Bogusz J.: Podstawy sterowania silnikiem BLDC, dostępny w Internecie: http://www.easy-soft.net.pl/artykuly/podzespoly/podstawy-sterowania-silnikiembldc, [dostęp: 07.01.2020r.].
• [16] Kuciński M., Jarzębowicz L. Analiza właściwości mikrokontrolerów do zastosowania w układach sterowania napędami elektrycznymi. Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki Automatyki PG, nr 31, 2012.
• [17] Skóra M. Analiza wpływu wybranych uszkodzeń na pracę napędu z silnikiem PM BLDC w układzie zasilania z zewnętrznym regulatorem napięcia. Badania Symulacyjne. Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej vol. 71, no. 35, 2015.
• [18] Pillay P., Krishnan R.: Modeling, simulation and analysis of permanent magnet motor drives, part II: The brushless DC motor drive, IEEE Transactions on Industry Applications, nr 25, 1989, s. 274-279.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).