No. 8, Duxiu San Road, Ganlin Town, Shengzhou City, Shaoxing City, Zhejiangin maakunta, Kiina
BLDC-moottorin tekemiseen kuuluu harjattoman tasavirtamoottorin rakentaminen viidestä ydinosajärjestelmästä: staattori, jossa on kierretyt kuparikäämin vaiheet, kestomagneetteja sisältävä roottorikokoonpano, asentoanturijärjestelmä (Hall-efektianturit tai back-EMF-tunnistus), kolmivaiheinen elektroninen nopeudensäädin (ESC- tai BLDC-ohjain) ja mekaaninen kotelo, joka kohdistaa ja tukee asemakokoonpanoja. An Ilmajäähdyttimen BLDC moottori on harjaton DC-moottori, joka on erityisesti valittu ja konfiguroitu haihtuvan ilmanjäähdyttimen puhaltimen toimintaan, jossa ensisijaiset suunnitteluvaatimukset ovat alhainen virrankulutus (18-55 wattia) , hiljainen toiminta, korkea hyötysuhde alhaisilla tai keskisuurilla puhallinnopeuksilla ja luotettavuus jatkuvassa usean tunnin päivittäisessä käytössä kosteissa olosuhteissa. An Ulkoinen BLDC ilmanjäähdytinmoottori (kutsutaan myös ulkoroottoriksi tai ulkoroottoriseksi BLDC-moottoriksi) käyttää rakennetta, jossa kestomagneettiroottori pyörii paikallaan pysyvän staattorin ulkopuolen ympäri sen sijaan, että se pyöriisi sen sisällä, mikä on ihanteellinen arkkitehtuuri suoravetoisille puhallinsovelluksille, koska tuulettimen siipikokoonpano kiinnittyy suoraan suuren halkaisijan omaavaan roottorin kehään ilman, että se tarvitsee vaihdelaatikkoa tai kytkentärasiaa. Tämä täydellinen opas kattaa koko suunnitteluteorian, käytännön rakentamisen vaiheet ja sovelluskohtaiset valintakriteerit kaikille kolmelle aiheelle.
Ymmärtäminen kuinka tehdä BLDC-moottori alkaa ymmärtämällä, miksi harjaton DC-moottori on olemassa ja miten se eroaa pohjimmiltaan sen korvaamista harjatuista tasavirtamoottoreista. Harjattu tasavirtamoottori käyttää fyysisiä hiiliharjoja, jotka painavat pyörivää kommutaattorirengasta vaihtamaan virran suuntaa roottorin käämeissä moottorin pyöriessä. Tämä kommutointimekanismi luo kitkaa, tuottaa lämpöä, sähköistä kohinaa ja kuluu ajan myötä, kun hiiliharjat kuluvat ja kommutaattorin pinta heikkenee. BLDC-moottori eliminoi sekä harjat että kommutaattorin asettamalla kestomagneetit roottoriin ja käämit staattoriin ja käyttämällä elektronista kytkintä (BLDC-ohjain) virran kommutointiin mekaanisen kosketuksen sijaan.
Tuloksena on moottori, jossa ei kuluvia kosketuspintoja , huomattavasti suurempi tehokkuus (tyypillisesti 85 - 95 % vs. 60 - 85 % harjatuissa moottoreissa ), paljon pienempi kuultava melu, suurempi tehotiheys (enemmän tehoa moottorin massakiloa kohti) ja käyttöikä mitattuna tuhansissa tunneissa satojen sijasta. Nämä edut selittävät, miksi BLDC-moottorit ovat syrjäyttäneet harjattuja moottoreita sovelluksissa, jotka vaihtelevat tietokoneen kiintolevyistä ja drone-propulsiosta pesukoneisiin ja, mikä on kriittistä tämän artikkelin kannalta, asuin- ja kaupallisissa ilmanjäähdyttimen tuulettimissa.
Kiinteä ydin, jossa on kierrettyjä kuparikeloja. Staattori synnyttää pyörivän magneettikentän, kun sen käämeihin johdetaan kolmivaihevirta oikeassa järjestyksessä. Staattorin laminaatit on valmistettu piiteräksestä pyörrevirtahäviöiden minimoimiseksi.
Pyörivä kokoonpano, jossa on neodyymi- tai ferriittikestomagneetteja. Roottori seuraa staattorin synnyttämää pyörivää magneettikenttää ja tuottaa mekaanisen pyörimisen. Ulkoroottorimalleissa roottori ympäröi staattoria.
Kolme Hall-efektianturia, jotka on sijoitettu 120 asteen päähän toisistaan, havaitsevat roottorin magneetin asennon ja raportoivat sen ohjaimelle. Säädin käyttää näitä asentotietoja staattorikäämin oikeat vaiheet peräkkäin, jolloin pyöriminen pysyy tasaisena.
Elektroninen nopeussäädin lukee Hall-anturin signaaleja ja käyttää kuutta teho-MOSFETiä kolmivaiheisessa siltapiirissä syöttääkseen jännitteen staattorin käämeihin oikeassa kommutointijärjestyksessä. PWM-säädin säätää nopeutta.
Seuraavat vaiheet kuvaavat kuinka tehdä BLDC-moottori ydinkomponenteista, jotka kattavat sekä sisäroottori (perinteinen) että ulkoroottorikokoonpano. Ulkoroottorin kokoonpano on erityisen yksityiskohtainen, koska se on hallitseva malli Ilmajäähdyttimen BLDC moottori ja Ulkoinen BLDC ilmanjäähdytinmoottori sovelluksia.
Kun suunnitellaan tai rakennetaan BLDC-moottoria tyhjästä, seuraavat parametrit on laskettava ja tasapainotettava keskenään:
| Parametri | Tyypillinen alue | Lisääntymisen vaikutus | Vähenemisen vaikutus |
|---|---|---|---|
| Staattoripaikkojen lukumäärä | 9, 12, 18, 24 | Tasaisempi vääntö, pienempi hammastus | Yksinkertaisempi käämitys, enemmän vääntömomenttia |
| Roottorin napojen lukumäärä | 4, 8, 10, 14 | Suurempi vääntömomenttitiheys, pienempi maksimikierrosluku | Korkeampi maksimikierrosluku, pienempi vääntömomenttitiheys |
| Käämityskierrokset per kela | 5-80 kierrosta | Suurempi Kv (suurempi nopeus samalla jännitteellä) | Pienempi Kv (enemmän vääntömomenttia, pienempi nopeus) |
| Johdon mittari (halkaisija) | 0,3-1,5 mm | Pienempi vastus, suurempi virrankapasiteetti | Suurempi vastus, enemmän lämpöä samalla virralla |
| Ilmarako (roottori staattoriin) | 0,3-1,5 mm | Vähentynyt magneettinen kytkentä, pienempi hyötysuhde | Parempi magneettinen kytkentä, kosketusriski |
| Magneettiluokka | N35 - N52 (NdFeB) | Suurempi vuontiheys, parempi suorituskyky | Pienemmät kustannukset, pienempi lämmönkestävyys |
| Pinon pituus (aksiaalinen) | 10 mm - 100 mm | Suurempi vääntömomentti ja teho | Kompaktimpi, kevyempi, pienempi teho |
Kv (nopeusvakio) on tärkein yksittäinen määritys BLDC-moottorin nopeuden ja vääntömomentin ominaisuuksien luonnehtimiseksi. Kv määritellään kierrosten lukumääränä minuutissa (RPM), jonka moottori pyörii jokaista moottorin liittimiin syötettyä volttia kohden kuormittamattomana. Moottori, jonka Kv on 500 RPM/V toimii 5000 rpm 10 voltin jännitteellä (kuormittamaton). Moottori, jonka Kv on 100 RPM/V toimii vain 1000 rpm 10 voltilla, mutta tuottaa suhteellisesti enemmän vääntömomenttia.
Air Cooler BLDC -moottorille, joka toimii suoraan 230 V AC -syötöstä (tasasuunnattu noin 325 V DC-huippuun tai säädellään pienempään tasajännitteeseen virtalähteellä), Kv on valittava siten, että moottori toimii tavoitepuhaltimen nopeudella käytettävissä olevalla jännitteellä. Puhaltimen nopeus 350 RPM säädetystä 24 V DC -syötöstä vaatii noin Kv:n 350 jaettuna 24:llä eli noin 15 RPM/V , joka saavutetaan käyttämällä enemmän käämityskierroksia ja on ominaista suurivääntömomenttisille, hitaille ulkoroottoreille puhallinmoottoreille.
The Ilmajäähdyttimen BLDC moottori edustaa merkittävää teknologista päivitystä kondensaattorikäyttöisistä yksivaiheisista oikosulkumoottoreista, jotka hallitsivat asuin- ja kaupallisten haihdutusilmajäähdyttimien markkinoita vuosikymmeniä. Tämän muutoksen syyn ymmärtäminen edellyttää näiden kahden teknologian vertaamista kaikilla asiaankuuluvilla suorituskykyulottuvuuksilla.
Energiansäästö, joka saadaan korvaamalla perinteinen oikosulkumoottori Air Cooler BLDC -moottorilla, on huomattava ja vähentää merkittävästi sähkölaskuja moottorin käyttöiän aikana. Tyypillinen laskelma:
Markkinoilla, joilla on korkeammat sähkötariffit (Eurooppa, Iso-Britannia, osa Aasiaa) tai kaupallisissa sovelluksissa, joissa monet ilmanjäähdyttimet toimivat pidempään, Air Cooler BLDC -moottorin taloudellinen peruste on vieläkin vahvempi. Tehdaslattia, jossa on 20 jäähdytintä, jotka toimivat 16 tuntia päivässä, säästää noin 4 320 kWh kausi samasta teknologiapäivityksestä, mikä merkitsee merkittävää käyttökustannusten alenemista.
Air Cooler BLDC -moottoriyksiköitä asuintalojen ilmanjäähdyttimille on saatavana kahdessa pääsähkökokoonpanossa:
Ulkoinen BLDC-ilmajäähdytinmoottori (ulkoroottorinen tai ulkoroottorinen BLDC-moottori) on optimaalinen moottoriarkkitehtuuri suoravetoisiin puhallinsovelluksiin, ja sen käyttöönotto ilmanjäähdytinteollisuudessa ei ole vain energiatehokkuuden parannus, vaan myös perustavanlaatuinen mekaaninen yksinkertaistus. Ulkoroottorimallissa kestomagneettiroottori on kellon tai kupin muotoinen kokoonpano, joka pyörii paikallaan olevan staattorin ulkopinnan ympäri. Tuulettimen siivet on kiinnitetty suoraan roottorikellon ulkopintaan, mikä muuttaa moottorin ja tuulettimen yhdeksi integroiduksi pyöriväksi kokoonpanoksi.
Ulkoroottorin suuri halkaisija tarjoaa suuren hitausmomentin ja suuren vääntövarren tuulettimen siipien kiinnityspisteisiin. Tämä mahdollistaa tuulettimen käytön pienemmällä voimalla (vääntömomentilla) siipien juurissa, mikä vähentää mekaanista rasitusta asennusliitännässä.
Ilmanjäähdyttimen tuulettimet toimivat klo 200-800 rpm , joka on hyvin ulomman roottorin BLDC-moottorin suoran lähtönopeusalueen sisällä. Nopeuden alennusvaihdelaatikkoa ei tarvita, mikä eliminoi vaihteiston melun, vaihteistotehokkuuden häviöt (tyypillisesti 2–8 %) ja mekaanisen vikakohdan.
Moottorin pyörivä ulkovaippa toimii itsessään keskipakopuhaltimena, joka vetää ilmaa staattorin läpi avoimesta päästä ja tyhjentää sen säteittäisesti. Tämä itse tuotettu ilmavirta tarjoaa jatkuvan staattorikäämien jäähdytyksen ilman lisäjäähdytystä.
Ulkoroottorimoottorilla on suhteellisen lyhyt aksiaalinen (pituus) mitta suhteessa sen halkaisijaan. Ilmajäähdyttimen tuulettimelle, jossa moottorin on mahduttava tuulettimen suojuksen syvyyteen ilman, että se ulkonee liikaa, tämä pannukakkumainen muoto on ihanteellinen.
Ulkoisen BLDC-ilmajäähdytinmoottorin rakentaminen komponenteista eroaa sisemmän roottorin rakenteesta monella tärkeällä tavalla. Seuraavat tiedot kattavat ulkoroottorin rakenteen erityiset erot ja haasteet:
Ulkoiset BLDC Air Cooler -moottorin tekniset tiedot sovitetaan ensisijaisesti ilmanjäähdyttimen ilmavirtaustehoon, mitattuna kuutiometreinä tunnissa (m3/h) tai kuutiojaloissa minuutissa (CFM). Seuraava taulukko näyttää tyypilliset moottorin tekniset tiedot eri jäähdytinkokoille:
| Jäähdyttimen tyyppi | Ilmavirta (m3/h) | Moottorin teho | Nopeusalue | Roottori Diameter | Syöttöjännite |
|---|---|---|---|---|---|
| Henkilökohtainen työpöydän jäähdytin | 150-300 m3/h | 12-18W | 600-1200 rpm | 80-120 mm | 12V tai 24V DC |
| Pienen huoneen jäähdytin (20-40 m2) | 1 000 - 2 000 m3/h | 18-30W | 350-900 rpm | 150-200 mm | 230V AC tai 24V DC |
| Keskikokoinen huonejäähdytin (40-80 m2) | 3 000 - 5 000 m3/h | 30-50W | 300-750 rpm | 200-280 mm | 230V AC tai 48V DC |
| Kaupallinen/teollinen jäähdytin | 8 000 - 20 000 m3/h | 100-250W | 200-500 rpm | 350-500 mm | 230V tai 415V AC |
Mikään keskustelu BLDC-moottorijärjestelmän tekemisestä ei ole täydellinen ilman ohjaimen osoittamista, koska BLDC-moottori ei voi toimia ilman elektronista kommutointipiiriään. Moottori ja ohjain ovat riippuvaisia toisistaan: moottorin suorituskyky käytössä määräytyy täysin ohjaimen laadusta, hienostuneisuudesta ja yhteensopivuudesta moottoriin.
Tavallinen BLDC-moottoriohjain toimii kuusivaiheisella (tai puolisuunnikkaan) kommutaatiolla. Milloin tahansa moottorin toiminnan aikana kaksi kolmesta vaihekäämityksestä saa jännitteen ja kolmas jää kellumaan. Kuuden vaiheen sarja toimii seuraavasti:
Tämä kuusivaiheinen sarja toistuu nopeudella, joka on yhtä suuri kuin moottorin sähkötaajuus. Moottorin, jossa on 8 napaa (4 napaparia), joka pyörii nopeudella 750 RPM, sähköinen taajuus on 750 RPM x 4 paria jaettuna 60 sekunnilla = 50 Hz . Ohjain vaihtaa kommutointitilat klo 6 kertaa tämä taajuus tai 300 kertaa sekunnissa , jota BLDC-ohjaimen sisällä oleva mikro-ohjain käsittelee helposti.
Ilmanjäähdytinsovelluksissa, joissa hiljainen toiminta on korkea prioriteetti, sinimuotoinen (kenttäsuuntautunut ohjaus, FOC) kommutointi tarjoaa merkittävän parannuksen kuusivaiheiseen peruskommutointiin verrattuna. Sen sijaan, että vaihdettaisiin äkillisesti erillisten vaiheyhdistelmien välillä, sinimuotoinen ohjaus soveltaa tasaisesti vaihtelevia siniaaltovirtoja kaikkiin kolmeen vaiheeseen samanaikaisesti, mikä tuottaa jatkuvasti pyörivän magneettikentän porrastetun sijaan. Tuloksena on dramaattisesti pienempi vääntömomentin aaltoilu ja moottorin melu.
Premium Air Cooler BLDC -moottoriohjain, joka toteuttaa sinimuotoisen FOC-säädön, vähentää tyypillisesti moottorin kuuluvaa melua 5-15 dB(A) verrattuna kuusiportaiseen ohjaimeen, joka käyttää samaa moottoria, mikä on erittäin merkittävä ero, kun otetaan huomioon, että 10 dB:n vaimennus koetaan suunnilleen puolet äänekkäämmäksi. Makuuhuoneen tai toimiston jäähdyttimiin, joissa meluherkkyys on suurin, sinimuotoista säädintä suositellaan, vaikka se maksaakin hieman enemmän kuin yksinkertainen kuusivaiheinen ohjain.
Olitpa alkuperäisen ilmanjäähdyttimen valmistaja (OEM), joka määrittelee moottorit uudelle tuotelinjalle, tai loppukäyttäjä, joka asentaa olemassa olevaan ilmanjäähdyttimeen ulkoisen BLDC-ilmajäähdytinmoottorin energiankulutuksen vähentämiseksi, seuraavat käytännön ohjeet kattavat tärkeimmät valinta- ja asennusnäkökohdat.
Moottorin tehon on oltava riittävä ohjaamaan puhallin vaaditulla ilmavirralla järjestelmän staattista painevastusta vastaan (kosteiden tyynyjen, kanavan vastus ja muut ilmavirran rajoitukset). Asuinrakennuksen haihtuvan ilmanjäähdyttimen tyypillinen järjestelmän kokonaisvastus on 5-20 Pascalia , ja tuulettimen on voitettava tämä vastus samalla kun se tuottaa tarvittavan ilmavirran.
Käytännön mitoitusohjeena: jokaista 1000 m3/h vaadittua ilmavirtaa kohti 10 Pascalin kokonaisstaattista painetta vastaan moottori vaatii noin 5-8 wattia akselitehoa . Jakamalla moottorin hyötysuhteella (tyypillisesti 85 - 90 % laadukkaalle BLDC-moottorille) saadaan tarvittava sähköinen syöttöteho. 3 000 m3/h jäähdytin 15 Pascalia vastaan vaatii noin 45-72 wattia akselitehoa, mikä tarkoittaa 50-80 watin BLDC-moottori on sopiva moottorin tehokkuuden huomioon ottamiseksi.
Kun asennat jälkikäteen olemassa olevaan ilmanjäähdyttimeen ulkoisella BLDC-ilmajäähdytinmoottorilla, tarkista seuraavat asiat ennen vaihtomoottorin tilaamista:
DC149 220V/700W Ulkoinen BLDC-ilmajäähdytinmoottori
DC149 220V 850W Ulkoinen BLDC-ilmajäähdytinmoottori
DC144 220V 600W ulkoinen BLDC ilmanjäähdytinmoottori
DC144 220V 600W Ulkoinen BLDC ilmanjäähdytinmoottori
YS100-8 380V 50Hz 350W karjatalon tuuletinmoottori
DC149 220V 850W Ulkoinen BLDC-ilmajäähdytinmoottori