Sterowanie i konstrukcje bezszczotkowych silników prądu stałego

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.

Pełny tekst (pdf)

[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.BrushLess 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.