W świecie precyzyjnej inżynierii i automatyki, bezszczotkowe silniki prądu stałego (BLDC) stały się złotym standardem niezawodności i wydajności. Jako wiodący producent w Flourishing, często spotykamy się z pytaniami o to, co napędza te silniki – szczególnie w kwestii…sprawność silnika BLDCDlaczego są lepsze od swoich szczotkowanych odpowiedników i co ważniejsze, w jaki sposób inżynierowie mogą weryfikować te wskaźniki wydajności?
W tym kompleksowym przewodniku znajdziesz zgłębioną wiedzę naukową na temat ocen wydajności, metodologii testowania stosowanych w naszych laboratoriach oraz praktycznych wskazówek dotyczących optymalizacji układów napędowych.
Czym jest sprawność bezszczotkowego silnika prądu stałego?
W swojej istocie sprawność to iloraz. Reprezentuje ona odsetek całkowitej energii elektrycznej, która została pomyślnie przekształcona w użyteczną energię mechaniczną. W każdym układzie elektromechanicznym energia, która nie została przekształcona w ruch, jest marnowana, głównie w postaci ciepła.
Tensprawność bezszczotkowego silnika prądu stałegoTechnologia ta charakteryzuje się wyjątkowo wysoką sprawnością, zazwyczaj wahającą się między 85% a 90%. Oznacza to, że do 90% mocy elektrycznej dostarczanej do silnika napędza obciążenie, a jedynie 10% jest tracone na rozproszenie ciepła. Dla porównania, tradycyjne silniki szczotkowe często mają trudności z przekroczeniem 75-80% sprawności ze względu na tarcie i opór elektryczny w szczotkach.
W zastosowaniach, w których gęstość mocy i zarządzanie temperaturą mają kluczowe znaczenie — jak w naszymsilnik prądu stałego bezrdzeniowylinii produktów — osiągnięcie tych wysokich wskaźników efektywności jest niezbędne.
Jak bada się sprawność silnika BLDC?
Testowaniesprawność silnika bezszczotkowego prądu stałegoWymaga kontrolowanego środowiska, w którym możliwe jest jednoczesne mierzenie mocy wejściowej i wyjściowej. Podstawowy wzór polega na porównaniu mocy elektrycznej (wejściowej) z mocą mechaniczną (wyjściową).
Jak sprawdzić wydajność silnika bezszczotkowego?
Aby uzyskać precyzyjną ocenę, należy uwzględnić różne straty "" – energię uciekającą z systemu. Chociaż proste obliczenia wejścia/wyjścia dają przybliżony szacunek, podejście naukowe polega na kwantyfikacji poszczególnych kategorii strat:
Strata miedzi (strata I²R)
Jest to energia tracona w postaci ciepła z powodu oporu elektrycznego uzwojeń miedzianych. Gdy prąd przepływa przez przewód, opór generuje ciepło. Im wyższe obciążenie prądowe, tym wykładniczo wyższe straty w miedzi. Jest to główny czynnik wpływający na ogólnąsprawność silnika BLDCprojektów, szczególnie pod dużym obciążeniem.
Strata prądów wirowych
Obracające się magnesy trwałe wirnika indukują prądy krążące w żelaznym rdzeniu stojana. Te prądy wirowe generują własne pola magnetyczne, które przeciwdziałają obrotom silnika, generując opór i ciepło. Aby zminimalizować ten efekt, stosuje się zaawansowane techniki laminowania stojana.
Strata histerezy
Podobnie jak w przypadku prądów wirowych, strata histerezy występuje, gdy domeny magnetyczne w rdzeniu stojana są stale magnesowane i rozmagnesowywane przez przepływający wirnik. Energia potrzebna do ciągłego odwracania tych biegunów magnetycznych jest uwalniana w postaci ciepła.
Strata tarcia
Chociaż silniki BLDC nie posiadają szczotek, nadal posiadają łożyska. Tarcie mechaniczne w łożyskach kulkowych wytwarza siłę oporu, która zmniejsza moment obrotowy. Wysokiej jakości łożyska są niezbędne, aby zminimalizować te straty.
Utrata lepkości
Jest to opór aerodynamiczny (opór powietrza) wirnika obracającego się w powietrzu lub opór płynu, jeśli silnik zawiera olej chłodzący. Przy bardzo wysokich obrotach na minutę straty lepkości stają się istotnym czynnikiem wpływającym na…sprawność silnika bezszczotkowego.
Strata falownika
Silniki BLDC wymagają sterownika elektronicznego (falownika) do komutacji faz. Elementy przełączające (MOSFET-y lub IGBT) w sterowniku mają własną rezystancję wewnętrzną i straty przełączania, które należy uwzględnić w całkowitej sprawności systemu.
Równania i obliczenia sprawności silnika bezszczotkowego
Aby obliczyć wydajność w praktyce, należy zmierzyć napięcie (V), natężenie prądu (I), prędkość (obr./min) i moment obrotowy (τ). Równanie jest proste:
Sprawność silnika (η) = Moc mechaniczna wyjściowa (Pna zewnątrz) / Moc wejściowa (PW)
Gdzie:
Pna zewnątrz(Waty) = (Moment obrotowy w Nm × obr./min) × (2π / 60)
PW(Waty) = Napięcie (V) × Prąd (A)
Testowanie polega na użyciu dynamometru do przyłożenia znanego obciążenia (momentu obrotowego) i jednoczesnym pomiarze prędkości oraz poboru prądu. Nanosząc te punkty na wykres w całym zakresie pracy silnika, inżynierowie generują mapę sprawności.
Krzywa sprawności silnika bezszczotkowego
Sprawność nie jest wartością statyczną; zmienia się wraz z obciążeniem i prędkością. Krzywa sprawności zazwyczaj ma kształt dzwonu. Silnik jest najsprawniejszy przy określonej kombinacji wysokiej prędkości obrotowej i umiarkowanego momentu obrotowego. Przy niskich prędkościach lub w warunkach przeciągnięcia sprawność spada do zera, ponieważ energia jest zużywana (generowana jest ciepło) bez generowania ruchu.
Zrozumienie tej krzywej pomaga w wyborze odpowiedniego silnika. Na przykład, jeśli szukaszdostawca silników z pustą misąw przypadku urządzenia kosmetycznego potrzebny jest silnik, którego maksymalna wydajność jest zgodna z prędkością pracy urządzenia, co pozwoli maksymalnie wydłużyć czas pracy baterii.
Wniosek
Maksymalizacjasprawność silnika bezszczotkowegoto połączenie wysokiej jakości materiałów, precyzyjnego wykonania i inteligentnego sterowania elektronicznego. Dzięki zrozumieniu, gdzie występują straty – od oporu miedzi po opór aerodynamiczny – inżynierowie mogą precyzyjnie dopracowywać swoje projekty, aby uzyskać optymalną wydajność.
W Flourishing wykorzystujemy 20 lat doświadczenia, aby tworzyć silniki, które przesuwają granice możliwości. Niezależnie od tego, czy potrzebujesz standardowych silników BLDC, czy niestandardowych rozwiązań bezrdzeniowych, nasze protokoły testowe gwarantują najwyższą wydajność zasilania dla Twojego zastosowania. Zapraszamy do kontaktu, aby omówić, jak nasze wysokosprawne silniki mogą usprawnić Twój kolejny projekt.