راندمان موتور DC بدون جاروبک: آنچه واقعاً عملکرد را در لوازم خانگی افزایش می دهد

دو کولر هوا از یک کارخانه با تیغه یکسان، محفظه یکسان و جریان هوای یکسان خارج می شوند. یکی 42 وات می کشد. دیگری 34 وات می کشد. روی کاغذ تفاوت در موتور است، اما در عمل موتور، الکترونیک محرک و نقطه دقیق روی منحنی است که دستگاه در حین کار موتور را نگه می دارد.

نتیجه اول: کارایی الف موتور DC بدون جاروبک با سه چیز تعیین می شود که می توانید واقعاً مهندسی کنید و بررسی کنید - بودجه تلفات داخل موتور، بودجه تلفات در تجهیزات الکترونیکی که آن را تعویض می کند، و نقطه عملیاتی که برنامه آن را مجبور به کار می کند. پیک دیتاشیت یک نقطه روی یک منحنی است. چیزی که مشتری برای بیش از ده سال پرداخت می کند میانگین وزنی در چرخه های وظیفه واقعی، دمای محیط و مقاومت جریان هوا است.

این سه موتور را در یک راستا قرار دهید و یک موتور کوچک BLDC معمولاً یک چهارم تا یک سوم برق ورودی را در برابر یک موتور القایی پایه سایه دار یا تک فاز با اندازه قاب مشابه در یک کاربرد فن کاهش می دهد. آنها را اشتباه بگیرید - موتور را بزرگ کنید، راننده را نادیده بگیرید، بگذارید با 15٪ بار کار کند - و یک موتور "با راندمان بالا" بی سر و صدا مانند یک موتور معمولی رفتار می کند.

کارایی یک منحنی است نه یک عدد

بهره وری به عنوان یک رقم ذکر شده است، زیرا ارقام واحد به راحتی قابل مقایسه هستند. در یک دستگاه مانند یک منحنی با قسمت بالایی پهن اما محدود رفتار می کند. در موتورهای براشلس کوچکی که در کولرهای هوا، فن های خنک کننده و هودهای برد استفاده می شوند، زمانی که قدرت شفت با درایور خود موتور اندازه گیری می شود، حداکثر راندمان معمولاً در باند 80 تا 90 درصد کاهش می یابد. همان موتوری که به 15 تا 20 درصد گشتاور نامی فشار داده می‌شود، اغلب به محدوده 50 تا 60 درصد کاهش می‌یابد، زیرا اتلاف آهن، باد و تلفات سوئیچینگ با کاهش بار کاهش نمی‌یابد. یک موتور قطب سایه دار با اندازه مشابه معمولاً بین 20٪ تا 40٪ ذکر می شود، به همین دلیل است که تعویض اصلاً ارزش انجام دادن دارد.

بالای منحنی معمولاً در نیمه بالایی محدوده سرعت، تقریباً 60 تا 85 درصد گشتاور نامی قرار می‌گیرد، و در وسط محدوده نسبت به آنچه اکثر خریداران انتظار دارند، صاف‌تر باقی می‌ماند. این صافی بخش مفید است: موتوری که برای نقطه کار واقعی اندازه می شود، نه برای شروع بدترین حالت، بیشتر عمر خود را به جای شیب، در نزدیکی بالا می گذراند.

قبل از اینکه مکالمه به سمت قیمت حرکت کند، چهار چیز ارزش دارد که از یک تامین کننده خواسته شود:

• یک نقشه بازده، یا حداقل در سه نقطه - بار کم، متوسط و نامی - به جای یک رقم اوج.
• توان ورودی در نقطه طراحی دستگاه، با پروانه تولیدی و محفظه اندازه‌گیری می‌شود، نه روی شفت خالی.
• بیانیه واضحی مبنی بر اینکه آیا راننده و ضررهای آن در داخل یا خارج از شماره نقل شده قرار دارند.
• دمای سیم پیچ و آهنربا پس از حالت پایدار حرارتی - دو ساعت، نه دو دقیقه.

اگر اصطلاحات هنوز در حال حل و فصل است، ما نکات اولیه دانش در مورد موتورها مکانی معقول برای بررسی تعاریف قبل از مقایسه نقل قول از تامین کنندگان مختلف است.

ضررها واقعاً به کجا می روند

موتورهای بدون جاروبک به دلیل خاصی بر بازدهی پیروز می‌شوند: با برداشتن برس‌ها دو مسیر از دست دادن همزمان حذف می‌شود. تماس برس اصطکاک ایجاد می کند و همچنین یک افت ولتاژ تقریباً ثابت ایجاد می کند که هر چه ولتاژ تغذیه کمتر باشد سهم بیشتری از توان ورودی می شود. در یک موتور 12 ولت برس، رابط برس به تنهایی می تواند چندین درصد از توان ورودی را قبل از در نظر گرفتن بقیه دستگاه مصرف کند.

چیزی که جایگزین برس ها می شود اینورتر است و رایگان نیست. یک پل سه فاز با شش ماسفت افت هدایت و افت سوئیچینگ را اضافه می کند و یک درایور ضعیف می تواند 10 تا 20 درصد از کل تلفات را به خود اختصاص دهد. کموتاسیون شش مرحله ای ارزان است و برای یک فن با سرعت ثابت کاملاً کافی است. کنترل میدان گرا می تواند چند نقطه را که موتور در بار جزئی سپری می کند، به قیمت یک میکروکنترلر سریعتر و زمان مهندسی بیشتر بازیابی کند.

دو جزئیات بیشتر از آنچه که اکثر برگه‌های مشخصات نشان می‌دهند اهمیت دارند. درجه لمینیت اولین است: حرکت به سمت فولاد نازک‌تر و با مقاومت بالاتر، قسمت جریان گردابی از دست دادن آهن را کاهش می‌دهد، که آسان‌ترین قسمت برای تأثیرگذاری است. ترکیب شیار و انحراف قطب دوم است: آنها تلفات سرگردان و هارمونیک را شکل می دهند و به همان اندازه مهم، صدایی که دستگاه در کم صداترین تنظیم سرعت خود ایجاد می کند.

موتوری که هشت نقطه بالاتر روی یک نیمکت اندازه گیری می کند، می تواند این مزیت را در لحظه ای که در محفظه ای با پروانه متفاوت و مجرای طولانی تر پیچ می شود، از دست بدهد.

نحوه حرکت بار و دما نقطه عملیاتی

بارهای فن و دمنده از دو قانون تقریبی پیروی می کنند: گشتاور با مجذور سرعت افزایش می یابد و قدرت شفت با مکعب. نصف کردن سرعت جریان هوا را به نصف کاهش می دهد و قدرت شفت را تقریباً به یک هشتم کاهش می دهد. این قوی‌ترین استدلال برای سرعت متغیر در هودهای برد و خنک‌کننده‌های هوا است، زیرا بیشتر انرژی در بالای محدوده سرعت صرف می‌شود در حالی که بیشتر زمان کار بسیار پایین‌تر از آن صرف می‌شود.

عکس آن نیز صادق است. در یک دستگاه، راندمان به تنهایی یک ویژگی موتور نیست. این ویژگی موتور به اضافه مسیر هوا است. یک فیلتر مسدود شده، یک مجرای پیچ خورده یا یک توری کمی کوچکتر فشار استاتیک را افزایش می دهد، گشتاور مورد نیاز پروانه را با همان سرعت افزایش می دهد و موتور را در سمت راست منحنی خود به پایین می لغزد. یک موتور با اوج سخاوتمندانه همچنان می تواند عمر خود را با بازده 60 درصد به پایان برساند زیرا مسیر هوا هرگز با آن مطابقت نداشت.

دما اعداد را نیز تغییر می دهد. مقاومت سیم پیچ مسی حدود 0.39٪ در هر درجه سانتیگراد افزایش می یابد، بنابراین سیم پیچی که از 25 تا 90 درجه گرم می شود تقریباً یک چهارم به کاهش مقاومت آن در همان جریان اضافه می کند. آهنرباهای دائمی با گرم شدن شار خود را از دست می دهند - NdFeB در حدود 0.11-0.12٪ در درجه سانتیگراد متخلخل می شوند - بنابراین گشتاور موجود در 100 درجه به طور قابل اندازه گیری کمتر از گشتاور کاتالوگ اندازه گیری شده در دمای اتاق است. انتخاب یک درجه آهنربای سنگین تر یا یک مسیر حرارتی بهتر به مسکن یک تصمیم هزینه است، نه فنی.

کولرهای هوا مشکل را به خوبی نشان می دهند. آن‌ها ساعت‌ها در شرایطی کار می‌کنند که با آب و هوا تغییر می‌کند، بنابراین موتور باید کارایی معقولی را در یک باند عریض به جای یک نقطه تملق نگه دارد. این مختصری است که ما موتورهای خنک کننده هوا را بر اساس آن طراحی می کنیم.

AC یا BLDC: تطبیق موتور با دستگاه

Brushless به طور خودکار انتخاب درستی نیست. یک موتور تک فاز با خازن بدون تجهیزات الکترونیکی، بدون سنجش موقعیت روتور، بدون سیستم عامل و قطعات بسیار کمی است. در یک دستگاه با سرعت ثابت با چرخه کار روزانه کوتاه، انرژی ذخیره شده توسط BLDC ممکن است هزینه اضافه شده در طول عمر محصول را جبران نکند. این محاسبات به محض تغییر بار، طولانی شدن چرخه کار، یا انتظار می رود که دستگاه در سرعت کم بی صدا باشد، این محاسبه تغییر می کند.

وقتی جایگزین AC همچنان برنده است

عملکرد با سرعت ثابت، اهداف هزینه های تهاجمی، منبع تغذیه کثیف یا ناپایدار، و چرخه کار کوتاه، همگی به نفع یک موتور ناهمزمان تک فاز هستند. اگر دستگاه فقط به یک جریان هوا نیاز دارد و بیست دقیقه در روز کار می کند، پاسخ مهندسی صادقانه معمولاً دستگاه ساده تر است.

هودهای محدوده در طرف دیگر آن خط قرار دارند. تقاضای مکش با چیزی که روی اجاق است افزایش و کاهش می یابد، و فاصله بین یک جوشاندن ملایم و یک تابه داغ ضریب چندگانه در جریان هوا است. یک موتور DC بعلاوه کنترل به هود اجازه می دهد تا به جای جابجایی بین سه ضربه، بار را دنبال کند و از آنجا بیشتر صرفه جویی در انرژی سرچشمه می گیرد - نه از موتور در انزوا. ما در مقاله ای با جزئیات بیشتری به مقایسه نگاه کردیم چگونه موتورهای DC هود برد راندمان انرژی را در مقایسه با موتورهای AC سنتی بهبود می بخشند .

قبل از تأیید موتور چه چیزی را باید تأیید کرد

راستی‌آزمایی ارزان‌تر از دوباره کاری است. یک تست نیمکت در نقطه طراحی نیم روز طول می کشد و به سوالاتی که دیتاشیت نمی تواند پاسخ دهد.

1. توان ورودی را در ولتاژ تغذیه معمولی دستگاه، با درایور تولید، در نقطه وظیفه طراحی به جای نقطه نامی موتور اندازه گیری کنید.
2. گشتاور و سرعت شفت را به طور همزمان اندازه گیری کنید. بازده عبارت است از گشتاور ضربدر سرعت زاویه ای تقسیم بر توان ورودی الکتریکی. تخمین گشتاور از جریان فقط به عنوان اولین عبور قابل قبول است.
3. حداقل 90 دقیقه قبل از ضبط داده ها کار کنید تا سیم پیچ ها و آهنرباها به حالت پایدار حرارتی برسند.
4. در انتهای پایین و بالای محدوده کنترل و در بدترین حالت دمای محیط تکرار کنید.
5. قرعه کشی فعلی را با نمونه تایید شده، با استفاده از نوار تحملی که مایل به اعمال آن هستید، مقایسه کنید. مثبت یا منفی 10 درصد جریان و 5 درصد سرعت، پخش نرمال تولید در موتورهای کوچک را پوشش می دهد.

ما هر دو خط موتور AC و DC را برای این کاربردها می‌سازیم - موتورهای هوای سرد، موتورهای گرمایش، موتورهای بخار روغن محصور شده با پلاستیک و محدوده DC - و نقشه‌ها یا نمونه‌هایی را برای مشتری توسعه می‌دهیم که در آن سری استاندارد مناسب نیست.

ظرفیت روزانه بالای 80000 واحد در اینجا به معنای دیگری اهمیت دارد: نمونه ای که شما تأیید می کنید باید در حجم قابل تکرار باشد و ثبات در یک محموله بیشتر از یک رقم اوج است که فقط نمونه اولیه می تواند به آن برسد.

راندمان موتور DC بدون جاروبک یک ویژگی سیستم است. موتور یک بودجه تلفات را تامین می کند، راننده بودجه دیگری را تامین می کند، و پروانه، مجرا و دمای محیط تصمیم می گیرند که دستگاه واقعاً در کجای منحنی زندگی کند. هیچ کدام از اینها را نمی توان با مقایسه اعداد اوج در دو نقل قول حل کرد. دستور کار ساده است: نقطه وظیفه واقعی را تعریف کنید، در آن نقطه با درایو تولید کارآیی را بخواهید، آن را گرم و در داخل محفظه واقعی آزمایش کنید، و فاصله بین راندمان اوج و کارکرد را به عنوان عددی که روی متر نشان داده می شود در نظر بگیرید.

اگر هیچ سری استانداردی با آن نقطه عملیاتی مطابقت نداشته باشد، موتور معمولاً می تواند برای آن توسعه داده شود - این همان چیزی است که اغلب موتورهای لوازم کوچک موجود در بازار در وهله اول به شکل فعلی خود رسیده اند.