Alimentazione del motore brushless
Motori Brushless ad Alta Velocità: la velocità sull'etichetta è la parte facile
Coppia, margine termico e durata dei cuscinetti determinano se un motore veloce funziona ancora a 5.000 ore.
Lo schema si ripete nell’approvvigionamento di elettrodomestici. Due motori per cappe da cucina arrivano con quotazioni, uno indicato a 2.400 giri al minuto e l'altro a 1.100 giri al minuto, e l'unità più veloce sembra l'acquisto ovvio. Quindi il test del flusso d'aria viene eseguito con la girante, il filtro antigrasso e la resistenza del condotto collegati. Misurato a quel punto di lavoro, il motore ad alta velocità si stabilizza su una pressione statica inferiore, diventa più caldo e aggiunge un lamento che gli acquirenti notano nello showroom.
La velocità su una scheda tecnica è un punto di partenza, non un risultato. Un motore brushless ad alta velocità vale il suo prezzo solo quando mantiene la velocità di cui il tuo prodotto ha bisogno al carico, alla temperatura ambiente e durante il ciclo di lavoro reale e quando il sistema di cuscinetti, il bilanciamento del rotore e il controller vengono scelti per sopravvivere alla velocità pubblicizzata sull'etichetta.
Le velocità che contano: tre numeri invece di uno
Un motore brushless è commutato elettronicamente, il che significa che il rotore segue un campo creato dal controller. Non può funzionare più velocemente della tensione e della corrente fornite dal convertitore e non può mantenere la velocità senza una coppia sufficiente per spingere il carico. Ecco perché un singolo numero di giri non descrive quasi nulla.
| Figura della scheda tecnica | Ciò che descrive di solito | Cosa verificare |
|---|---|---|
| Velocità a vuoto | Velocità alla tensione nominale senza nulla collegato all'albero. | La velocità raggiunta dalla girante una volta aggiunto il carico di filtro, condotto e filtro antigrasso. |
| Velocità nominale alla coppia nominale | Un punto sulla curva velocità-coppia alla tensione nominale. | Se la linea di carico attraversa la curva al di sotto del limite termico continuo, non della linea di picco. |
| Intervallo di controllo della velocità | La velocità minima e massima che il software dell'azionamento può comandare. | Turn-down utilizzabile: l'impostazione più lenta che si avvia comunque in modo affidabile e non si surriscalda. |
| Frequenza ed efficienza | Frequenza fondamentale e perdite in un punto operativo. | Perdite, corrente e rumore su tutta la gamma di velocità, compreso il passo più lento. |
La velocità meccanica imposta anche la frequenza elettrica. Un motore quadripolare, che ha due coppie polari, che gira a 6.000 giri al minuto produce una fondamentale di 200 Hz. Le perdite nel ferro, le correnti parassite e le perdite di commutazione salgono rapidamente al di sopra di questo valore, quindi il controller deve commutare ben al di sopra della fondamentale per mantenere pulita la forma d'onda della corrente e il rotore che gira senza intoppi.
Attenzione
L'impostazione più lenta è spesso la più calda. I piccoli motori delle ventole si raffreddano con il flusso d'aria che creano, quindi la temperatura dell'avvolgimento a 300 giri al minuto può essere superiore a quella a 1.200 giri al minuto. Verificare l'aumento della temperatura alla velocità comandata più bassa, non solo alla velocità nominale.
Perché i design senza spazzole mantengono la velocità meglio dei motori con spazzole o a induzione
Un motore con spazzole perde velocità all'aumentare del carico perché l'interfaccia spazzola-commutatore aggiunge resistenza e scintille e le spazzole si usurano più velocemente ad alta velocità, che è esattamente il punto in cui un'applicazione ad alta velocità richiede affidabilità. Un motore a induzione con polo schermato o azionato da condensatore slitta contro la velocità sincrona e tale slittamento cambia con la tensione di alimentazione, quindi un abbassamento di tensione del 10% diventa un abbassamento del flusso d'aria che il cliente può sentire. Un motore brushless imposta la sua velocità nel controller, quindi lo stesso abbassamento si presenta come un piccolo abbassamento anziché come una girante bloccata.
- Nessuna spazzola e nessun commutatore, quindi nessuna polvere di carbonio all'interno di una cappa da cucina o di un raffreddatore ad aria, e nessun intervallo di sostituzione delle spazzole da spiegare in un documento di garanzia.
- Maggiore efficienza sul punto di lavoro: un motore di ventola brushless ben abbinato funziona tipicamente nella fascia compresa tra l'80 e il 90%, contro circa il 20-35% per un motore a poli schermati e il 40-60% per un motore a induzione con condensatore.
- Controllo elettronico della velocità, quindi diversi livelli di velocità provengono da un motore senza avvolgimenti, ingranaggi o ammortizzatore meccanico.
- Durata prevedibile, perché i punti di guasto si spostano dall'interfaccia della spazzola ai cuscinetti, che possono essere selezionati e lubrificati per la durata di servizio prevista.
Un piccolo motore brushless raramente muore solo per la velocità. Muore a causa del calore, del carico dei cuscinetti e del bilanciamento del rotore, le tre cose che un design veloce e compatto rendono più difficili da gestire.
Aiuta anche a ordinare i candidati in base al principio di funzionamento prima del prezzo. Le principali categorie di piccoli motori elettrici si comportano in modo molto diverso una volta che entrano in gioco l'intervallo di tensione, il ciclo di lavoro e la frequenza di avvio-arresto.
Dimensionamento di un motore brushless ad alta velocità per carichi reali
La sequenza seguente impedisce la maggior parte delle risposte sul campo e rispondere al fornitore costa molto poco.
- Fissare prima il punto di lavoro. Annotare la velocità richiesta con il pieno carico collegato, la coppia o la pressione statica a quella velocità e l'intervallo di tensione di alimentazione che si accetterà, incluso il caso peggiore meno 10%.
- Convertire la velocità in frequenza elettrica. Moltiplicare il numero di giri/min per il numero di coppie polari e dividere per 60, quindi verificare che il controller proposto, la frequenza di commutazione e lo schema del sensore possano fornire tale fondamentale in modo efficiente.
- Verificare il margine termico, non solo l'aumento della temperatura. Classi di isolamento come B a 130 gradi Celsius o F a 155 gradi sono limiti, non obiettivi di lavoro, e il grasso per cuscinetti ha il proprio limite.
- Abbina l'interfaccia meccanica. Il diametro dell'albero, la eccentricità, il gioco assiale, la rigidità di montaggio e il grado di bilanciamento del rotore spesso determinano il rumore e la durata dei cuscinetti più di quanto non faccia il design dell'avvolgimento.
- Convalidare insieme controllo ed EMC. Una frequenza di commutazione più elevata migliora la qualità della corrente ma peggiora le emissioni e gli elettrodomestici normalmente devono soddisfare i limiti CISPR 14-1 come prodotto completo.
Nota
Indicare gli standard nelle specifiche di acquisto: IEC 60034-1 per classificazione e prestazioni, classi di efficienza IEC 60034-30-1 per motori alimentati dalla rete da 0,12 kW e superiori, UL 1004 per motori venduti in Nord America e IEC 60335-1 per l'apparecchio stesso. Un elenco di certificati come UL, CE, CQC, RoHS o ISO 9001 è una dichiarazione da confrontare con i rapporti di prova, non un sostituto della propria convalida al banco.
Quando un progetto passa da un motore a induzione all'elettronica, il confronto delle dimensioni del telaio, della velocità nominale e del tipo di controllo su una linea di motori CC esistente è solitamente più rapido rispetto alla progettazione da una pagina vuota.
Cappe da cucina: dove i motori brushless ad alta velocità danno i primi frutti
Lo scarico della cucina è il caso più evidente, perché un motore deve funzionare silenziosamente a bassa velocità per cuocere a fuoco lento e spingere forte ad alta velocità per friggere. Un motore per cappa senza spazzole fornisce diversi gradini di velocità da una singola unità e mantiene l'efficienza utilizzabile nella fascia bassa, dove un motore a induzione tappato tende ad essere meno efficiente. Funziona anche più fresco e più piccolo, il che aiuta a snellire le cappe e riduce il rumore di fondo giudicato dai clienti in uno showroom.
Aspettatevi che la girante giri a circa 1.000-2.500 giri al minuto nelle cappe domestiche, con l'albero del motore che gira più velocemente sui modelli a trasmissione diretta. Richiedi la curva pressione-volume a ogni livello di velocità anziché un singolo valore del flusso d'aria massimo, perché la resistenza del condotto decide ciò che il cliente sperimenta effettivamente in una cucina reale.
Raffreddatori d'aria e raffreddatori evaporativi: lunghe ore, aria umida, velocità costante
Un refrigeratore d'aria funziona per ore alla volta, spesso in aria umida accanto a un cuscinetto bagnato. Le spazzole non si adattano bene a quell'ambiente, poiché la polvere di carbonio e l'umidità si combinano male e l'usura delle spazzole appare come una lenta perdita di velocità che gli utenti leggono come una macchina debole. Un motore di raffreddamento dell'aria senza spazzole rimuove completamente l'interfaccia della spazzola, consente un controllo della velocità graduale o continuo e mantiene il flusso d'aria costante mentre la tensione di linea cambia durante il giorno.
Per questo compito, chiedere informazioni sul trattamento di isolamento per condizioni di umidità, protezione dagli schizzi sul corpo del motore e potenza nominale continua anziché intermittente. Un motore progettato per brevi raffiche sembra interessante in termini di prezzo e deludente sul campo.
Cosa convalidare prima di impegnarsi in un ordine di volume
Rischio
Non accettare mai una velocità massima senza una valutazione massima. Una velocità eccessiva rischia di far scoppiare il rotore e danneggiare i cuscinetti, e nei progetti a magnete permanente rischia la smagnetizzazione una volta che la temperatura del magnete supera il limite di qualità, in genere intorno a 80 gradi Celsius per i gradi N standard e fino a circa 150 gradi Celsius per i gradi SH. Richiedere per iscritto il risultato del test di velocità eccessiva e il grado del magnete.
- Funzionamento duraturo nelle condizioni ambientali peggiori, sia alla velocità comandata più alta che a quella più bassa, per una durata che riflette la garanzia del prodotto.
- Ciclo di avvio-arresto alla tensione di alimentazione più bassa che l'apparecchio potrà mai vedere.
- Rumore misurato in dB(A) ad un metro ad ogni step di velocità, non solo alla massima.
- Temperature degli avvolgimenti e dei cuscinetti alla velocità più lenta, dove l'autoraffreddamento è più debole.
- Comportamento della protezione: fusibile termico, protezione dell'impedenza o interruzione del controller e cosa fa l'apparecchio quando interviene la protezione.
Buon segno
Un fornitore capace risponde a queste domande con dati e tempi di consegna campione. Shengzhou Miduo Electric Appliance Co., Ltd., ad esempio, sviluppa motori da disegni o campioni dei clienti, gestisce un proprio laboratorio di prova e dichiara una capacità giornaliera superiore a 80.000 pezzi, con certificazione autodichiarata CCC/CQC e un elenco di certificati pubblicato. Tratta queste affermazioni come domande da verificare durante l'approvazione del campione piuttosto che come conclusioni.
I motori brushless ad alta velocità non sono automaticamente migliori delle alternative. Sono migliori quando la velocità è adattata al carico, il margine termico viene controllato sia con l'impostazione più lenta che con quella più veloce e il sistema di cuscinetti viene scelto per la durata dell'apparecchio. Gli acquirenti che specificano il punto di funzionamento, richiedono una curva invece di una figura di picco e testano i campioni nelle condizioni ambientali peggiori di solito si ritrovano con un motore che rimane silenzioso, mantiene il flusso d'aria per anni e costa meno da possedere rispetto all'unità più economica che ha sostituito.
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