1960 के दशक में अपने सफल विकास के बाद से, ब्रशलेस डायरेक्ट करंट (बीएलडीसी) मोटर्स को पहले के ब्रश किए गए डायरेक्ट करंट (डीसी) मोटर्स की तुलना में अधिक कुशल और अधिक जीवन काल साबित किया गया है.उच्च शक्ति वाले औद्योगिक अनुप्रयोगों में सिंक्रोनस अल्टरनेटिंग करंट (एसी) मोटर्स की ओर बदलाव के साथ, कई अन्य अनुप्रयोगों ने भी बीएलडीसी मोटर्स का उपयोग करना शुरू कर दिया है।
आजकल, बीएलडीसी मोटर्स उपभोक्ताओं के दैनिक जीवन के हर पहलू में प्रवेश कर चुके हैं। उन्हें बैटरी चालित उपकरणों जैसे ड्रिल और ब्लोअर में पाया जा सकता है,घरेलू उपकरण जैसे वॉशिंग मशीन और प्रिंटरऔद्योगिक वातावरण में, बीएलडीसी मोटर्स का उपयोग गति नियंत्रण और सामग्री हैंडलिंग अनुप्रयोगों के लिए किया गया है।बीएलडीसी मोटर भी मानव रहित ग्राउंड वाहनों (यूजीवी) के लिए शक्ति प्रदान करते हैं, ड्रोन और इसी तरह के मानव रहित हवाई वाहन (यूएवी), साथ ही सर्जिकल रोबोट और सहायक एक्सोस्केलेटन।
ब्रश किए गए डीसी मोटर्स मोटर घुमावों को विद्युत ऊर्जा देने के लिए धातु या कार्बन कम्यूटेटर ब्रश पर निर्भर करते हैं, जबकि बीएलडीसी मोटर्स गैर-संपर्क हैं। घर्षण और पहनने की अनुपस्थिति के कारण,यह अधिक कुशल है, कम रखरखाव की आवश्यकता होती है, और मोटर के लिए एक लंबा जीवनकाल है। बीएलडीसी का प्रदर्शन भी बेहतर है, तेज गति, अधिक टोक़, और उच्च शक्ति वजन अनुपात के साथ।उन्नत नियंत्रण प्रणालियों की सहायता से, बीएलडीसी मोटर्स लगभग तुरंत गति या टॉर्क बदल सकते हैं और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए सटीक स्थिति प्रदान कर सकते हैं।
उन्नत बीएलडीसी मोटर ड्राइवरों द्वारा प्रदर्शित उत्कृष्ट प्रदर्शन इन मोटर्स और उनकी नियंत्रण प्रणालियों को आधुनिक रोबोट और ड्रोन अनुप्रयोगों को डिजाइन करने वाले इंजीनियरों के लिए अत्यधिक आकर्षक बनाता है,जो आमतौर पर लघुकरण जैसी सुविधाओं की आवश्यकता होती है, उच्च गति, उच्च परिशुद्धता, उच्च सुरक्षा और कम रखरखाव आवश्यकताएं।
बीएलडीसी मोटर का मूल सिद्धांत
बीएलडीसी मोटर में तीन भागों का इतना सरल संरचना है कि यह अविश्वसनीय है। स्थिर स्टेटर तांबे के घुमाव के दो से आठ सेट से लैस है,स्थायी चुंबकों से लैस रोटर से घिरे या समानांतर परिधि पर वितरित (चित्र 1)मोटर नियंत्रक स्थिति डेटा प्राप्त करने और घुमाव के लिए बिजली की आपूर्ति करने के लिए स्टेटर से जुड़ा हुआ है।
तीन-चरण BLDC मोटर के लिए नियंत्रक
चित्र 1: तीन चरणों के बीएलडीसी मोटर नियंत्रक स्टेटर घुमावों (यू, वी, डब्ल्यू चरणों) की ऊर्जावान स्थिति और वर्तमान ध्रुवीयता को स्विच करके स्टेटर चुंबकीय क्षेत्र की दिशा बदलता है।रोटर (नीले रंग का हिस्सा) में निर्मित स्थायी चुंबक के साथ तदनुसार घूमता है, इस प्रकार स्टेटर चुंबकीय क्षेत्र के समान दिशा बनाए रखते हैं। (छवि स्रोतः Qorvo)
स्टेटर में घुमावों के एक सेट पर बिजली लगाने से एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न होगा, और रोटर का स्थायी चुंबक इस चुंबकीय क्षेत्र का जवाब देगा।विपरीत चुंबकीय ध्रुवों के बीच आकर्षण के कारण रोटर घूमता है. रोटर को स्टेटर के चुंबकीय क्षेत्र के साथ संरेखित करने से पहले, नियंत्रक ऊर्जावान घुमाव को स्विच करेगा, चुंबकीय क्षेत्र की दिशा बदल देगा, और रोटर को लगातार घूमता रहेगा।
दरअसल, नियंत्रक द्वारा स्टेटर को भेजी जाने वाली वर्तमान धड़कन प्रवाह से विच्छेदन में बदल जाएगी,और एक निश्चित तरंग रूप का उपयोग कर वर्तमान का प्रतिनिधित्व करने के लिए एक निश्चित आवृत्ति पर ध्रुवीयता स्विचचित्र 1 में दिखाया गया स्विचिंग स्कीम ट्रैपेज़ॉइडल तरंगों द्वारा दर्शाया गया है। अन्य प्रकार के मोटर्स, जिनमें स्थायी चुंबक सिंक्रोनस मोटर्स (पीएमएसएम) शामिल हैं, में साइन तरंगें हैं।इस प्रकार की मोटर संरचनात्मक रूप से एक BLDC मोटर के समान है, लेकिन विभिन्न धाराओं के माध्यम से घूमने के लिए चुंबकीय क्षेत्र को चलाता है, और रोटर चुंबकीय क्षेत्र के साथ सिंक्रनाइज़ और लॉक रहता है।इन तरंगों के आयाम और चरण को समायोजित करने से मोटर की गति और उपलब्ध टोक़ बदल सकते हैं.
नियंत्रक स्थिति सेंसर जैसे हॉल प्रभाव सेंसर या फोटोइलेक्ट्रिक एन्कोडर से निरंतर प्रतिक्रिया जानकारी भी प्राप्त कर सकता है। the measured value of reverse electromotive force (BEMF) - the current generated by the magnetic field generated by the energized winding in the unenergized winding - can be used to determine the position of the rotor.
मोटर ड्राइवरों का विकास
यह देखते हुए कि बीएलडीसी मोटर्स की निगरानी, बिजली की आपूर्ति और नियंत्रण के लिए जटिल संरचनाओं की आवश्यकता होती है, it is not surprising that old-fashioned BLDC motor controllers using solid-state electronic devices in industrial environments require independent cabinet space and bulky power and data cables to connect the motorsतेजी से परिष्कृत एकीकृत सर्किट (आईसी) मोटर नियंत्रकों के निरंतर लघुकरण को चला रहे हैं, जब तक कि उन्हें प्रिंटेड सर्किट बोर्ड (पीसीबी) में एकीकृत नहीं किया जा सकता।लघुकरण के बावजूद, आज के मोटर नियंत्रकों की कार्यक्षमता का विस्तार जारी है।
उदाहरण के लिए, Qorvo के ACT72350 तीन-चरण BLDC मोटर ड्राइवर (चित्र 2) यह ड्राइवर एक विन्यास योग्य एनालॉग फ्रंट-एंड (AFE), विभिन्न शक्ति विन्यास के लिए अनुकूलित एक शक्ति प्रबंधन मॉड्यूल को एकीकृत करता है,और एक समर्पित मोटर ड्राइवर (एएसपीडी) एक 9 मिमी x 9 मिमी वर्ग फ्लैट लीड रहित सतह माउंट डिवाइस (क्यूएफएन) में।
Qorvo ACT72350 एकीकृत तीन चरण BLDC मोटर ड्राइवर
चित्र 2: ACT72350 एकीकृत तीन चरण BLDC मोटर ड्राइवर एक कॉम्पैक्ट सतह माउंट पैकेज में AFE सर्किट और कॉन्फ़िगर करने योग्य पावर प्रबंधन कार्यक्षमता को एकीकृत करता है। (छवि स्रोतः Qorvo)
ACT72350 के विन्यस्त AFE तीन अंतर प्रोग्राम योग्य लाभ एम्पलीफायर, चार एकल अंत प्रोग्राम योग्य लाभ एम्पलीफायर, दो 10 बिट एनालॉग-टू-डिजिटल कन्वर्टर्स से लैस है,और दस तुलनाकार, जिससे यह सेंसर और नियंत्रण सर्किट को जोड़ने वाला पुल बन जाता है।यह एएफई एक सीरियल परिधीय इंटरफ़ेस (एसपीआई) के माध्यम से एक बाहरी माइक्रोकंट्रोलर (एमसीयू) से पल्स चौड़ाई मॉड्यूलेशन (पीडब्ल्यूएम) नियंत्रण संकेत भी प्राप्त कर सकता है.
कॉन्फ़िगर करने योग्य पावर मैनेजमेंट मॉड्यूल ACT72350 को 25V से 160V तक के DC इनपुट वोल्टेज स्वीकार करने में सक्षम बनाता है,जिसमें 20 सेकंड तक की बैटरी क्षमता (पूरी तरह से चार्ज होने पर 72 वी या 84 वी का नाममात्र वोल्टेज) शामिल हैइस मॉड्यूल की उच्च वोल्टेज स्विचिंग बिजली आपूर्ति स्थिर 12V या 15V आउटपुट वोल्टेज प्रदान कर सकती है, और ACT72350 मॉड्यूल और MCU के लिए स्थिर 5V, 200mA बिजली आपूर्ति भी प्रदान कर सकती है।
ACT72350 का ASPD मोटर को चलाने के लिए हाफ ब्रिज, एच-ब्रिज या थ्री-फेज आर्किटेक्चर का उपयोग कर सकता है (चित्र 3) ।160 वी के वोल्टेज वाले तीन उच्च वोल्टेज वाले साइड गेट ड्राइवर और 20 वी के वोल्टेज वाले तीन निम्न वोल्टेज वाले साइड गेट ड्राइवर, प्रत्येक ड्राइवर के पास 2 ए (ट्रैकिंग करंट) / 2 ए (ओवरिंग करंट) की गेट ड्राइविंग क्षमता है, जो मोटर की गति में सुधार के लिए तेजी से स्विचिंग प्रदर्शन प्राप्त कर सकती है।