Qual è la differenza tra un motore BLDC e un motore in corrente continua con spazzole?

Un motore con spazzole commuta la corrente tra gli avvolgimenti di rotore in modo meccanico, con spazzole e collettore. Nel BLDC i magneti sono sul rotore e gli avvolgimenti sullo statore, e un controllore elettronico commuta le fasi con sensori di Hall o rilevando la forza controelettromotrice. Si eliminano usura e scintille e il rendimento migliora, ma il motore richiede sempre un driver.

Come controlla la velocità di un motore BLDC la PWM?

Il controllore commuta rapidamente il bus in continua, così la tensione media sugli avvolgimenti è circa il duty cycle per la tensione di bus. Con duty cycle del 50 % su un bus a 48 V il motore vede circa 24 V e la velocità a vuoto si dimezza all'incirca. Nel simulatore cambia il duty cycle PWM e osserva la risposta di corrente di fase e velocità del rotore.

Un motore BLDC è la stessa cosa di un PMSM?

Entrambi sono macchine sincrone a magneti permanenti. Un BLDC è in genere avvolto per una forza controelettromotrice trapezoidale e pilotato con commutazione a sei passi, semplice ma con una certa ondulazione di coppia. Un PMSM ha una forza controelettromotrice sinusoidale ed è pilotato con correnti sinusoidali, spesso con controllo a orientamento di campo, per una coppia più uniforme.

Simulatore Motore DC Brushless (BLDC)

Che cos'è un motore brushless in continua (BLDC)?

Principio di funzionamento

Il motore brushless rovescia la classica macchina in continua: i magneti permanenti stanno sul rotore e gli avvolgimenti nello statore, dove sono facili da raffreddare. Non ci sono collettore né spazzole. Al loro posto un inverter di potenza alimenta in sequenza le fasi statoriche, conoscendo la posizione del rotore tramite sensori Hall o rilevamento sensorless della f.c.e.m. È proprio questa commutazione elettronica il senso della sigla DC: l'alimentazione è continua, la corrente d'avvolgimento no.

Commutazione e controllo

Nel diffuso schema a sei passi l'azionamento alimenta due delle tre fasi per volta e passa alla coppia successiva ogni 60 gradi elettrici, tenendo il campo statorico circa 90 gradi in anticipo sui magneti, dove la coppia per ampere è massima. Il PWM sul bus in continua fissa la tensione efficace e quindi la velocità. Il controllo ad orientamento di campo affina la stessa idea con correnti sinusoidali, ottenendo coppia più regolare e minore rumore acustico.

Rendimento e comportamento termico

Poiché il rotore porta magneti anziché avvolgimenti, non ci sono perdite nel rame rotorico e quasi tutto il calore nasce nello statore, a ridosso della carcassa. Rendimenti dell'85-95 % sono la norma e il rapporto coppia/peso è eccellente. Togliere le spazzole elimina anche il loro attrito, le scintille e l'usura, così un BLDC può girare molto più veloce e funzionare decine di migliaia di ore senza manutenzione.

Dove si usa

I motori brushless dominano ovunque contino rendimento e ingombro: droni e modellismo, veicoli elettrici e e-bike, ventole di computer e server, utensili a batteria, gruppi motore degli elettrodomestici, mandrini di dischi e pompe. Il costo dell'azionamento elettronico è lo svantaggio principale, ma con il calo dei prezzi dei controllori il BLDC ha progressivamente sostituito le macchine a spazzole nei prodotti di consumo e industriali.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra un motore BLDC e un motore in corrente continua con spazzole?: Un motore con spazzole commuta la corrente tra gli avvolgimenti di rotore in modo meccanico, con spazzole e collettore. Nel BLDC i magneti sono sul rotore e gli avvolgimenti sullo statore, e un controllore elettronico commuta le fasi con sensori di Hall o rilevando la forza controelettromotrice. Si eliminano usura e scintille e il rendimento migliora, ma il motore richiede sempre un driver.
Come controlla la velocità di un motore BLDC la PWM?: Il controllore commuta rapidamente il bus in continua, così la tensione media sugli avvolgimenti è circa il duty cycle per la tensione di bus. Con duty cycle del 50 % su un bus a 48 V il motore vede circa 24 V e la velocità a vuoto si dimezza all'incirca. Nel simulatore cambia il duty cycle PWM e osserva la risposta di corrente di fase e velocità del rotore.
Un motore BLDC è la stessa cosa di un PMSM?: Entrambi sono macchine sincrone a magneti permanenti. Un BLDC è in genere avvolto per una forza controelettromotrice trapezoidale e pilotato con commutazione a sei passi, semplice ma con una certa ondulazione di coppia. Un PMSM ha una forza controelettromotrice sinusoidale ed è pilotato con correnti sinusoidali, spesso con controllo a orientamento di campo, per una coppia più uniforme.

Motore CC senza spazzole

Curve di velocità e corrente