Low Power Fan Drive System

Układ napędowy wentylatora małej mocy

Zbigniew GORYCA; Ewa ZENDER-SWIERCZ; Artur PAKOSZ; Grzegorz PECZKIS

Abstract

This paper presents the design of a drive system for a low-power fan. This system consists of a brushless DC motor (BLDC) and now-voltage inverter. The rotor of the motor is built of four offset layers, inside which permanent magnets are placed. This design minimizes the cogging torque of the machine and guarantees trouble-free operation (no possibility of magnets breaking off). A low-voltage inverter provides motor speed control over a wide range and limits the motors starting current. The paper explains the algorithm of sensorless control reducing the price of the drive (no position sensors and their wiring), compares the legacy motor with the new motor and shows a significant reduction in power consumption of the new drive.

Streszczenie

W pracy przedstawiono konstrukcję układu napędowego do wentylatora małej mocy. Układ ten składa się z bezszczotkowego silnika prądu stałego (BLDC) i niskonapięciowego falownika. Wirnik silnika zbudowany jest z czterech przesuniętych względem siebie warstw, wewnątrz których umieszczone są magnesy trwałe. Taka konstrukcja minimalizuje moment zaczepowy maszyny i gwarantuje bezawaryjną pracę (brak możliwości oderwania się magnesów). Niskonapięciowy falownik zapewnia regulację prędkości obrotowej silnika
w szerokim zakresie i ogranicza prąd rozruchowy silnika. W pracy wyjaśniono algorytm sterowania bezczujnikowego zmniejszającego cenę napędu (brak czujników położenia i ich okablowania), porównano silnik dotychczas stosowany z nowym silnikiem i pokazano istotne zmniejszenie poboru mocy przez nowy napęd.

Keywords

electric drive, BLDC motor, sensorless control

Słowa kluczowe

napęd elektryczny, silnik BLDC, sterowanie bezczujnikowe

Rys. / Fig.

Bibliografia / Bilbiography

1. Goryca Z.: Energy- saving fan, Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej, zeszyt nr 47 2015 r. s. 55-58.
2. Goryca Z., Kwolek W.: Silnik bezszczotkowy do wentylatora, zgłoszenie wzoru użytkowego nr W.128557 z dnia 11.09.2019, Wzór Użytkowy nr 71646.
3. Glinka T.: Maszyny elektryczne wzbudzane magnesami trwałymi, PWN 2018.
4. Rossa R., Król E.: Modern electric machines with permanent magnets, Przegląd Elektrotechniczny 12/2008, s. 12-17.
5. Krishnan Ramu (2017), Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motors, CRC Press, ISBN 9781420014235.
6. Visconti P., Primiceri P.: An overview on state-of-art and future application fields of BLDC motors: Design and characterization of a PC-interfaced driving and motion control system, https://www.researchgate.net/publication/319873677, 12.08.2023.
7. Deepak M., Ranjeev A., Rajesh V.: A Review of BLDC Motor: State of Art, Advanced Control Techniques, and Applications, https://www.researchgate.net/publication/360585129, 2.08.2023.
8. https://www.femm.info/wiki/Download
9. Goryca Z.: Bezszczotkowe silniki prądu stałego – konstrukcje i sterowanie, AUTOMATYKA, ELEKTRYKA, ZAKŁÓCENIA [ISSN 2082-4149] nr 13, 2013 r.
10. Nabil H.: Position Estimation and Control of BLDC motor based on Hall effect sensor and angular magnetic encoder IC, International Journal of Engineering and Applied Sciences (IJEAS) ISSN: 2394-3661, Volume-5, Issue-1, January 2018, p. 48 – 53.
11. Goryca Z., Ziółek M.: Metody bezczujnikowego sterowania silników BLDC, Przegląd Elektrotechniczny nr 2, 2013, s. 128-132.
12. Vazquez-Sanchez E., Sottile J., Gomez-Gil J. A.: Novel Method for Sensorless Speed Detection of Brushed DC Motors. Appl. Sci., 2016, 7, 14. [Google Scholar] [CrossRef ][Green Version].
13. Sun L.: Low speed sensorless control method of brushless DC motor based on pulse high frequency voltage injection, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S111001682100805X?via%3Dihub, 13.08.2023.
14. Guozhong Y., Jiayu F., Guiyong W.: BLDC Motors Sensorless Control Based on MLP Topology Neural Network, https://www.mdpi.com/1996-1073/16/10/4027, 13.08.2023.
15. Kolano K: Zastosowanie czujników fotooptycznych w torze pomiaru prędkości i położenia wirnika silnika BLDC, Przegląd Elektrotechniczny 2014 90 (4),169-172.