Motor DC tanpa sikat: prinsip operasi, perangkat, jenis

Definisi

Motor DC disebut motor tanpa sikat, arus dalam belitan yang beralih ke yang khusus perangkat switching - ini disebut "driver" atau "inverter" dan belitan ini selalu berada di stator. Sakelar terdiri dari 6 transistor, dan mereka memasok arus ke satu atau beberapa belitan lainnya, tergantung pada posisi rotor.

Dalam literatur domestik, motor semacam itu disebut "katup" (karena sakelar semikonduktor disebut "katup"), dan ada pembagian mesin listrik semacam itu menjadi dua jenis sesuai dengan bentuk counter-EMF. Dalam literatur asing, perbedaan seperti itu tetap ada, salah satunya disebut mirip dengan "BLDC" Rusia (penggerak arus searah tanpa sikat atau motor), yang secara harfiah terdengar seperti "motor DC brushless" di belitannya, trapesium EMF. Motor listrik katup dengan EMF sinusoidal disebut PMSM (mesin sinkron magnet permanen), yang diterjemahkan sebagai "motor listrik sinkron dengan eksitasi magnet permanen."

Perangkat dan prinsip operasi

Kolektor di KDPT berfungsi sebagai simpul untuk mengalihkan arus pada belitan jangkar. Dalam motor DC tanpa sikat (BDCT), peran ini dilakukan bukan oleh sikat dengan lamela, tetapi oleh komutator dengan sakelar semikonduktor - transistor. Transistor mengganti belitan stator, menciptakan medan magnet berputar yang berinteraksi dengan medan magnet rotor. Dan ketika arus mengalir melalui konduktor yang berada dalam medan magnet, ia bekerja pada kekuatan ampere, karena aksi gaya ini, torsi dihasilkan pada poros mesin listrik. Inilah yang didasarkan pada Prinsip operasi setiap motor listrik.

Sekarang mari kita cari tahu bagaimana itu bekerja motor tanpa sikat. Biasanya terdapat 3 lilitan pada stator BDPT, dengan analogi dengan motor AC sering disebut tiga fasa. Ini sebagian benar: motor brushless beroperasi dari sumber arus searah (seringkali dari baterai), tetapi pengontrol menyalakan arus dalam belitan satu per satu. Namun, tidak sepenuhnya benar untuk mengatakan bahwa arus bolak-balik mengalir melalui belitan. Bentuk akhir dari belitan tegangan suplai dibentuk oleh pulsa kontrol transistor persegi panjang.

Motor brushless tiga fase dapat: tiga kawat atau empat kawat, di mana kabel keempat adalah ketukan dari titik tengah (jika belitan terhubung sepanjang pola bintang).

Berliku atau, berbicara dengan kata sederhana, gulungan kawat tembaga masuk ke gigi inti stator. Tergantung pada desain dan tujuan drive, mungkin ada jumlah gigi yang berbeda pada stator. Ada berbagai varian distribusi belitan fasa di sepanjang gigi rotor, yang diilustrasikan pada gambar berikut.

Gulungan masing-masing gigi dalam satu fase dapat dihubungkan secara seri atau paralel, tergantung pada yang disediakan perancang tugas untuk daya dan torsi penggerak yang diproyeksikan, dan belitan fase itu sendiri saling berhubungan sesuai dengan bintang atau segitiga seperti asinkron atau sinkronis motor AC tiga fasa.

Sensor posisi rotor dapat dipasang di stator. Sensor hall sering digunakan, mereka memberikan sinyal ke pengontrol ketika mereka dipengaruhi oleh medan magnet dari magnet rotor. Ini diperlukan agar pengontrol "mengetahui" di mana posisi rotor dan untuk memasok daya ke belitan yang sesuai. Hal ini diperlukan untuk meningkatkan efisiensi dan stabilitas kerja, dan jika secara singkat, - untuk memeras semua tenaga yang mungkin keluar dari mesin. Biasanya ada 3 sensor yang dipasang. Tetapi kehadiran sensor memperumit desain motor listrik tanpa sikat, kabel tambahan untuk saluran daya dan data perlu dihubungkan ke sana.

Di BDPT, magnet permanen yang dipasang pada rotor digunakan untuk eksitasi, dan stator adalah angker. Ingatlah bahwa pada mesin pengumpul, yang terjadi adalah kebalikannya (rotor adalah angker), dan untuk eksitasi dalam CD, baik magnet permanen maupun elektromagnet (belitan) digunakan.

Magnet dipasang dengan kutub bolak-balik, dan karenanya jumlahnya menentukan jumlah pasangan kutub. Tetapi ini tidak berarti bahwa sebanyak magnet, ada banyak pasang kutub. Beberapa magnet dapat membentuk satu kutub. Jumlah kutub, seperti dalam kasus motor asinkron (dan lainnya), tergantung pada jumlah putaran per menit. Artinya, motor brushless dengan jumlah pasangan kutub yang berbeda akan berputar pada kecepatan yang berbeda dari pengontrol yang sama pada pengaturan yang sama.

Jenis BDPT

Sekarang mari kita cari tahu apa motor tanpa sikat magnet permanen. Mereka diklasifikasikan berdasarkan bentuk back-EMF, desain, dan juga keberadaan sensor posisi rotor. Jadi, dua yang utama Tipe ditandai dengan bentuk back-EMF, yang diinduksi pada belitan ketika rotor berputar:

• BLDC - kontra-EMF trapesium di dalamnya;
• PMSM - EMF balik sinusoidal.

Idealnya, mereka membutuhkan catu daya (pengontrol) yang berbeda, tetapi dalam praktiknya mereka dapat dipertukarkan. Tetapi jika Anda menggunakan pengontrol dengan tegangan output persegi atau trapesium dengan motor PMSM, Anda akan mendengar suara karakteristik yang mirip dengan ketukan selama rotasi.

Dan menurut desain, motor DC brushless adalah:

• Dengan rotor dalam. Ini adalah representasi yang lebih akrab dari motor listrik, ketika stator adalah rumahan, dan poros yang terletak di dalamnya berputar. Mereka sering disebut kata bahasa Inggris "Inrunner". Opsi ini biasanya digunakan untuk motor listrik berkecepatan tinggi.
• Dengan rotor eksternal. Di sini bagian luar mesin berputar dengan poros tetap di atasnya, dalam sumber berbahasa Inggris disebut "outrunner". Skema perangkat ini digunakan ketika torsi tinggi diperlukan.

Memilih konstruksi manapun untuk apa dibutuhkan? motor brushless dalam aplikasi tertentu.

Industri modern memproduksi motor tanpa sikat dengan atau tanpa sensor posisi rotor. Faktanya adalah ada banyak cara untuk mengontrol BDPT, untuk beberapa di antaranya diperlukan sensor posisi, yang lain menentukan posisi oleh EMF di belitan, yang ketiga hanya memasok daya ke fase yang diperlukan dan motor listrik secara independen menyinkronkan dengan catu daya seperti itu dan memasuki kerja mode.

utama spesifikasi motor DC tanpa sikat:

1. Mode operasi - jangka panjang atau jangka pendek.
2. Tegangan operasi maksimum.
3. Arus operasi maksimum.
4. Daya maksimum.
5. Putaran maksimum, sering kali menunjukkan bukan putaran, tetapi KV - putaran / v, yaitu jumlah putaran per 1 volt tegangan yang diberikan (tidak ada beban pada poros). Untuk mendapatkan kecepatan maksimum, kalikan angka ini dengan tegangan maksimum.
6. Hambatan belitan (semakin kecil, semakin tinggi efisiensi), biasanya seperseratus dan seperseribu Ohm.
7. Sudut muka fase (timing) adalah waktu setelah arus dalam belitan mencapai maksimum, ini karena induktansi dan hukum komutasi (arus dalam induktansi tidak dapat berubah secara instan.

Bagaimana menghubungkan motor tanpa sikat

Seperti disebutkan di atas, diperlukan pengontrol khusus untuk mengoperasikan motor tanpa sikat. Di aliexpress, Anda dapat menemukan kedua set mesin dan pengontrol, dan secara terpisah. Pengontrolnya disebut juga ESC Motor atau Electric Speed ​​Controller. Mereka dipilih sesuai dengan kekuatan arus yang dipasok ke beban.

Biasanya, menghubungkan motor listrik ke pengontrol sangat mudah dan bahkan dapat dimengerti untuk boneka. Hal utama yang perlu Anda ketahui adalah bahwa untuk mengubah arah putaran, Anda perlu mengubah koneksi dua fase apa pun, pada kenyataannya, seperti pada motor listrik asinkron atau sinkron tiga fase.

Jaringan ini juga memiliki sejumlah solusi dan skema teknis, baik yang kompleks maupun untuk tekoyang dapat Anda lihat di bawah ini.

Di video kali ini penulis menceritakan bagaimana cara berteman antara motor BC dengan "Arduina".

Dan dalam video ini Anda akan belajar tentang berbagai cara menghubungkan ke regulator yang berbeda dan bagaimana Anda dapat melakukannya sendiri. Penulis mendemonstrasikan ini dengan contoh motor dari HDD, dan beberapa salinan yang kuat - inrunner dan outrunner.

Omong-omong, kami juga melampirkan diagram dari video untuk pengulangan:

Dimana motor brushless digunakan

Ruang lingkup penerapan motor listrik semacam itu jauh lebih cepat dari jadwal. Mereka digunakan baik untuk menggerakkan mekanisme kecil: di drive CD, drive DVD, hard disk, dan di perangkat yang kuat: baterai dan alat listrik utama (dengan catu daya pesanan 12V), model yang dikendalikan radio (misalnya, quadcopters), mesin CNC untuk menggerakkan benda kerja (biasanya motor dengan tegangan pengenal 24V atau 48V).

BDPT banyak digunakan pada kendaraan listrik, hampir semua roda motor modern skuter listrik, sepeda, sepeda motor, dan mobil adalah motor tanpa sikat. Omong-omong, tegangan nominal motor listrik untuk transportasi terletak pada kisaran yang luas, misalnya, roda motor untuk sepeda sering beroperasi dari 36V atau dari 48V, dengan pengecualian langka, dan banyak lagi, dan di mobil, misalnya, di Toyota Prius, sekitar 120V, dan di Nissan Leaf, mencapai 400, sementara diisi daya dari listrik 220V (ini diimplementasikan dengan konverter bawaan).

Sebenarnya area aplikasi motor listrik brushless sangat luas, tidak adanya unit manifold memungkinkan untuk digunakan di tempat-tempat berbahaya, serta di tempat-tempat dengan kelembaban tinggi, tanpa takut korsleting, percikan api, atau kebakaran karena cacat pada sikat simpul. Karena efisiensi tinggi dan bobot serta dimensi yang baik, mereka telah menemukan aplikasi di industri luar angkasa.

Keuntungan dan kerugian

Motor DC brushless, seperti jenis mesin listrik lainnya, memiliki keuntungan dan kerugian.

Keuntungan BDPT adalah sebagai berikut:

• Karena eksitasi oleh magnet permanen yang kuat (neodymium, misalnya), mereka melampaui torsi dan daya dan memiliki dimensi yang lebih kecil daripada motor induksi. Apa yang digunakan sebagian besar produsen kendaraan listrik, dari skuter hingga mobil.
• Tidak ada sikat berkilau / rakitan kolektor yang membutuhkan perawatan rutin.
• Saat menggunakan pengontrol berkualitas tinggi, berbeda dengan CD yang sama, mereka tidak memberikan gangguan ke jaringan suplai, yang sangat penting dalam perangkat dan kendaraan yang dikendalikan radio dengan peralatan elektronik canggih di dalam pesawat jaringan.
• Efisiensi lebih dari 80, lebih sering 90%.
• Kecepatan putaran tinggi, dalam beberapa kasus hingga 100.000 rpm.

Tetapi ada juga kerugian yang signifikan: motor tanpa sikat tanpa pengontrol hanyalah sepotong besi dengan belitan tembaga. Dia tidak akan bisa bekerja dengan cara apa pun. Pengontrol tidak murah dan paling sering harus dipesan dari toko online atau dari aliexpress. Karena itu, tidak selalu mungkin untuk menggunakan motor BC dalam model dan perangkat buatan sendiri.

Sekarang Anda tahu apa itu motor DC brushless, cara kerjanya dan di mana itu diterapkan. Kami harap artikel kami membantu Anda menyelesaikan semua masalah!

Bahan terkait:

• Apa itu rotor dan stator?
• Cara merakit motor listrik paling sederhana di rumah
• Perbedaan antara arus searah dan arus bolak-balik

Suka(0)saya tidak suka(0)