Prinsip -prinsip motor Brushless DC (BLDC) dan cara yang benar untuk menggunakannya

Motor paling dasar adalah motor 'DC (motor kuas) '. Dengan menempatkan kumparan di medan magnet dan melewati arus yang mengalir melaluinya, koil akan ditolak oleh kutub magnetik di satu sisi dan tertarik oleh sisi lain pada saat yang sama, dan akan terus berputar di bawah aksi ini. Selama rotasi, arus yang mengalir melalui koil terbalik, menyebabkannya berputar terus menerus. Ada bagian dari motor yang disebut 'komutator ' yang ditenagai oleh 'sikat ', yang diposisikan di atas 'gigi kemudi ' dan bergerak terus menerus saat berputar. Dengan mengubah posisi kuas, arah arus dapat diubah. Komutator dan kuas adalah struktur yang sangat diperlukan untuk rotasi motor DC.

Gambar 1: Diagram skematik pengoperasian motor DC (motor yang disikat).

Komutator mengganti aliran arus di koil, membalikkan arah kutub sehingga mereka selalu berputar ke kanan. Sikat memasok daya ke komutator yang berputar dengan poros.

Motor aktif di banyak bidang

Kami telah mengkategorikan motor berdasarkan jenis catu daya dan prinsip rotasi (Gbr. 2). Mari kita perhatikan secara singkat karakteristik dan penggunaan setiap jenis motor.

Gambar 2: Jenis Motor Utama

DC Motors (motor disikat), yang sederhana dan mudah dikendalikan, sering digunakan untuk aplikasi seperti membuka dan penutupan baki disk optik dalam peralatan rumah. Mereka juga digunakan dalam mobil untuk aplikasi seperti pembukaan dan penutupan cermin listrik dan kontrol arah. Meskipun tidak mahal dan dapat digunakan di banyak bidang, ia memiliki kelemahannya. Karena komutator bersentuhan dengan kuas, ia memiliki rentang hidup yang pendek dan kuas harus diganti secara berkala atau di bawah garansi.

Motor stepper akan berputar dengan jumlah pulsa listrik yang dikirim ke sana. Jumlah gerakan tergantung pada jumlah impuls listrik yang dikirim ke sana, membuatnya cocok untuk penyesuaian posisi.

Ini sering digunakan di rumah untuk 'Memberi makan kertas mesin dan printer faks ', dll. Karena langkah -langkah pemberian makan mesin faks tergantung pada spesifikasi (ukiran, kehalusan), motor loncatan yang berputar dengan jumlah impuls listrik sangat mudah digunakan. Sangat mudah untuk menyelesaikan masalah bahwa mesin berhenti sementara setelah sinyal berhenti. Motor sinkron, yang jumlah rotasinya bervariasi dengan frekuensi catu daya, digunakan dalam aplikasi seperti 'tabel putar untuk oven microwave.

Set motor memiliki peredam gigi untuk mendapatkan jumlah rotasi yang cocok untuk memanaskan makanan. Motor induksi juga dipengaruhi oleh frekuensi catu daya, tetapi frekuensi dan jumlah revolusi tidak bertepatan. Di masa lalu, motor AC ini digunakan pada kipas atau mesin cuci.

Seperti yang Anda lihat, berbagai motor motor aktif di beberapa bidang. Apa karakteristik motor BLDC (sikat motor ) yang membuatnya sangat fleksibel?

Bagaimana motor BLDC berputar?

'Bl ' di Bldc Motors berarti 'Brushless ', yang berarti bahwa 'Brushes ' dalam motor DC (sikat motor) tidak lagi ada. Peran kuas dalam motor DC (motor kuas) adalah untuk memberi energi pada kumparan di rotor melalui komutator. Jadi bagaimana motor BLDC tanpa sikat memberi energi pada kumparan di rotor? Ternyata motor BLDC menggunakan magnet permanen untuk rotor, dan tidak ada kumparan di rotor. Karena tidak ada kumparan di rotor, tidak perlu untuk komutator dan sikat untuk memberi energi pada motor. Sebaliknya, koil digunakan sebagai stator (Gambar 3).

Medan magnet yang dibuat oleh magnet permanen tetap dalam motor DC (motor sikat) tidak bergerak dan berputar dengan mengendalikan medan magnet yang dibuat oleh koil (rotor) di dalamnya. Jumlah rotasi diubah dengan mengubah tegangan. Rotor motor BLDC adalah magnet permanen, dan rotor diputar dengan mengubah arah medan magnet yang dibuat oleh kumparan di sekitarnya. Rotasi rotor dikendalikan dengan mengendalikan arah dan besarnya arus yang mengalir melalui kumparan.

Gambar 3: Diagram skematik operasi motor BLDC.

   

Keuntungan BLDC Motors

BLDC Motors memiliki tiga kumparan di stator, masing -masing dengan dua kabel, dengan total enam kabel timbal di motor. Pada kenyataannya, hanya tiga kabel biasanya diperlukan karena mereka terhubung secara internal, tetapi masih satu lebih dari motor DC yang dijelaskan sebelumnya (motor disikat). Itu tidak akan bergerak murni dengan menghubungkan terminal baterai positif dan negatif. Tentang cara menjalankan a Motor BLDC akan dijelaskan dalam angsuran kedua dari seri ini. Kali ini kita akan fokus pada keunggulan motor BLDC.

Karakteristik pertama motor BLDC adalah 'Efisiensi Tinggi '. Dimungkinkan untuk mengontrol gaya rotasi (torsi) untuk mempertahankan nilai maksimum setiap saat, sedangkan dengan motor DC (motor kuas), torsi maksimum hanya dapat dipertahankan untuk satu momen tunggal selama rotasi, dan nilai maksimum tidak dapat dipertahankan setiap saat. Jika motor DC (motor sikat) ingin mendapatkan torsi sebanyak motor BLDC, ia hanya dapat meningkatkan magnetnya. Inilah sebabnya mengapa bahkan motor BLDC kecil dapat menghasilkan banyak daya.

Fitur kedua adalah 'Good Controllability ', yang terkait dengan yang pertama. BLDC Motors bisa mendapatkan torsi, jumlah revolusi, dll., Persis seperti yang Anda inginkan, dan motor BLDC dapat memberi umpan balik jumlah target revolusi, torsi, dll., Justru. Kontrol yang tepat menekan pembangkitan panas dan konsumsi daya motor. Dalam hal drive baterai, dimungkinkan untuk memperpanjang waktu drive dengan kontrol yang cermat. Selain itu, ini ditandai dengan daya tahan dan kebisingan listrik yang rendah. Dua poin di atas adalah keuntungan yang dibawa oleh Brushless.

Di sisi lain, motor DC (motor yang disikat) dapat dipakai dan robek karena kontak antara kuas dan komutator dalam jangka waktu yang lama. Bagian kontak juga menghasilkan percikan api. Terutama ketika celah komutator menyentuh kuas, akan ada percikan dan kebisingan yang sangat besar. Jika Anda tidak ingin kebisingan dihasilkan selama penggunaan, motor BLDC akan dipertimbangkan.

Motor BLDC digunakan di area ini

Di mana motor BLDC dengan efisiensi tinggi, penanganan serbaguna, dan umur panjang yang umumnya digunakan? Mereka sering digunakan dalam produk yang dapat memanfaatkan efisiensi tinggi dan umur panjang dan digunakan terus menerus. Misalnya, peralatan rumah tangga. Orang -orang telah menggunakan mesin cuci dan pendingin udara untuk waktu yang lama. Baru -baru ini, motor BLDC telah diadopsi untuk penggemar listrik, dan telah berhasil secara dramatis mengurangi konsumsi daya.

Karena efisiensi tinggi konsumsi daya telah berkurang. Motor BLDC juga digunakan dalam penyedot debu. Dalam satu kasus, dengan mengubah sistem kontrol, peningkatan besar dalam jumlah revolusi direalisasikan. Contoh ini menunjukkan kemampuan kontrol yang baik dari motor BLDC.

Motor BLDC juga digunakan di bagian rotasi hard disk, yang merupakan media penyimpanan penting. Karena ini adalah motor yang perlu dijalankan untuk waktu yang lama, daya tahan adalah penting. Tentu saja, ia juga memiliki tujuan konsumsi daya yang sangat menekan. Efisiensi tinggi di sini juga terkait dengan rendahnya konsumsi listrik.

Ada lebih banyak kegunaan untuk motor BLDC

Motor BLDC diharapkan digunakan dalam berbagai bidang yang lebih luas, dan mereka akan digunakan dalam berbagai robot kecil, terutama 'robot layanan ' yang menyediakan layanan di area selain manufaktur. 'Posisi penting untuk robot, jadi bukankah kita harus menggunakan motor loncatan yang berjalan dengan jumlah pulsa listrik? ' Orang mungkin berpikir begitu. Namun, dalam hal kontrol kekuatan, motor BLDC lebih cocok. Selain itu, jika motor stepper digunakan, struktur seperti pergelangan tangan robot perlu disuplai dengan sejumlah besar arus agar dapat diperbaiki dalam posisi tertentu. Dengan BLDC Motors , hanya daya yang diperlukan yang dapat disuplai bersama dengan gaya eksternal, sehingga mengekang konsumsi daya.

Ini juga dapat digunakan dalam transportasi. Motor DC sederhana telah lama digunakan di mobil listrik atau gerobak golf untuk orang tua, tetapi baru-baru ini motor BLDC efisiensi tinggi dengan kemampuan kontrol yang baik telah diadopsi. Motor BLDC juga digunakan dalam drone. Terutama di UAV dengan rak multi-sumbu, karena mengontrol sikap penerbangan dengan mengubah jumlah rotasi baling-baling, motor BLDC yang secara tepat dapat mengontrol rotasi menguntungkan.

Bagaimana dengan itu? BLDC Motors adalah motor berkualitas tinggi dengan efisiensi tinggi, kontrol yang baik dan umur panjang. Namun, memaksimalkan kekuatan motor BLDC membutuhkan kontrol yang tepat. Bagaimana seharusnya dilakukan?

Tidak bisa berputar dengan koneksi saja

Motor BLDC tipe rotor bagian dalam adalah jenis motor BLDC yang khas, dan eksterior dan interiornya ditunjukkan di bawah ini (Gbr. 1). Sikat motor DC (selanjutnya disebut sebagai motor DC) memiliki kumparan pada rotor dan magnet permanen di luar, sementara motor BLDC memiliki magnet permanen pada rotor dan kumparan di luar, dan motor BLCD memiliki magnet permanen tanpa kumparan pada rotor, sehingga tidak perlu memberi energi pada putaran. Ini memungkinkan untuk mewujudkan 'Tipe Tanpa Kuas' tanpa kuas untuk memberi energi.

Di sisi lain, dibandingkan dengan motor DC, kontrol menjadi lebih sulit. Bukan hanya masalah menghubungkan kabel motor dengan catu daya. Bahkan jumlah kabel berbeda. Ini tidak sama dengan 'Menghubungkan terminal positif (+) dan negatif (-) ke catu daya '.

Gambar 1: Eksterior dan interior motor BLDC

Gambar 2-A: Prinsip Rotasi Motor BLDC

Satu kumparan ditempatkan di motor BLDC pada interval 120 derajat, untuk total tiga kumparan, untuk mengontrol arus dalam fase atau koil yang berenergi

Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-A, motor BLDC menggunakan tiga kumparan. Ketiga kumparan ini digunakan untuk menghasilkan fluks magnetik ketika diberi energi dan dinamai U, V, dan W. Cobalah memberi energi kumparan ini. Jalur saat ini pada koil u (selanjutnya disebut sebagai 'coil ') direkam sebagai fase U, v dicatat sebagai fase V, dan w dicatat sebagai fase W. Selanjutnya, lihat fase U. Mari kita lihat fase U. Ketika listrik diterapkan pada fase U, fluks magnet dihasilkan ke arah arahan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2-ber. Namun, pada kenyataannya, fase U, V, dan W tidak sama dengan fase U.

Namun, pada kenyataannya, kabel U, V, dan W semuanya terhubung satu sama lain, sehingga tidak mungkin untuk memberi energi hanya fase U. Di sini, memberi energi dari fase U ke fase W akan menghasilkan fluks magnetik di U dan W seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2-C. Dua fluks magnetik U dan W disintesis ke dalam fluks magnetik yang lebih besar yang ditunjukkan pada Gambar. 2-D. Magnet permanen akan diputar sehingga fluks magnet yang disintesis ini berada dalam arah yang sama dengan tiang N dari magnet permanen pusat (rotor).

Gambar 2-B: Prinsip rotasi motor BLDC

Fluks diberi energi dari fase-U ke fase-W. Pertama, dengan berfokus hanya pada bagian U dari koil, ditemukan bahwa fluks magnet dihasilkan seperti pada panah

Gambar 2-D: Prinsip rotasi motor BLDC melewati listrik dari fase U ke fase W dapat dianggap sebagai menghasilkan dua fluks magnet yang disintesis

Jika arah fluks magnetik yang disintesis diubah, magnet permanen juga diubah. Sehubungan dengan posisi magnet permanen, sakelar fase yang berenergi dalam fase-U, fase-V, dan fase W untuk mengubah arah fluks magnet yang disintesis. Jika operasi ini dilakukan secara terus menerus, fluks magnet yang disintesis akan berputar, sehingga menghasilkan medan magnet dan memutar rotor.

ARA. 3 menunjukkan hubungan antara fase energi dan fluks magnetik sintetis. Dalam contoh ini, dengan mengubah mode energi dari 1-6 secara berurutan, fluks magnetik sintetis akan berputar searah jarum jam. Dengan mengubah arah fluks magnetik yang disintesis dan mengendalikan kecepatan, kecepatan rotasi rotor dapat dikontrol. Metode mengendalikan motor dengan beralih di antara enam mode energi ini disebut 'Kontrol Energizisasi 120 derajat '.

Gambar 3: Magnet permanen rotor akan berputar seolah -olah ditarik oleh fluks magnetik sintetis, dan poros motor akan berputar sebagai hasilnya

Rotasi halus menggunakan kontrol gelombang sinus

Selanjutnya, meskipun arah fluks magnetik yang disintesis diputar di bawah kontrol berenergi 120 derajat, hanya ada enam arah yang berbeda. Misalnya, jika Anda mengubah 'Mode Energized 1 ' pada Gambar. 3 ke 'Mode Energized 2 ', arah fluks magnetik sintetis akan berubah sebesar 60 derajat. Rotor kemudian akan berputar seolah tertarik. Selanjutnya, dengan mengubah dari 'Mode Energized 2 ' menjadi 'Mode Berenergi 3 ', arah fluks magnetik sintetis akan berubah lagi dengan 60 derajat. Rotor akan kembali tertarik pada perubahan ini. Fenomena ini akan diulang. Gerakan itu akan menjadi kaku. Terkadang tindakan ini juga akan membuat kebisingan.

Kontrol gelombang sinus 'yang menghilangkan kekurangan kontrol berenergi 120 derajat dan mencapai rotasi yang halus. Dalam kontrol daya 120 derajat, fluks magnet yang disintesis difiksasi dalam enam arah. Ini dikendalikan sehingga bervariasi terus menerus. Dalam contoh pada Gambar. 2-C, fluks yang dihasilkan oleh U dan W memiliki besarnya yang sama. Namun, jika fase-U, fase-V, dan fase W dapat dikontrol dengan lebih baik, kumparan masing-masing dapat dibuat untuk menghasilkan fluks magnetik dengan ukuran yang berbeda, dan arah fluks magnet yang disintesis dapat dikontrol secara tepat. Dengan menyesuaikan ukuran saat ini dari masing-masing fase-U, fase-V, dan fase W, fluks magnetik yang disintesis dihasilkan pada saat yang sama. Dengan mengendalikan generasi berkelanjutan dari fluks ini, motor berputar dengan lancar.

Gambar 4: Kontrol Gelombang Sine Kontrol Gelombang Sinar

Arus pada 3 fase dapat dikontrol untuk menghasilkan fluks magnetik sintetis untuk rotasi halus. Fluks magnetik sintetis dapat dihasilkan dalam arah yang tidak dapat dihasilkan oleh kontrol berenergi 120 derajat

Menggunakan inverter untuk mengontrol motor

Bagaimana dengan arus pada setiap fase u, v, dan w? Untuk membuatnya lebih mudah untuk dipahami, pikirkan kembali ke kontrol berenergi 120 derajat dan lihat. Lihat lagi Gambar. 3. Dalam mode energi 1 yang berenergi, arus mengalir dari U ke W; Dalam Mode Energized 2, arus mengalir dari U ke V. Seperti yang Anda lihat, kapan pun kombinasi kumparan di mana arus mengalir berubah, arah panah fluks sintetis juga berubah.

Selanjutnya, lihat mode energi 4. Dalam mode ini, arus mengalir dari w ke u, dalam arah yang berlawanan dari mode energi 1. Dalam DC Motors , switching arah saat ini seperti ini dilakukan dengan kombinasi komutator dan kuas. Namun, motor BLDC tidak menggunakan metode tipe kontak seperti itu. Sirkuit inverter digunakan untuk mengubah arah arus. Sirkuit inverter umumnya digunakan untuk mengontrol motor BLDC.

Sirkuit inverter menyesuaikan nilai arus dengan mengubah tegangan yang diterapkan di setiap fase. Untuk penyesuaian tegangan, PWM (pulsewidthmodulation = modulasi lebar pulsa) umumnya digunakan. PWM adalah metode untuk mengubah tegangan dengan menyesuaikan lamanya waktu nadi hidup/mati, dan yang penting adalah perubahan rasio (siklus tugas) antara waktu dan di luar waktu. Jika rasio ON tinggi, efek yang sama dengan meningkatkan tegangan dapat diperoleh. Jika rasio ON menurun, efek yang sama dengan pengurangan tegangan diperoleh (Gbr. 5).

Untuk mewujudkan PWM, komputer mikro yang dilengkapi dengan perangkat keras khusus sekarang tersedia. Untuk melakukan kontrol gelombang sinus, perlu untuk mengontrol tegangan 3 fase, sehingga perangkat lunak sedikit lebih kompleks daripada kontrol berenergi 120 derajat di mana hanya 2 fase yang diberi energi. Inverter adalah sirkuit yang diperlukan untuk mengendarai motor BLDC. Inverter juga digunakan dalam motor AC, tetapi dapat diasumsikan bahwa hampir semua motor BLDC digunakan dalam apa yang disebut 'Inverter-Type ' peralatan rumah.

Gambar 5: Hubungan antara output PWM dan tegangan output

Ubah waktu tepat pada waktu tertentu untuk mengubah nilai rms dari tegangan.

Semakin lama waktu, semakin dekat nilai RMS dengan tegangan ketika tegangan 100% diterapkan (tepat waktu).

BLDC Motors Menggunakan Sensor Posisi Di atas adalah tinjauan umum dari kontrol motor BLDC, yang mengubah arah fluks magnet yang disintesis yang dihasilkan oleh kumparan, menyebabkan magnet permanen rotor berubah.

Bahkan, ada poin lain yang tidak disebutkan dalam deskripsi di atas. Artinya, keberadaan sensor dalam motor BLDC. Motor BLDC dikendalikan bersama dengan posisi (sudut) rotor (magnet permanen). Oleh karena itu, sensor untuk memperoleh posisi rotor diperlukan. Jika tidak ada sensor untuk mengetahui arah magnet permanen, rotor dapat berbalik ke arah yang tidak terduga. Ini tidak terjadi ketika ada sensor untuk memberikan informasi.

Tabel 1 menunjukkan jenis sensor utama untuk deteksi posisi di motor BLDC. Tergantung pada metode kontrol, diperlukan sensor yang berbeda. Untuk kontrol energiisasi 120 derajat, sensor efek aula yang dapat memasukkan sinyal setiap 60 derajat dilengkapi untuk menentukan fase mana yang harus diberi energi. Di sisi lain, untuk 'kontrol vektor ' (dijelaskan pada bagian selanjutnya), yang secara tepat mengontrol fluks magnetik yang disintesis, sensor presisi tinggi seperti sensor sudut atau encoder fotolektrik lebih efektif.

Penggunaan sensor ini memungkinkan untuk mendeteksi posisi, tetapi ada beberapa kelemahan. Sensor kurang tahan terhadap debu dan pemeliharaan sangat penting. Kisaran suhu di mana mereka dapat digunakan juga berkurang. Penggunaan sensor atau penambahan kabel untuk tujuan ini menyebabkan biaya meningkat, dan sensor presisi tinggi pada dasarnya mahal. Ini mengarah pada pengenalan metode 'Sensorless '. Itu tidak menggunakan sensor untuk deteksi posisi, sehingga mengendalikan biaya dan menghilangkan kebutuhan untuk pemeliharaan terkait sensor. Namun, untuk tujuan menggambarkan prinsip, diasumsikan bahwa informasi telah diperoleh dari sensor posisi.

Jenis sensor	Aplikasi utama	Karakteristik
Sensor Efek Hall	120 derajat kontrol berenergi	Memperoleh sinyal setiap 60 derajat. Harga lebih rendah. Tidak tahan panas.
Encoder optik	Kontrol gelombang sinus, kontrol vektor	Ada dua jenis: tipe tambahan (jarak yang ditempuh dari posisi asli diketahui) dan tipe absolut (sudut posisi saat ini diketahui). Resolusinya tinggi, tetapi ketahanan debu lemah.
Sensor sudut	Kontrol gelombang sinus, kontrol vektor	Resolusi tinggi. Dapat digunakan bahkan di lingkungan yang kasar dan keras.

Tabel 1: Jenis dan Karakteristik Sensor Khusus untuk Deteksi Posisi

Efisiensi tinggi dipertahankan setiap saat dengan kontrol vektor

Kontrol gelombang sinus dengan lancar mengubah arah fluks magnetik yang disintesis dengan memberi energi 3 fase, sehingga rotor akan berputar dengan lancar. Sakelar kontrol energi 120 derajat 2 dari fase-U, fase-V, dan fase W untuk memutar motor, sedangkan kontrol sinusoidal membutuhkan kontrol yang tepat dari arus dalam 3 fase. Selain itu, nilai kontrol adalah nilai AC yang berubah sepanjang waktu, membuatnya lebih sulit untuk dikendalikan.

Di sinilah kontrol vektor masuk. Kontrol vektor menyederhanakan kontrol dengan menghitung nilai AC dari tiga fase sebagai nilai DC dari dua fase melalui transformasi koordinat. Namun, perhitungan kontrol vektor memerlukan informasi posisi rotor pada resolusi tinggi. Ada dua metode untuk deteksi posisi, yaitu metode menggunakan sensor posisi seperti encoder fotolektrik atau sensor sudut, dan metode tanpa sensor yang mengekstrapolasi nilai saat ini dari setiap fase. Transformasi koordinat ini memungkinkan kontrol langsung dari nilai saat ini yang terkait dengan torsi (gaya rotasi), sehingga mewujudkan kontrol yang efisien tanpa arus berlebih.

Namun, kontrol vektor membutuhkan transformasi koordinat menggunakan fungsi trigonometri atau pemrosesan perhitungan yang kompleks. Oleh karena itu, dalam kebanyakan kasus, komputer mikro dengan daya komputasi tinggi digunakan sebagai komputer mikro kontrol, seperti komputer mikro yang dilengkapi dengan FPU (unit titik mengambang).

Motor DC tanpa sikat (BLDC: BrushlessDirectCurrentMotor), juga dikenal sebagai motor yang dikomutasi secara elektronik (ECM atau motor EC) atau motor DC sinkron, adalah jenis motor sinkron yang menggunakan catu daya arus searah (DC).

Motor DC Brushless (BLDC: motor arus searah sikat) pada dasarnya adalah motor sinkron magnet permanen dengan umpan balik posisi yang menggunakan input daya DC dan inverter untuk mengubahnya menjadi catu daya AC tiga fase. A Brushless Motor (BLDC: Brushless DirectCurrent Motor) adalah tipe yang ditugaskan sendiri (switching sutradara sendiri) dan karenanya lebih kompleks untuk dikendalikan.

https://www.holrymotor.com/brushless-motors.html

Kontrol motor BLDC (BrushlessDirectCurrentMotor) membutuhkan pengetahuan tentang posisi rotor dan mekanisme yang dengannya motor diperbaiki dan dikemudikan. Untuk kontrol kecepatan loop tertutup, ada dua persyaratan tambahan, pengukuran kecepatan rotor/ atau arus motor dan sinyal PWM untuk mengontrol daya kecepatan motor.

BLDC Motors (BrushlessDirectCurrentMotor) dapat menggunakan sinyal PWM yang selaras atau selaras di tengah tergantung pada persyaratan aplikasi. Sebagian besar aplikasi yang hanya membutuhkan operasi perubahan kecepatan akan memanfaatkan enam sinyal PWM yang disejajarkan secara terpisah. Ini memberikan resolusi tertinggi. Jika aplikasi memerlukan penentuan posisi server, pengereman energi, atau pembalikan daya, sinyal PWM yang selaras dengan pusat tambahan disarankan.

Untuk merasakan posisi rotor, motor BLDC (BrushlessDirectCurrentMotor) menggunakan sensor efek Hall untuk memberikan penginderaan posisi absolut. Ini menghasilkan penggunaan lebih banyak kabel dan biaya yang lebih tinggi. Kontrol BLDC yang tidak sensor menghilangkan kebutuhan akan sensor aula dan sebaliknya menggunakan gaya elektromotif penghitung motor (gaya elektromotif) untuk memprediksi posisi rotor. Kontrol tanpa sensor sangat penting untuk aplikasi kecepatan variabel berbiaya rendah seperti kipas dan pompa. Kontrol tanpa sensor juga diperlukan untuk kulkas dan kompresor pendingin udara ketika motor BLDC (motor arus langsung tanpa sikat) digunakan.

Ada semua jenis motor, dan motor BLDC adalah motor kecepatan paling ideal yang tersedia saat ini. Ini menggabungkan keunggulan motor DC dan motor AC, dengan kinerja penyesuaian yang baik dari motor DC dan keunggulan motor AC seperti struktur sederhana, tidak ada percikan pergantian, operasi yang andal dan pemeliharaan yang mudah. Oleh karena itu, sangat populer di pasaran dan banyak digunakan dalam mobil, peralatan rumah tangga, peralatan industri dan bidang lainnya.

Motor DC tanpa sikat mengatasi cacat inheren motor DC sikat dan menggantikan komutator mekanik dengan komutator elektronik, sehingga motor DC tanpa sikat memiliki karakteristik motor DC dengan kinerja regulasi kecepatan yang baik, dan juga memiliki keuntungan motor AC dengan struktur sederhana, no commutation sparks, operasi yang andal dan pemeliharaan yang mudah.

Brushless DC Motor (BrushlessDirectCurrentMotor) adalah motor kontrol kecepatan paling ideal saat ini. Ini menggabungkan keunggulan motor DC dan motor AC, dengan kinerja penyesuaian yang baik dari motor DC dan keunggulan motor AC, seperti struktur sederhana, tidak ada percikan pergantian, operasi yang andal dan pemeliharaan yang mudah.

Sejarah Pengembangan Motor Arus Direct (BrushlessDirectCurrentMotor)

Motor DC Brushless dikembangkan berdasarkan motor kuas, dan strukturnya lebih kompleks daripada motor kuas. Motor DC Brushless terdiri dari motor dan pengemudi. Berbeda dari motor DC yang disikat, motor DC sikat (BrushlessDirectCurrentMotor) tidak menggunakan perangkat sikat mekanis, tetapi mengadopsi motor sinkron magnet permanen gelombang-mandiri, dan menggantikan komutator sikat karbon dengan sensor aula, dan menggunakan neodymium-iron-boron sebagai bahan magnet permanen rotor. (Perlu dicatat bahwa pada saat kelahiran motor listrik pada abad terakhir, motor praktis yang muncul adalah bentuk tanpa sikat.)

1740 -an: Awal penemuan motor listrik

Model awal motor listrik pertama kali muncul pada 1740 -an melalui karya ilmuwan Skotlandia Andrew Gordon. Ilmuwan lain, seperti Michael Faraday dan Joseph Henry, terus mengembangkan motor awal, bereksperimen dengan medan elektromagnetik dan menemukan cara mengubah energi listrik menjadi energi mekanik.

1832: Penemuan motor DC komutator pertama

Motor DC pertama yang dapat memberikan daya yang cukup untuk menggerakkan mesin diciptakan oleh fisikawan Inggris William Sturgeon pada tahun 1832, tetapi aplikasinya sangat terbatas karena output daya yang rendah, yang secara teknis masih cacat.

1834: Motor listrik nyata pertama dibangun

Mengikuti jejak Sturgeon, Thomas Davenport dari Vermont, AS, membuat sejarah dengan menciptakan motor listrik bertenaga baterai resmi pertama pada tahun 1834. Itu adalah motor listrik pertama dengan daya yang cukup untuk melakukan tugasnya, dan penemuannya digunakan untuk menyalakan mesin cetak kecil. Pada tahun 1837, Thomas Davenport dan istrinya, Embenport, The Embenport, The Davenport.

Motor yang dipatenkan Homas dan Emily Davenport

1886: Penemuan motor DC praktis    

Pada tahun 1886, motor DC praktis pertama yang dapat berjalan pada kecepatan konstan dengan berat variabel diperkenalkan. Frankjulian Sprague adalah penemu.

Motor Frank Julian Sprague 'Utility '

Perlu dicatat bahwa motor utilitas adalah bentuk tanpa sikat dari motor asinkron AC tupai, yang tidak hanya menghilangkan percikan dan kehilangan tegangan di terminal belitan, tetapi juga memungkinkan daya dikirim pada kecepatan konstan. Namun, motor asinkron memiliki banyak cacat yang tidak dapat diatasi, sehingga pengembangan teknologi motor lambat.

1887: Motor induksi AC dipatenkan

Pada tahun 1887, Nikola Tesla menemukan motor induksi AC (AcinductionMotor), yang ia berhasil paten setahun kemudian. Itu tidak cocok untuk digunakan dalam kendaraan jalan, tetapi kemudian diadaptasi oleh insinyur Westinghouse. Pada tahun 1892, motor induksi praktis pertama dirancang, diikuti oleh rotor yang berputar, membuat motor cocok untuk aplikasi otomotif.

1891: Pengembangan motor tiga fase

Pada tahun 1891, General Electric memulai pengembangan motor induksi tiga fase (tigaphasemotor). Untuk memanfaatkan desain rotor luka, GE dan Westinghouse menandatangani perjanjian lisensi silang pada tahun 1896.

1955: Awal dari Era Motor DC Brushless

Pada tahun 1955, Amerika Serikat d. Harrison dan yang lainnya melamar untuk pertama kalinya dengan jalur pergantian transistor alih -alih paten kuas motor motor DC, secara resmi menandai kelahiran motor DC sikat modern (BrushlessDirectCurrentMotor). Namun, pada saat itu tidak ada perangkat deteksi posisi rotor motor, motor tidak memiliki kemampuan untuk memulai.

1962: Motor Brushless DC (BLDC) pertama ditemukan berkat kemajuan teknologi solid-state pada awal 1960-an. Pada tahun 1962, Tgwilson dan Phtrickey menemukan motor BLDC pertama, yang mereka sebut 'solid-state dc motor '. Elemen kunci dari Brushless Motor adalah bahwa tidak memerlukan komutator fisik, menjadikannya pilihan paling populer untuk drive disk komputer, robot, dan pesawat terbang.

Mereka menggunakan elemen aula untuk mendeteksi posisi rotor dan mengontrol perubahan fase arus belitan untuk membuat motor DC tanpa sikat praktis, tetapi dibatasi oleh kapasitas transistor dan daya motor yang relatif rendah.

1970 -an untuk menyajikan: Pengembangan cepat aplikasi motor DC Brushless

Since the 1970s, with the emergence of new power semiconductor devices (such as GTR, MOSFET, IGBT, IPM), the rapid development of computer control technology (microcontroller, DSP, new control theories), as well as high-performance rare-earth permanent magnet materials (such as samarium cobalt, neodymium-iron-boron), the Brushless Direct Current Motor (BrushlessDCMotor) has been dikembangkan dengan cepat. BrushlessDirectCurrentMotor) telah dikembangkan dengan cepat, dan kapasitasnya meningkat. Pengembangan Industri Berbasis Teknologi, dengan diperkenalkannya Mac Classic Brushless DC Motor dan pengemudinya pada tahun 1978, serta penelitian dan pengembangan gelombang persegi Motor tanpa sikat dan motor DC sikat gelombang-sine di tahun 80-an, motor sikat benar-benar mulai memasuki tahap praktis, dan mendapatkan perkembangan yang cepat.

Struktur dan prinsip keseluruhan motor DC sikat dan prinsip

Brushless DC Motor (BrushlessDirectCurrentMotor) terdiri dari motor dan driver sinkron, yang merupakan produk mekatronik yang khas. Gulungan stator motor sinkron sebagian besar dibuat menjadi koneksi bintang simetris tiga fase, yang sangat mirip dengan motor asinkron tiga fase.

Struktur sistem kontrol BLDCM mencakup tiga bagian utama: bodi motor, sirkuit penggerak dan sirkuit kontrol. Dalam proses kerja, tegangan motor, informasi posisi arus dan rotor dikumpulkan dan diproses oleh sirkuit kontrol untuk menghasilkan sinyal kontrol yang sesuai, dan sirkuit drive menggerakkan badan motor setelah menerima sinyal kontrol.

Brushless DC Motor (BrushlessDirectCurrentMotor) terutama terdiri dari stator dengan belitan kumparan, rotor yang terbuat dari bahan magnet permanen dan sensor posisi. Sensor posisi, sesuai kebutuhan, juga dapat dibiarkan tidak dikonfigurasi.

Stator

Struktur stator motor BLDC mirip dengan motor induksi. Ini terdiri dari laminasi baja bertumpuk dengan alur aksial untuk belitan. Gulungan di BLDC sedikit berbeda dari yang ada di motor induksi konvensional.

Stator motor BLDC

Biasanya, sebagian besar motor BLDC terdiri dari tiga gulungan stator yang terhubung dalam bentuk bintang atau 'y ' (tidak ada netral). Selain itu, berdasarkan interkoneksi kumparan, belitan stator selanjutnya dibagi menjadi motor trapesium dan sinusoidal.

Gaya elektromotif terbalik motor BLDC

Pada motor trapesium, baik arus penggerak dan gaya elektromotif penghitung memiliki bentuk trapesium (sinusoidal dalam kasus motor sinusoidal). Biasanya, motor dinilai pada 48 V (atau kurang) digunakan dalam otomotif dan robotika (mobil hibrida dan lengan robot).

Rotor

Bagian rotor dari motor BLDC terdiri dari magnet permanen (biasanya magnet paduan langka-bumi seperti neodymium (ND), samarium kobalt (SMCO) dan neodymium besi boron (NDFEB).

Bergantung pada aplikasinya, jumlah tiang dapat bervariasi antara dua dan delapan, dengan kutub utara (N) dan kutub selatan ditempatkan secara bergantian. Diagram di bawah ini menunjukkan tiga pengaturan tiang magnetik yang berbeda.

(a) Magnet ditempatkan di pinggiran rotor.

(B) Rotor yang disebut rotor tertanam elektromagnetik di mana magnet permanen persegi panjang tertanam di inti rotor.

(c) Magnet dimasukkan ke inti rotor. 

Sensor Posisi Rotor Motor BLDC (Sensor Hall)

Karena tidak ada kuas dalam motor BLDC, pergantian dikendalikan secara elektronik. Untuk memutar motor, belitan stator harus diberi energi secara berurutan dan posisi rotor (yaitu, kutub utara dan selatan rotor) harus diketahui untuk secara akurat memberi energi pada set gulungan stator tertentu.

Sensor posisi menggunakan sensor Hall (beroperasi pada prinsip efek Hall) biasanya digunakan untuk mendeteksi posisi rotor dan mengubahnya menjadi sinyal listrik. Sebagian besar motor BLDC menggunakan tiga sensor aula yang tertanam di stator untuk mendeteksi posisi rotor.

Sensor Hall adalah jenis sensor berdasarkan efek Hall, yang pertama kali ditemukan pada tahun 1879 oleh American Physicist Hall dalam bahan logam, tetapi tidak digunakan karena efek aula dalam bahan logam terlalu lemah. Dengan pengembangan teknologi semikonduktor, mulai menggunakan bahan semikonduktor untuk menghasilkan komponen Hall, karena efek aula signifikan dan telah diterapkan dan dikembangkan. Sensor Hall adalah sensor yang menghasilkan pulsa tegangan output ketika medan magnet bergantian lewat. Amplitudo pulsa ditentukan oleh kekuatan medan medan magnet eksitasi. Oleh karena itu, sensor Hall tidak memerlukan catu daya eksternal.

Output sensor aula akan tinggi atau rendah tergantung pada apakah kutub utara rotor adalah kutub selatan atau dekat kutub utara. Dengan menggabungkan hasil dari tiga sensor, urutan energi yang tepat dapat ditentukan.

Tidak seperti motor DC yang disikat, di mana stator dan rotor benar-benar terbalik, belitan jangkar diatur pada sisi stator dan bahan magnet permanen berkualitas tinggi diatur pada sisi rotor, struktur motorik motor dari BLDCM terdiri dari sel belitan motor yang disusun dengan motor, dan siku-siku yang disusun dengan motor, dan siku-siku yang disusun dengan motor, dan tiga fase, dan tiga fase stator yang disusun, dan tiga fase stator yang disusun, dan tiga fase stasior, siku-fase stasior, dan tiga fase stator yang disusun, dan tiga fase stator. sudut listrik antara fase, masing -masing. Struktur ini berbeda dari motor DC murni yang disikat, dan mirip dengan struktur belitan stator motor AC, tetapi daya AC gelombang persegi dipasok ke motor oleh sirkuit penggerak saat beroperasi.

BLDCM memilih mode konduksi jembatan penuh, tiga fase, bintang, enam negara, dua-dua, di mana dua MOSFET diberi energi dalam sirkuit penggerak pada saat yang sama, dan karenanya, gulungan stator dua fase di tubuh motor diberi energi secara seri. Setiap perubahan fase elektronik sekali, potensial dinamis magnetik stator mengubah 60 ° sudut listrik ruang, adalah langkah potensial dinamis magnetik, interval sudut listrik 60 ° waktu, FA melakukan lompatan. Although the rotor rotates continuously, but the stator magnetic momentum rotation mode is a stepping type, which is different from the real AC synchronous motor rotating magnetic momentum.BLDCM's Fa and rotor magnetic momentum Ff space angle is always in the range of 60 ° ~ 120 ° range of periodic changes, the average value of 90 °, which ensures that the stator and rotor magnetic momentum Fa, Ff interaction to get is the Torsi elektromagnetik maksimum rata -rata, rotasi kontinu magnet magnet drag magnet yang kuat.

Prinsip kerja Motor DC Brushless mirip dengan motor DC Brush. Hukum kekuatan Lorentz menyatakan bahwa selama konduktor pembawa saat ini ditempatkan di medan magnet, itu akan dikenakan kekuatan. Karena gaya reaksi, magnet akan dikenakan gaya yang sama dan berlawanan. Ketika arus dilewatkan melalui kumparan, medan magnet dihasilkan, yang didorong oleh kutub magnetik stator, dengan homopolaritas saling membantah satu sama lain dan kutub anisotropik saling menarik. Jika arah arus dalam koil terus berubah, maka kutub medan magnet yang diinduksi dalam rotor juga akan terus diubah, dan kemudian rotor akan berputar sepanjang waktu di bawah aksi medan magnet.

Dalam motor BLDC, magnet permanen (rotor) bergerak, sedangkan konduktor pembawa arus (stator) diperbaiki.

Diagram Operasi Motor BLDC

Ketika kumparan stator menerima daya dari catu daya, itu menjadi elektromagnet dan mulai menghasilkan medan magnet yang seragam di celah udara. Sakelar menghasilkan bentuk gelombang tegangan AC dengan bentuk trapesium meskipun fakta bahwa catu daya adalah DC. Rotor terus berputar karena gaya interaksi antara stator elektromagnetik dan rotor magnet permanen.

Dengan mengalihkan belitan ke sinyal tinggi dan rendah, belitan yang sesuai tereksitasi seperti kutub utara dan selatan. Rotor magnet permanen dengan kutub selatan dan utara disejajarkan dengan tiang stator, yang menyebabkan motor berputar.

Diagram Operasi Motor BLDC untuk motor BLDC satu kutub dan dua kutub

Brushless DC Motors hadir dalam tiga konfigurasi: fase tunggal, dua fase, dan tiga fase. Di antara mereka, BLDC tiga fase adalah yang paling umum.

(3) Metode mengemudi motor DC tanpa sikat

Metode mengemudi Motor DC Brushless dapat dibagi menjadi berbagai metode mengemudi sesuai dengan kategori yang berbeda:

Menurut drive waveform: drive gelombang persegi, metode drive ini lebih mudah untuk disadari, mudah untuk mewujudkan motor tanpa kontrol sensor posisi.

Sinusoidal Drive: Metode penggerak ini dapat meningkatkan efek berjalan motor dan membuat seragam torsi output, tetapi proses realisasi relatif rumit. Pada saat yang sama, metode ini memiliki dua cara SPWM dan SVPWM (Space Vector PWM), SVPWM lebih baik daripada SPW.

(4) Keuntungan dan Kekurangan Motor DC Brushless

Keuntungan:

▷   Daya Output Tinggi

▷ Ukuran dan berat kecil 

▷ disipasi panas yang baik dan efisiensi tinggi 

▷ Berbagai kecepatan operasi dan kebisingan listrik rendah. 

▷ Persyaratan keandalan yang tinggi dan pemeliharaan rendah. 

▷ Respons dinamis tinggi 

▷ Gangguan elektromagnetik rendah

Tidak memadai:

▶ Pengontrol elektronik yang diperlukan untuk mengontrol motor ini mahal 

▶ Sirkuit penggerak kompleks diperlukan 

Sensor Sensor Posisi Ekstra Diperlukan (FOC tidak digunakan)

5） Aplikasi motor DC sikat

Motor DC Brushless banyak digunakan dalam berbagai kebutuhan aplikasi, seperti kontrol industri (motor DC tanpa sikat memainkan peran penting dalam produksi industri seperti tekstil, metalurgi, pencetakan, jalur produksi otomatis, alat mesin CNC, dll.), Otomox, cetakan fanatik, avoice power, power doors, automotive Air conditioning, windows power windows dan bagian lain dari wiper. Mesin, drive hard disk, drive floppy disk, kamera film, dll., Di spindle dan kontrol yang digerakkan oleh anak perusahaannya, semuanya memiliki Motor DC Brushless .) Selain itu, peralatan perawatan kesehatan (penggunaan motor DC tanpa sikat lebih umum, dapat digunakan untuk menggerakkan pompa darah kecil di jantung buatan; di negara ini, alat bedah berkecepatan tinggi untuk motor load-constrifuge dan termometri yang banyak digunakan.

Perbedaan antara motor DC Brushless dan motor DC yang disikat

Kategori proyek	Motor DC Brushless	Sikat motor DC
Struktur	Magnet permanen sebagai rotor, penggerak listrik sebagai stator	Magnet permanen sebagai rotor, penggerak listrik sebagai stator
Tautan gulungan dan kumparan	Karakteristik motor yang disikat, umur panjang, tidak ada gangguan, tidak ada perawatan, kebisingan rendah, harga tinggi.	Disipasi panas
Bagus	Miskin	Penggantian
Komutator switching elektronik dengan sirkuit elektronik	Kontak mekanis antara sikat dan penyearah	Sensor posisi rotor
Elemen aula, encoder optik, dll. Atau generator counterpotensial	Propagasi diri dengan sikat	Propagasi diri dengan sikat
Kemunduran	Mengubah urutan switching gigi kemudi elektronik	Perubahan polaritas tegangan terminal
Perbandingan keunggulan dan kerugian	Karakteristik mekanis dan kontrol yang baik, umur panjang, tidak ada gangguan, suara rendah, tetapi biaya yang lebih tinggi.	Karakteristik dan kontrol mekanik yang baik, kebisingan tinggi, gangguan elektromagnetik

Perbandingan motor DC Brushless dan motor DC yang disikat

Produsen Mainstream Motor Global BLDC (TOP10)

Saat ini, perusahaan -perusahaan teratas dalam industri BLDC termasuk ABB, Amtek, NIDEC, Minebea Group, Textronic, United Motion Technologies, Baldor Electronics, North American Electric Company, Schneider Electric, dan Regalbeloit Corporation.

Pengantar motor DC Brushless

Motor DC Brushless (BLDC) adalah jenis motor sinkron di mana medan magnet yang dihasilkan oleh stator dan medan magnet yang dihasilkan oleh rotor memiliki frekuensi yang sama. Ini banyak digunakan karena keunggulan daya output yang tinggi, kebisingan listrik rendah, reliabilitas tinggi, respons dinamis tinggi, gangguan elektromagnetik yang lebih sedikit, dan torsi kecepatan yang lebih baik.

Struktur Internal Motor DC Brushless

Struktur a Motor DC Brushless ditunjukkan di bawah ini (slotted, rotor eksternal, motor tanpa sensor sebagai contoh):

Motor sikat terdiri dari penutup depan, penutup tengah, magnet, lembaran baja silikon, kawat berenamel, bantalan, poros berputar dan penutup belakang. Di antara mereka, magnet, bantalan dan poros berputar merupakan rotor motor; Stator motor terdiri dari lembaran baja silikon dan kawat berenamel. Penutup depan, penutup tengah, dan penutup belakang terdiri dari cangkang motor. Komponen penting dijelaskan dalam tabel berikut:

	Komponen	Keterangan
Rotor	Magnet	Komponen penting dari motor tanpa sikat. Sebagian besar parameter kinerja motor tanpa sikat terkait dengannya;
	Sumbu rotasi	Bagian rotor yang ditekankan secara langsung;
	Bantalan	Adalah jaminan operasi motor yang halus; Saat ini sebagian besar motor sikat menggunakan bantalan bola alur yang dalam;
Rotor	Lembaran baja silikon	Lembaran baja silikon adalah bagian penting dari motor tanpa sikat yang ditempatkan, fungsi utamanya adalah untuk mengurangi resistansi magnetik dan berpartisipasi dalam operasi sirkuit magnetik;
	Kawat berenamel	Sebagai konduktor yang berenergi dari kumparan yang berliku; Melalui frekuensi bergantian dan bentuk gelombang arus, medan magnet terbentuk di sekitar stator untuk menggerakkan rotor untuk berputar;

Deskripsi rotor

Rotor a Brushless DC Motor (BLDC) terbuat dari magnet permanen dengan beberapa pasang kutub yang disusun secara bergantian menurut N- dan S-Pole (melibatkan parameter pasangan tiang).

Rotor magnet cross

Deskripsi stator

Stator a Brushless DC Motor (BLDC) terdiri dari lembaran baja silikon (gambar di bawah) dengan belitan stator yang ditempatkan dalam slot dipotong secara aksial di sepanjang sumbu internal (jumlah parameter kutub inti (jumlah slot N) terlibat). Setiap belitan stator terdiri dari sejumlah kumparan yang terhubung satu sama lain. Umumnya, belitan didistribusikan dalam pola bintang tiga yang terhubung.

Gulungan bintang-terbungkus yang terhubung tiga kali lipat, sesuai dengan cara kumparan terhubung, belitan stator dapat dibagi menjadi gulungan trapesium dan sinusoidal. Perbedaan antara keduanya terutama bentuk gelombang gaya elektromotif penghitung yang dihasilkan. Seperti namanya: belitan stator trapesium menghasilkan gaya elektromotif counter trapesium, dan belitan sinusoidal menghasilkan gaya elektromotif penghitung sinusoidal. Ini ditunjukkan pada gambar di bawah ini:   

PS: Ketika motor disuplai tanpa beban, bentuk gelombang dapat diukur dengan osiloskop.

02 Klasifikasi motor DC Brushless

Deskripsi Klasifikasi Motor DC Brushless

Brushless DC Motor (BLDC) sesuai dengan distribusi rotor dapat dibagi menjadi motor rotor internal, motor rotor eksternal; Menurut fase penggerak dapat dibagi menjadi motor fase tunggal, motor dua fase, motor tiga fase (penggunaan yang paling umum); Menurut apakah sensor dibagi menjadi motor sensorik dan motor non-indera, dan sebagainya; Ada banyak klasifikasi motor, alasan ruang, tidak ada di sini untuk menggambarkan saudara -saudara yang tertarik pada pemahaman mereka sendiri.

Deskripsi motor rotor dalam dan luar

Motor sikat dapat dibagi menjadi motor rotor luar dan motor rotor dalam sesuai dengan struktur baris rotor dan stator (seperti yang ditunjukkan di bawah).

Motor	Deskriptif
Motor rotor luar	Gulungan kumparan energi internal berfungsi sebagai stator, dan magnet permanen digabungkan ke perumahan sebagai rotor; dalam bahasa umum: rotor berada di luar dan stator ada di dalam;
Motor rotor internal	Magnet permanen internal terkait dengan poros sebagai rotor, koil berenergi berliku dan cangkang sebagai stator. Umumnya: rotor di dalam, stator di luar;

Perbedaan antara motor rotor internal dan eksternal

Selain sekuensing rotor dan stator yang berbeda, ada juga perbedaan antara motor rotor internal dan eksternal sebagai berikut:

Karakteristik	Motor rotor internal	Motor rotor luar
Kepadatan kekuasaan	Lebih tinggi	Lebih rendah
Kecepatan	Lebih tinggi	Lebih rendah
Stabilitas yang lebih rendah	Lebih rendah	Lebih tinggi
Biaya	Relatif lebih tinggi relatif	Lebih rendah
Disipasi panas	Biasa -biasa saja	Lebih buruk lebih baik
Pasangan tiang	Lebih sedikit	Lagi

03 DC Parameter Motor Sikat DC

Parameter motor tanpa sikat

Parameter	Keterangan
Tegangan Dinilai	Untuk motor sikat, mereka cocok untuk berbagai tegangan operasi, dan parameter ini adalah tegangan operasi di bawah kondisi beban yang ditentukan.
Nilai kv	Signifikansi Fisik: Kecepatan per menit di bawah tegangan kerja 1V, yaitu: kecepatan (tidak ada beban) = nilai kV * Tegangan kerja untuk motor sikat dengan spesifikasi ukuran: 1. Jumlah belokan belitan besar, nilai KV rendah, arus keluaran maksimumnya kecil, dan torsi besar; 2. Lebih sedikit putaran belitan, nilai KV tinggi, arus keluaran maksimum, torsi kecil;
Torsi dan kecepatan	Torsi (momen, torsi): Torsi mengemudi yang dihasilkan oleh rotor di motor dapat digunakan untuk menggerakkan beban mekanis; Kecepatan: Kecepatan motor per menit;
Arus maksimum	Arus maksimum yang dapat bertahan dan bekerja dengan aman
Struktur palung	Jumlah kutub inti (jumlah slot n): jumlah slot lembaran baja silikon stator; Jumlah kutub baja magnetik (nomor tiang P): jumlah baja magnetik pada rotor;
Induktansi stator	Induktansi di kedua ujung gulungan stator motor saat istirahat
Resistensi stator	Resistansi DC dari setiap fase belitan motor pada 20 ℃
Resistansi DC dari setiap fase belitan motor pada 20 ℃	Dalam kondisi yang ditentukan, ketika belitan motor terbuka, nilai gaya elektromotif yang diinduksi linier yang dihasilkan dalam belitan jangkar per satuan kecepatan

Kontrol motor BLDC

Algoritma Kontrol Motor BLDC

Motor sikat adalah tipe yang berkomunikasi sendiri (switching sutradara sendiri) dan karenanya lebih kompleks untuk dikendalikan.

Kontrol motor BLDC membutuhkan pengetahuan tentang posisi rotor dan mekanisme yang dengannya motor mengalami kemudi perbaikan. Untuk kontrol kecepatan loop tertutup, ada dua persyaratan tambahan, yaitu, pengukuran untuk kecepatan rotor/ atau arus motor dan sinyal PWM untuk mengontrol daya kecepatan motor.

BLDC Motors dapat memiliki sinyal PWM yang selaras atau selaras di tengah tergantung pada persyaratan aplikasi. Sebagian besar aplikasi hanya membutuhkan operasi perubahan kecepatan dan akan memanfaatkan 6 sinyal PWM yang disejajarkan secara terpisah.

Ini memberikan resolusi tertinggi. Jika aplikasi memerlukan penentuan posisi server, pengereman energi, atau pembalikan daya, sinyal PWM yang selaras dengan pusat tambahan disarankan. Untuk merasakan posisi rotor, motor BLDC menggunakan sensor efek Hall untuk memberikan penginderaan posisi absolut. Ini menghasilkan penggunaan lebih banyak kabel dan biaya yang lebih tinggi. Kontrol BLDC yang tidak sensor menghilangkan kebutuhan akan sensor aula dan sebaliknya menggunakan gaya elektromotif penghitung motor (gaya elektromotif) untuk memprediksi posisi rotor. Kontrol tanpa sensor sangat penting untuk aplikasi kecepatan variabel berbiaya rendah seperti kipas dan pompa. Kontrol tanpa sensor juga diperlukan untuk kulkas dan kompresor pendingin udara ketika motor BLDC digunakan.

Penyisipan dan suplementasi waktu tanpa beban

Sebagian besar motor BLDC tidak memerlukan PWM pelengkap, penyisipan waktu tanpa beban atau kompensasi waktu tanpa beban. Satu -satunya aplikasi BLDC yang mungkin memerlukan fitur -fitur ini adalah motor servo BLDC berkinerja tinggi, motor BLDC tereksitasi gelombang sinus, AC Brushless, atau motor sinkron PC.

Algoritma kontrol

Banyak algoritma kontrol yang berbeda digunakan untuk memberikan kontrol motor BLDC. Biasanya, transistor daya digunakan sebagai regulator linier untuk mengontrol tegangan motor. Pendekatan ini tidak praktis saat mengendarai motor berkekuatan tinggi. Motor daya tinggi harus dikendalikan PWM dan membutuhkan mikrokontroler untuk menyediakan fungsi awal dan kontrol.

Algoritma kontrol harus menyediakan tiga fungsi berikut:

Tegangan PWM untuk mengendalikan kecepatan motor

Mekanisme untuk memperbaiki dan melakukan perjalanan motor

Metode untuk memprediksi posisi rotor menggunakan gaya elektromotif terbalik atau sensor aula

Modulasi lebar pulsa hanya digunakan untuk menerapkan tegangan variabel pada belitan motor. Tegangan efektif sebanding dengan siklus tugas PWM. Ketika pergantian penyearah yang tepat diperoleh, karakteristik kecepatan torsi dari BLDC sama dengan yang dari motor DC berikut. Tegangan variabel dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan dan torsi variabel motor.

Pergantian transistor daya memungkinkan belitan yang tepat di stator untuk menghasilkan torsi terbaik tergantung pada posisi rotor. Dalam motor BLDC, MCU harus mengetahui posisi rotor dan dapat melakukan pergantian pada waktu yang tepat.

Pergantian Trapesium Motor BLDC

Salah satu metode paling sederhana untuk DC Brushless Motors adalah menggunakan apa yang disebut pergantian trapesium.

Diagram blok yang disederhanakan dari pengontrol tangga untuk motor BLDC dalam diagram skematik ini

Dalam skema ini, arus dikendalikan oleh sepasang terminal motor sekaligus, sedangkan terminal motor ketiga selalu terputus secara elektronik dari catu daya.    

Tiga perangkat aula yang tertanam dalam motor besar digunakan untuk memberikan sinyal digital yang mengukur posisi rotor di sektor 60 derajat dan memberikan informasi ini di pengontrol motor. Karena aliran arus sama pada dua belitan pada satu waktu dan nol pada yang ketiga, metode ini menghasilkan vektor ruang saat ini dengan hanya satu dari enam arah yang sama. Saat motor dikemudikan, arus di terminal motor diaktifkan secara elektrik (pergantian yang diperbaiki) sekali 60 derajat rotasi, sehingga vektor ruang saat ini selalu pada pergeseran fase 90 derajat terdekat dari

Posisi 30 derajat

Kontrol trapesium: Bentuk gelombang dan torsi di penyearah

Bentuk gelombang saat ini dalam setiap belitan adalah trapesium, mulai dari nol dan pergi ke arus positif kemudian nol kemudian arus negatif. Ini menghasilkan vektor ruang saat ini yang akan mendekati rotasi seimbang karena melangkah ke atas dalam 6 arah yang berbeda saat rotor berputar.

Dalam aplikasi motor seperti AC dan lemari es, penggunaan sensor aula tidak konstan. Sensor potensial terbalik yang diinduksi pada belitan tak terhubung dapat digunakan untuk mencapai hasil yang sama.

Sistem penggerak trapesium seperti itu sangat umum karena kesederhanaan sirkuit kontrol mereka, tetapi mereka menderita masalah riak torsi selama perbaikan.

Sinusoidal Pernyataan Ditentukan untuk Motor BLDC

Pergantian penyearah trapesium tidak cukup untuk memberikan kontrol motor BLDC yang seimbang dan akurat. Ini terutama karena torsi yang dihasilkan dalam tiga fase Motor tanpa sikat (dengan gaya elektromotif penghitung gelombang sinusoidal) didefinisikan oleh persamaan berikut:

Torsi poros berputar = KT [irsin (O)+ISSIN (O+120)+itsin (O+240)]

Di mana: O adalah sudut listrik dari kT poros berputar adalah konstanta torsi motor IR, dan untuk arus fase jika arus fase adalah sinusoidal: IR = i0sino; IS = i0sin (+120o); Itu = i0sin (+240o)

akan mendapatkan: torsi poros berputar = 1.5i0 * kt (konstan independen dari sudut poros berputar)

Penyearah sinusoidal, pengontrol motor tanpa sikat yang melakukan usaha untuk menggerakkan tiga belitan motor dengan tiga arus yang dengan lancar bervariasi sinusoid ketika motor berputar. Fase terkait dari arus ini dipilih sedemikian rupa sehingga mereka akan menghasilkan vektor ruang yang halus dari arus rotor ke arah ortogonal ke rotor dengan invarian. Ini menghilangkan riak torsi dan pulsa kemudi yang terkait dengan kemudi utara.

Untuk menghasilkan modulasi sinusoidal yang halus dari arus motor saat motor berputar, diperlukan pengukuran posisi rotor yang akurat. Perangkat Hall hanya memberikan perhitungan kasar posisi rotor, yang tidak cukup untuk tujuan ini. Untuk alasan ini, diperlukan umpan balik sudut dari encoder atau perangkat serupa.

Diagram blok yang disederhanakan dari pengontrol gelombang motor BLDC

Karena arus yang berliku harus digabungkan untuk menghasilkan vektor ruang arus rotor konstan yang halus dan karena masing -masing belitan stator diposisikan pada sudut terpisah 120 derajat, arus di setiap bank kawat harus sinusoidal dan memiliki pergeseran fase 120 derajat. Informasi posisi dari enkoder digunakan untuk mensintesis dua gelombang sinus dengan pergeseran fase 120 derajat di antara keduanya. Sinyal -sinyal ini kemudian dikalikan dengan perintah torsi sehingga amplitudo gelombang sinus sebanding dengan torsi yang diperlukan. Akibatnya, dua perintah arus sinusoidal bertahap dengan benar, sehingga menghasilkan vektor ruang arus stator berputar dalam arah ortogonal.

Perintah arus sinusoidal menandakan output sepasang pengontrol PI yang memodulasi arus dalam dua belitan motor yang sesuai. Arus dalam belitan rotor ketiga adalah jumlah negatif dari arus belitan terkontrol dan karenanya tidak dapat dikontrol secara terpisah. Output dari masing -masing pengontrol PI dikirim ke modulator PWM dan kemudian ke jembatan output dan dua terminal motor. Tegangan yang diterapkan pada terminal motor ketiga berasal dari jumlah negatif dari sinyal yang diterapkan pada dua belitan pertama, digunakan secara tepat untuk tiga tegangan sinusoidal berjarak 120 derajat terpisah.

Akibatnya, gelombang arus output aktual secara akurat melacak sinyal perintah arus sinusoidal, dan vektor ruang arus yang dihasilkan berputar dengan lancar untuk distabilkan secara kuantitatif dan berorientasi pada arah yang diinginkan.

Hasil kemudi penyearah sinusoidal dari kontrol yang distabilkan tidak dapat dicapai dengan kemudi penyearah trapesium secara umum. Namun, karena efisiensinya yang tinggi pada kecepatan motor rendah, ia akan terpisah pada kecepatan motor yang tinggi. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa dengan meningkatnya kecepatan, pengontrol pengembalian saat ini harus melacak sinyal sinusoidal dari peningkatan frekuensi. Pada saat yang sama, mereka harus mengatasi gaya elektromotif penghitung motor yang meningkat dalam amplitudo dan frekuensi ketika kecepatan meningkat.

Karena pengontrol PI memiliki gain terbatas dan respons frekuensi, gangguan waktu-invarian ke loop kontrol saat ini akan menyebabkan lag fase dan kesalahan gain pada arus motor yang meningkat dengan kecepatan yang lebih tinggi. Ini akan mengganggu arah vektor ruang saat ini sehubungan dengan rotor, sehingga menyebabkan perpindahan dari arah quadrature.

Ketika ini terjadi, lebih sedikit torsi dapat dihasilkan oleh sejumlah arus, sehingga lebih banyak arus diperlukan untuk mempertahankan torsi. Efisiensi berkurang.

Penurunan ini akan berlanjut seiring meningkatnya kecepatan. Pada titik tertentu, perpindahan fase arus melebihi 90 derajat. Ketika ini terjadi, torsi dikurangi menjadi nol. Melalui kombinasi sinusoidal, kecepatan pada titik di atas ini menghasilkan torsi negatif dan karenanya tidak dapat direalisasikan.

Algoritma Kontrol Motor AC

Kontrol skalar

Kontrol skalar (atau kontrol V/Hz) adalah metode sederhana untuk mengendalikan kecepatan motor perintah

Model steady state dari motor perintah terutama digunakan untuk mendapatkan teknologi, sehingga kinerja sementara tidak dimungkinkan. Sistem tidak memiliki loop saat ini. Untuk mengontrol motor, catu daya tiga fase hanya bervariasi dalam amplitudo dan frekuensi.

Kontrol vektor atau kontrol orientasi medan magnet

Torsi dalam motor bervariasi sebagai fungsi dari medan magnet stator dan rotor dan puncak ketika kedua bidang tersebut saling ortogonal. Dalam kontrol berbasis skalar, sudut antara dua medan magnet bervariasi secara signifikan.

Kontrol vektor berhasil membuat ortogonalitas lagi di motor AC. Untuk mengontrol torsi, masing -masing menghasilkan arus dari fluks magnet yang dihasilkan untuk mencapai responsif mesin DC. Kontrol vektor motor yang diperintahkan AC mirip dengan kontrol motor DC yang tereksitasi secara terpisah.

Dalam motor DC, energi medan magnet φF yang dihasilkan oleh arus eksitasi IF ortogonal dengan fluks jangkar φA yang dihasilkan oleh arus jangkar IA. Medan magnet ini dipisahkan dan distabilkan sehubungan dengan satu sama lain. Akibatnya, ketika arus jangkar dikendalikan untuk mengontrol torsi, energi medan magnet tetap tidak terpengaruh dan respons sementara yang lebih cepat diwujudkan.

Kontrol berorientasi lapangan (FOC) dari motor AC tiga fase terdiri dari meniru operasi motor DC. Semua variabel terkontrol ditransformasikan secara matematis menjadi DC bukan AC. Torsi dan fluks kontrol independen targetnya.

Ada dua metode kontrol orientasi medan (FOC): Direct Foc: arah medan magnet rotor (rotorfluxangle) dihitung secara langsung oleh fluks pengamat tidak langsung FOC: arah medan magnet rotor (rotorfluxangle) diperoleh secara tidak langsung dengan estimasi atau pengukuran kecepatan rotor dan slip (slip).

Kontrol vektor membutuhkan pengetahuan tentang posisi fluks rotor dan dapat dihitung dengan algoritma canggih menggunakan pengetahuan tentang arus dan tegangan terminal (menggunakan model dinamis motor induksi AC). Namun, dari sudut pandang implementasi, kebutuhan akan sumber daya komputasi sangat penting.

Pendekatan yang berbeda dapat digunakan untuk mengimplementasikan algoritma kontrol vektor. Teknik FeedForward, estimasi model dan teknik kontrol adaptif semuanya dapat digunakan untuk meningkatkan respons dan stabilitas.

Kontrol vektor motor AC: pemahaman yang lebih dalam

Di jantung algoritma kontrol vektor adalah dua konversi penting: konversi Clark, konversi taman dan kebalikannya. Penggunaan transisi Clark dan Park memungkinkan kontrol arus rotor ke daerah rotor. Hal ini memungkinkan sistem kontrol rotor untuk menentukan tegangan yang harus dipasok ke rotor untuk memaksimalkan torsi di bawah beban yang bervariasi secara dinamis.

Konversi Clark: Konversi matematika Clark memodifikasi sistem tiga fase menjadi sistem dua koordinat:

Di mana IA dan IB adalah komponen dari datum ortogonal dan IO adalah komponen homoplanar yang tidak penting

Sistem referensi rotor tiga fase versus rotasi

Konversi taman: Konversi matematika taman mengubah sistem statis dua arah menjadi vektor sistem rotasi.

Representasi bingkai α, β dua fase dihitung dengan konversi Clarke dan kemudian dimasukkan ke dalam modul rotasi vektor di mana ia memutar sudut θ agar sesuai dengan bingkai D, Q yang melekat pada energi rotor. Menurut persamaan di atas, konversi sudut θ direalisasikan.

Struktur dasar kontrol vektor berorientasi medan magnet motor AC

Transformasi Clarke menggunakan arus tiga fase IA, IB serta IC, yang berada dalam fase stator koordinat tetap diubah menjadi ISD dan ISQ, yang menjadi elemen dalam transformasi taman D, q. Transformasi Clarke didasarkan pada model fluks motor. Arus ISD, ISQ dan sudut fluks sesaat θ, yang dihitung dari model fluks motor, digunakan untuk menghitung torsi listrik motor induksi AC.

Dasar -dasar Kontrol Vektor Motor AC

Nilai -nilai yang diturunkan ini dibandingkan satu sama lain dan nilai referensi dan diperbarui oleh pengontrol PI.

Tabel 1: Perbandingan Kontrol In-Line Motor dan Kontrol Vektor:

Parameter kontrol	Kontrol V/Hz	Kontrol Yari	Kontrol sagital tanpa sensor
Penyesuaian kecepatan	1%	0 001%	0 05%
Penyesuaian torsi	Miskin	+/- 2%	+/- 5%
Model Motor	Jangan	Tuntutan	Model yang akurat diperlukan
Kekuatan pemrosesan MCU	Rendah	Tinggi	Tinggi +DSP

Keuntungan yang melekat dari kontrol motor berbasis vektor adalah dimungkinkan untuk menggunakan prinsip yang sama untuk memilih model matematika yang sesuai untuk secara terpisah mengontrol berbagai jenis motor AC, PM-AC atau BLDC.

Kontrol vektor motor BLDC

Motor BLDC adalah pilihan utama untuk kontrol vektor berorientasi lapangan. Brushless motor dengan FOC dapat mencapai efisiensi yang lebih tinggi, hingga 95%, dan juga sangat efisien untuk motor dengan kecepatan tinggi.

Kontrol motor stepper

Kontrol motor stepper biasanya mengadopsi arus penggerak dua arah, dan loncatan motornya direalisasikan dengan mengganti belitan secara berurutan. Biasanya jenis motor stepper ini memiliki 3 urutan drive:

1. 
   

   Drive langkah penuh fase tunggal:

   
   

Dalam mode ini, belitan ditenagai dalam urutan berikut, AB/CD/BA/DC (BA berarti bahwa AB belitan didukung dalam arah yang berlawanan). Urutan ini disebut mode langkah penuh fase tunggal, atau mode yang digerakkan gelombang. Pada suatu waktu, hanya ada satu biaya tambahan.

2. Drive Langkah Lengkap Fase Ganda:

Dalam mode ini, kedua fase diisi bersama -sama, sehingga rotor selalu antara kedua kutub. Mode ini disebut langkah penuh biphase, mode ini adalah urutan penggerak normal motor bipolar, dapat menghasilkan torsi maksimum.

3. Mode setengah langkah:

Mode ini akan langkah fase tunggal dan dua fase langkah bersama-sama daya: daya fase tunggal, dan kemudian ganda menambah daya, dan kemudian daya fase tunggal ... oleh karena itu, motor berjalan dalam penambahan setengah langkah. Mode ini disebut mode setengah langkah, dan sudut langkah efektif motor per eksitasi berkurang setengahnya, dan torsi output juga lebih rendah.

Tiga mode di atas dapat digunakan untuk berputar ke arah yang berlawanan (berlawanan arah jarum jam), tetapi tidak jika urutan terbalik.

Biasanya, motor stepper memiliki banyak kutub untuk mengurangi sudut langkah, tetapi jumlah belitan dan urutan penggerak konstan.

Algoritma Kontrol Motor Umum

Kontrol Kecepatan Motor Umum, terutama penggunaan dua sirkuit motor: Kontrol Sudut Fase PWM Chopper Control

Kontrol sudut fase

Kontrol sudut fase adalah metode paling sederhana untuk mengontrol kecepatan motor umum. Kecepatan dikendalikan dengan mengubah sudut busur triac. Kontrol sudut fase adalah solusi yang sangat ekonomis, namun, tidak terlalu efisien dan rentan terhadap gangguan elektromagnetik (EMI).

Kontrol sudut fase motor umum

Diagram yang ditunjukkan di atas menggambarkan mekanisme kontrol sudut fase dan merupakan aplikasi khas kontrol kecepatan triac. Pergerakan fase pulsa gerbang triac menghasilkan tegangan yang efisien, sehingga menghasilkan kecepatan motor yang berbeda, dan sirkuit deteksi nol-cross digunakan untuk menetapkan referensi waktu untuk menunda pulsa gerbang.

PWM Chopper Control

Kontrol PWM adalah solusi yang lebih maju untuk kontrol kecepatan motor umum. Dalam solusi ini, daya mofset, atau IGBT, menyalakan tegangan garis AC frekuensi tinggi untuk menghasilkan tegangan yang bervariasi waktu untuk motor.

PWM Chopper Control untuk Motor Umum

Rentang frekuensi switching umumnya 10-20kHz untuk menghilangkan kebisingan. Metode kontrol motor tujuan umum ini memungkinkan kontrol arus yang lebih baik dan kinerja EMI yang lebih baik, dan oleh karena itu, efisiensi yang lebih tinggi.