Dalam industri kawalan bendalir kecil, motor tanpa berus ialah sumber kuasa teras untuk peralatan arus perdana, termasuk pam air kecil dan pam vakum kecil. Injap solenoid kecil bekerjasama dengan motor untuk mencapai peraturan aliran automatik. Baru-baru ini, banyak pembeli peralatan telah memberi tumpuan kepada prestasi BLDC; oleh itu, kami melancarkan artikel sains popular bersiri untuk membongkar pengetahuan teras motor berkecekapan tinggi ini.
Memahami prinsip dan aplikasi motor berkecekapan tinggi: Motor elektrik menukar tenaga elektrik yang dibekalkan kepada tenaga mekanikal. Pelbagai jenis motor elektrik digunakan secara meluas. Antaranya, motor DC tanpa berus (BLDC) sangat cekap dan mempunyai kebolehkawalan yang sangat baik, dan digunakan secara meluas dalam banyak aplikasi. Berbanding dengan jenis motor lain, motor BLDC mempunyai kelebihan penjimatan tenaga.
Motor elektrik ialah mesin penghantaran elektrik.
Apabila jurutera menghadapi cabaran untuk mereka bentuk peralatan elektrik untuk melaksanakan tugas mekanikal, mereka mungkin mempertimbangkan bagaimana isyarat elektrik ditukar kepada tenaga. Oleh itu, penggerak dan motor adalah antara peranti yang menukar isyarat elektrik kepada gerakan. Motor menukar tenaga elektrik kepada tenaga mekanikal.
Motor elektrik yang paling mudah ialah motor DC tanpa berus. Dalam motor jenis ini, arus mengalir melalui gegelung yang diletakkan dalam medan magnet tetap. Arus menjana medan magnet dalam gegelung; ini menyebabkan pemasangan gegelung berputar apabila setiap gegelung ditolak dari kutubnya sendiri dan ditarik ke arah kutub medan magnet tetap. Untuk mengekalkan putaran, arus perlu sentiasa diterbalikkan, menyebabkan kekutuban gegelung terus terbalik, menyebabkan gegelung terus "mengejar" kutub medan magnet yang bertentangan. Kuasa kepada gegelung dibekalkan oleh berus konduktif tetap yang menghubungi komutator berputar; putaran komutator menyebabkan arus mengalir melalui gegelung ke arah yang bertentangan. Komutator dan berus ialah komponen utama yang membezakan motor DC berus daripada motor lain.
Rajah 1 menggambarkan prinsip am motor DC berus.
Rajah 1 menggambarkan prinsip am motor DC berus.
Rajah 1: Pengendalian motor DC berus.
Berus tetap membekalkan tenaga elektrik kepada komutator berputar. Apabila komutator berputar, ia secara berterusan membalikkan arah arus yang mengalir ke gegelung, dengan itu membalikkan kekutuban gegelung dan mengekalkannya berputar ke kanan. Komutator berputar kerana ia disambungkan kepada pemutar di mana gegelung dipasang.
Jenis Motor Biasa
Motor berbeza dalam jenis kuasanya (AC atau DC) dan kaedah penjanaan putaran (Rajah 2). Di bawah, kami memperkenalkan secara ringkas ciri dan aplikasi setiap jenis.
Rajah 2: Pelbagai Jenis Motor
Motor DC berus adalah reka bentuk yang ringkas, mudah dikawal dan digunakan secara meluas untuk membuka dan menutup dulang cakera. Dalam kereta, ia biasanya digunakan untuk menarik balik, memanjangkan dan meletakkan tingkap sisi elektrik. Kos rendah motor ini menjadikannya sesuai untuk banyak aplikasi. Walau bagaimanapun, kelemahannya ialah berus dan komutator cenderung haus dengan cepat disebabkan sentuhan berterusan, memerlukan penggantian yang kerap dan penyelenggaraan yang kerap.
Motor stepper didorong oleh denyutan; bagi setiap nadi yang diterima, ia berputar mengikut sudut tertentu (langkah). Oleh kerana proses putaran dikawal sepenuhnya oleh bilangan denyutan yang diterima, motor ini digunakan secara meluas untuk pelarasan kedudukan. Ia sering digunakan untuk mengawal proses suapan kertas dalam mesin faks dan pencetak—kerana peranti ini menyuap kertas dalam langkah tetap, dan langkah ini mudah dikaitkan dengan kiraan nadi. Kawalan jeda juga mudah dilaksanakan, kerana putaran motor berhenti serta-merta apabila isyarat nadi terganggu.
Apabila menggunakan motor segerak, putaran disegerakkan dengan kekerapan arus bekalan kuasa. Motor ini biasanya digunakan untuk memacu dulang berputar dalam ketuhar gelombang mikro; gear pengurangan dalam unit motor memberikan kelajuan putaran yang sesuai untuk memanaskan makanan. Motor aruhan, kelajuan putaran berbeza mengikut kekerapan, tetapi pergerakannya tidak segerak. Pada masa lalu, motor ini biasanya digunakan dalam kipas elektrik dan mesin basuh.
Terdapat pelbagai jenis motor yang biasa digunakan; dalam bahagian ini, kita akan melihat kelebihan dan aplikasi motor DC tanpa berus.
Mengapa motor BLDC berputar?
Seperti namanya, motor DC tanpa berus tidak menggunakan berus. Dalam motor berus, berus memindahkan arus ke gegelung pada pemutar melalui komutator. Jadi, bagaimanakah motor tanpa berus memindahkan arus ke gegelung pemutar? Tiada—kerana gegelung tidak terletak pada pemutar. Rotor adalah magnet kekal; gegelung tidak berputar tetapi dipasang pada stator. Kerana gegelung tidak bergerak, berus dan komutator tidak diperlukan. (Lihat Rajah 3) Dalam motor berus, putaran dicapai dengan mengawal medan magnet yang dihasilkan oleh gegelung pada pemutar, manakala medan magnet yang dihasilkan oleh magnet pegun kekal malar. Untuk menukar kelajuan putaran, voltan merentasi gegelung perlu ditukar. Dalam motor BLDC, magnet kekal berputar; putaran dicapai dengan menukar arah medan elektromagnet yang dihasilkan oleh gegelung pegun di sekelilingnya. Untuk mengawal putaran, magnitud dan arah arus yang mengalir ke dalam gegelung ini perlu dilaraskan.
Rajah 3: Motor BLDC.
Memandangkan rotor adalah magnet kekal, ia tidak memerlukan arus, sekali gus menghapuskan keperluan untuk berus dan komutator. Arus ke gegelung pegun dikawal secara luaran.
Kelebihan BLDC Motors
Motor BLDC dengan tiga gegelung pada stator akan mempunyai enam wayar (dua untuk setiap gegelung) memanjang daripada gegelung ini. Dalam kebanyakan pelaksanaan, tiga wayar ini akan disambungkan secara dalaman, dengan baki tiga lagi memanjang dari badan motor (berbeza dengan dua wayar motor berus yang diterangkan sebelum ini). Pendawaian dalam selongsong motor BLDC adalah lebih kompleks daripada sekadar menyambungkan terminal positif dan negatif unit bekalan kuasa; kami akan meneliti cara kerja motor ini dengan lebih terperinci dalam Bahagian II siri ini. Di bawah, kami membuat kesimpulan dengan memahami kelebihan motor BLDC.
Kelebihan ketara ialah kecekapan, kerana motor ini boleh beroperasi secara berterusan pada tork maksimum. Sebaliknya, motor berus hanya boleh mencapai tork maksimum pada titik putaran tertentu. Untuk memberikan tork yang sama seperti motor tanpa berus, motor berus memerlukan magnet yang lebih besar. Inilah sebabnya mengapa walaupun motor BLDC kecil boleh memberikan kuasa yang besar.
Kelebihan utama kedua yang berkaitan dengan yang pertama ialah kebolehkawalan. Motor BLDC boleh dikawal melalui mekanisme maklum balas, dengan tepat memberikan tork dan kelajuan yang diperlukan. Kawalan yang tepat, seterusnya, mengurangkan penggunaan tenaga dan penjanaan haba, dan—dalam kes di mana motor berkuasa bateri—memanjangkan hayat bateri.
Kerana tiada berus, motor BLDC juga menawarkan ketahanan tinggi dan penjanaan bunyi elektrik yang rendah. Dengan motor berus, berus dan komutator haus akibat sentuhan bergerak berterusan, menghasilkan percikan api pada titik sentuhan. Bunyi elektrik, khususnya, terhasil daripada percikan api yang kuat dengan mudah dijana semasa berus melalui celah komutator. Inilah sebabnya mengapa motor BLDC biasanya dianggap sebagai pilihan yang lebih baik dalam aplikasi di mana bunyi elektrik mesti dielakkan.
Aplikasi Ideal BLDC Motors
Kami telah melihat bahawa motor BLDC menawarkan kecekapan dan kebolehkawalan yang tinggi, dan ia mempunyai hayat operasi yang panjang. Jadi apakah kegunaan mereka? Oleh kerana kecekapan dan jangka hayatnya, ia digunakan secara meluas dalam peralatan yang beroperasi secara berterusan. Mereka telah lama digunakan dalam mesin basuh, penghawa dingin, dan elektronik pengguna lain; baru-baru ini, mereka juga muncul dalam peminat, di mana kecekapan tinggi mereka mengurangkan penggunaan kuasa dengan ketara.
Ia juga digunakan untuk memandu mesin vakum. Dalam satu kes, perubahan dalam program kawalan mengakibatkan lompatan dramatik dalam kelajuan—contoh tahap kebolehkawalan yang tinggi yang ditawarkan oleh motor ini.
Motor BLDC juga digunakan untuk memacu pemacu cakera keras; ketahanannya membolehkan pemacu beroperasi dengan pasti untuk tempoh yang panjang, manakala kecekapan kuasanya membantu mengurangkan penggunaan tenaga dalam sektor yang semakin penting.
Ke Arah Aplikasi Masa Depan yang Lebih Luas
Kami boleh menjangkakan bahawa pada masa hadapan, motor BLDC akan digunakan secara meluas dalam pelbagai aplikasi yang lebih luas. Contohnya, mereka mungkin digunakan secara meluas untuk memacu robot perkhidmatan—robot kecil yang menyediakan perkhidmatan dalam sektor di luar pembuatan. Seseorang mungkin berfikir bahawa motor stepper lebih sesuai untuk jenis aplikasi ini, kerana denyutan boleh digunakan untuk kawalan kedudukan yang tepat. Walau bagaimanapun, motor BLDC lebih sesuai untuk mengawal daya. Menggunakan motor stepper, mengekalkan kedudukan struktur seperti lengan robot memerlukan arus yang agak besar dan berterusan. Dengan motor BLDC, arus yang diperlukan adalah berkadar dengan daya luaran, menghasilkan kawalan yang lebih cekap tenaga. Motor BLDC juga boleh menggantikan motor DC berus mudah dalam kereta golf dan kenderaan mudah alih. Selain kecekapan yang lebih tinggi, motor BLDC menawarkan kawalan yang lebih tepat – yang seterusnya boleh memanjangkan hayat bateri.
Motor BLDC juga sesuai untuk dron. Keupayaan mereka untuk memberikan kawalan yang tepat menjadikannya sangat sesuai untuk dron berbilang pemutar, membolehkan kawalan tepat terhadap sikap dron dengan mengawal kelajuan putaran setiap pemutar.
