- Çalışma Prensibi ve Yapısı
- Fırçalanmış DC Motor
- Fırçasız DC Motorlar
- Avantaj ve Dezavantajlar
- Uygulamalar
- Fırçasız ve Fırçalı DC Motorlar arasında seçim yaparken dikkate alınması gereken faktörler
Elektrik motorları hayatımızın büyük bir parçası haline geldi. Elektrikli arabalardan dronlara, robotlara ve diğer Elektronik Cihazlara kadar her türlü cihazda bulunurlar. Genel anlamda elektrik motoru, elektrik enerjisini mekanik enerjiye çeviren bir cihazdır. Benzer prensiplerde çalıştıkları ve teorik olarak jeneratörlere dönüştürülebildikleri için genellikle jeneratörlerin tam tersi olarak adlandırılırlar. Esasen dönme hareketinin gerekli olduğu durumlarda kullanılırlar ve cihazlarda (titreşim motorları), robotlarda, tıbbi ekipmanlarda, oyuncaklarda ve çok daha fazlasında uygulama bulurlar.
Elektrik motorları, kendileri için kullanılan güç kaynağının türüne göre iki geniş kategoriye ayrılabilir: AC Motorlar ve DC Motorlar. Adından da anlaşılacağı gibi, AC motorlar genel olarak AC güç kaynakları (tek fazlı veya üç fazlı) kullanılarak çalıştırılır ve çoğunlukla çok fazla torkun gerekli olduğu Endüstriyel ve ağır hizmet uygulamalarında kullanılır. Öte yandan, DC motorlar (bugün odak noktamız) genellikle daha küçüktür ve AC motorlara kıyasla önemli ölçüde daha az iş gerektiren batarya (veya DC kaynaklarına takılı) tabanlı uygulamalarda kullanılır. Tıraş makası gibi günlük cihazlardan çocuklar için oyuncaklara, robotlara ve diğerlerinin yanı sıra drone'lara kadar çeşitli cihazlarda uygulamalar buluyorlar.
DC motor gereksinimi, bir uygulamadan diğerine farklılık gösterir, çünkü bir uygulama daha fazla tork gerektirebilir ve hızı düşürebilirken, diğeri daha fazla hız ve azaltılmış tork gerektirebilir, bu nedenle DC motorlar bazen buna göre satış ekibi tarafından sınıflandırılır. Bununla birlikte, DC motorlar üç farklı kategori veya tipte sınıflandırılabilir;
- Fırçalanmış DC Motor
- Fırçasız DC Motorlar
- Servo motorlar.
Bugünkü Makale için, çalışma prensibi, İnşaat, uygulamalar, avantajlar ve dezavantajlar doğrultusunda aralarındaki farkı incelerken, odak noktamız Fırçasız ve Fırçalı DC motorlar olacaktır. Üçüncü tip için Servo Motor'un detaylı yazısına göz atabilirsiniz.
Çalışma Prensibi ve Yapısı
Tüm motorların çalışması genel olarak iki prensibe dayanmaktadır ; Amper kanunu ve faraday kanunu. İlk yasa devletler bir manyetik alan içine yerleştirilmiş bir elektrik iletkeni bir kuvvete maruz olacağı iletkenden geçen herhangi bir geçerli bu alana dik açıda bir bileşen varsa. Bir iletken bir manyetik alan boyunca hareket halinde İkinci ilke, daha sonra bu alana hareket dikmesine herhangi bir bileşeni, bir potansiyel farkı üretecektir iletken uçları arasında.
Bu yasalara göre elektrik motorları iki ana bölümden oluşur; Kalıcı bir mıknatıs ve bir bobine sarılmış bir grup iletken. Bobine elektrik uygulayarak bir mıknatıs haline gelir ve mıknatısların benzer kutuplarda itmesi ve farklı kutuplarda çekmesi gerçeğinden hareketle dönme hareketi sağlanır.
Fırçalanmış DC Motor
Fırçalanmış DC motor, yukarıda açıklanan yasaları en basit şekilde uyguladığından en eski ve en basit motorlardan biri olarak bilinir. Aşağıdaki resimde açıklandığı gibi, fırçalanmış bir DC motorun yapısı, sabit bir mıknatıstan yapılmış sabit bir stator ve üzerinde komütatör, fırçalar ve ayrık halka gibi bileşenlerin hepsinin motorun etrafına yerleştirildiği hareketli bir armatürden (Rotor) oluşur. şaft.
Motora güç verildiğinde (batarya yoluyla veya bir AC'den DC'ye takılı bir kaynaktan), elektrik, genellikle motor şaftının zıt taraflarında bulunan fırçalar vasıtasıyla kaynaktan armatüre akar. Fırçalar (tasarımdaki varlığı motorun adının arkasındaki en önemli faktördür), komütatörle fiziksel temas yoluyla elektrik akımını armatüre aktarır. Armatüre (tel bobini) enerji verilir verilmez, bir mıknatıs gibi davranmaya başlar ve bu noktada kutupları, statoru oluşturan kalıcı mıknatısın kutuplarını itmeye başlar. Kutuplar itildikçe, armatürün takılı olduğu motor mili, armatür etrafındaki manyetik alanın gücüne bağlı bir hız ve torkla dönmeye başlar.
Manyetik alanın kuvveti genellikle fırçalara uygulanan voltajın ve stator için kullanılan kalıcı mıknatısın gücünün bir fonksiyonudur.
Fırçasız DC Motorlar
Aynı elektromanyetizma prensibini kullansalar da, fırçasız motorlar ise daha karmaşıktır. Fırçalı DC motorların verimliliğini artırmak için yapılan çabaların doğrudan bir sonucudur ve basitçe, değiştirme için fırça kullanımını benimsemeyen motorlar olarak tanımlanabilir. Bununla birlikte, bu tanımın basit doğası, motorun nasıl çalıştırıldığına ve açıklamaya çalışacağım fırçalar olmadan hareketin nasıl elde edildiğine dair sorulara yol açmaktadır.
Fırçalı motorların yapısının aksine, Fırçasız motorlarda işler ters çevrilir. Fırçalı motor durumunda stator içerisinde dönen armatür, fırçasız motorlarda sabittir ve fırçalı motorlarda sabitlenmiş olan kalıcı mıknatıs, fırçasız bir motorda rotor görevi görür. Basitçe ifade etmek gerekirse, fırçasız DC motorlar için stator bobinlerden oluşurken, rotoru (motor şaftının takılı olduğu) kalıcı bir mıknatıstan oluşur.
Fırçasız motor, armatüre güç sağlamak için fırça kullanımını ortadan kaldırdığı için, anahtarlama (komutasyon) daha karmaşık hale gelir ve hareketi elde etmek için ek elektronik bileşenler (optik kodlayıcı gibi bir komütasyon bileşeni tarafından tetiklenen bir amplifikatör gibi) kullanılarak elektronik olarak gerçekleştirilir.. Fırçasız DC motorlar için komutasyon algoritmaları ikiye ayrılabilir; Sensör tabanlı ve anlamsız iletişim.
Sensör tabanlı komutasyonda, rotor konumunu tahmin etmesine yardımcı olmak için kontrol devresine geri bildirim sağlamak için motorun kutupları boyunca sensörler (örneğin, salon sensörü) yerleştirilir. Sensör tabanlı komutasyon için kullanılan üç popüler algoritma vardır;
- Trapez değiştirme
- Sinüzoidal komütasyon
- Vektör (veya alan odaklı) kontrol.
Bu kontrol algoritmalarının her birinin kendi artıları ve eksileri vardır ve algoritmalar, gerekli değişiklikleri yapmak için yazılıma ve elektronik donanımın tasarımına bağlı olarak farklı şekillerde uygulanabilir.
Öte yandan sensörsüz komutasyonda, motorların içine sensörler yerleştirilmek yerine, kontrol devresi rotor konumunu tahmin etmek için arka EMF'yi ölçmek üzere tasarlanmıştır.
Bu algoritma oldukça iyi performans gösterir ve salon sensörlerinin maliyeti ortadan kaldırıldığı için düşük maliyetlidir, ancak uygulaması sensör tabanlı algoritmalara kıyasla çok daha karmaşıktır.
Avantaj ve Dezavantajlar
Fırçalı DC motorlarda, fırçalar dönen komütatör ile sürekli temas halindedir. Bu, hatırı sayılır miktarda sürtünmeye yol açar ve bu da ısıya bağlı enerji kaybına ve fırçaların kademeli olarak aşınmasına yol açar. Bu nedenle, Fırçalı DC motorların verimliliği düşüktür ve periyodik bakım gerektirir. Bu, çok fazla sürtünme yaratır ve sürtünme, ısı (enerji kaybı) ve aşınma ve yıpranmaya eşittir. Öte yandan fırçasız DC, esasen sürtünmesizdir ve bu nedenle gerçekten yüksek verime sahiptir, sıfır bakım gerektirir ve fırçalanmış DC motorlardan daha uzun ömürlüdür.
Bununla birlikte, fırçalanmış DC motorlar, tasarımlarının basit doğası nedeniyle fırçasız emsallerine göre çok ucuzdur. Öte yandan fırçasız DC motorlar, karmaşık tasarımları ve onları sürmek için gereken ek elektronik bileşenlerin (kontrolörler) ekstra maliyeti nedeniyle oldukça pahalıdır.
Uygulamalar
Fırçasız DC motorlar günümüzde daha popüler olsa da, fırçalı DC motorlar, hız / tork oranlarının değiştirilebilmesi kolaylığı nedeniyle günlük ev aletlerinde, çocuk oyuncakları ve endüstriyel uygulamalarda hala kullanılmaktadır. Düşük maliyetleri nedeniyle, ana cihazın motorlardan önce arızalanabileceği uygulamalarda kullanılırlar.
Fırçasız DC motorlar ise tıbbi ekipmanlardan robotlara ve drone'lardan elektrikli arabalara, elektrikli aletlere kadar her türlü cihazda uygulama bulmuştur. Esasen yüksek verimlilik, uzun ömür gerektiren ve maliyetine değer uygulamalarda kullanılırlar.
Fırçasız ve Fırçalı DC Motorlar arasında seçim yaparken dikkate alınması gereken faktörler
Uygulamanız için hız, tork, güç derecesi ve diğer temel gerekliliklerin yanı sıra, uygulamanız için kullanılacak motor tipine karar verirken göz önünde bulundurmanın iyi olacağını düşündüğüm üç faktör var.
- Görev Döngüsü / Hizmet Ömrü
- Verimlilik
- Kontrol / Çalıştırma
- Maliyet
Görev Döngüsü / Hizmet Ömrü
Hizmet ömrü, motorun arızalanmadan önce ne kadar süre çalışması gerektiğini ve hangi görev döngüsünde olduğunu açıklar. Bu önemlidir, çünkü daha önce belirtildiği gibi fırçalanmış DC motor, fırçalar ve Komütatör arasındaki sürtünmeden dolayı aşınmaya duyarlıdır. Bu nedenle, uygulamanın, motorun hizmet ömrü boyunca işlevsel olacağı bir uygulama veya fırçalanmış DC motorlar kullanılacaksa, motora servis yapmanın normal ve ucuz kabul edileceği bir uygulama olmasını sağlamak önemlidir. Bunun güzel bir örneği, motor yıpranmadan önce oyuncakların genellikle atıldığı veya hasar gördüğü çocuk oyuncaklarıdır. Uzun servis ömrü olan uygulamalarda ve motora servis yapmak uygun bir seçenek değildir, fırçasız DC motorlar genellikle akıllıca bir seçenektir.
Verimlilik
Genel olarak, Fırçasız DC motorlar, fırçalanmış DC motorlara kıyasla daha yüksek bir genel verime sahiptir, ancak eşdeğer fırçasız motorlara kıyasla daha üstün verimliliğe sahip Demirsiz çekirdekli fırçalanmış motorlar vardır. Bununla birlikte, bir karar vermeden önce gerekli toplam verimi değerlendirmek ve her motorun verimiyle karşılaştırmak önemlidir. Verimliliğin belirleyici faktör olduğu çoğu durumda, fırçasız DC motorlar genellikle kazanır.
Kontrol / Çalıştırma
Fırçasız DC motorların kullanımı söz konusu olduğunda, bu genellikle en büyük aksiliklerden biridir. Denetleyiciler vb. Gibi ek gereksinimler, çalıştırmayı terminallerine bir pil bağlamak kadar önemsiz yöntemler ile çalıştırılabilen / çalıştırılan fırçalanmış DC motorlara kıyasla daha karmaşık hale getirir. Proje için fırçasız bir DC motor kullanımıyla ilgili karmaşıklık miktarının gerekçelendirildiğinden ve kontrolörler gibi destekleyici elektroniklerin hazır olduğundan emin olmalısınız. Fırçalanmış DC motorların basitliğinden bağımsız olarak, bazen yüksek hassasiyetli uygulamalar için uygun değildirler. Fırçalı DC motor, Arduino gibi kontrol cihazına kolayca bağlanabilirken, Arduino Uno ile bir BLDC'yi bağlamak çok karmaşıktır, ancak ESC (Elektronik Hız Kontrol Cihazı)), bir BLDC ile bir mikro denetleyici arasında arayüz oluşturmayı kolaylaştırır.
Maliyet
Fırçasız DC motor tasarımının karmaşıklığı, fırçalanmış DC motorlara kıyasla onları gerçekten pahalı kılar. Fırçasız DC motorlara geçmeden önce proje için ekstra maliyetlerin uygun sınırlar içinde olduğundan emin olun. Ayrıca bir karar vermeden önce BLDC'lerin kullanımı için gerekli diğer aksesuarların maliyetini de göz önünde bulundurun.