Motori bez četkica su različiti električni motori koji, za razliku od konvencionalnih motora na četke ili ugljen, Uklanjanje ugljena u motorima bez četkica povećava učinkovitost i dugovječnost ovih motora u usporedbi s konvencionalnim motorima na ugljen.
Zbog brojnih prednosti motora bez četkica, naši brojni alati koriste motore bez četkica kako bi vas pratili svojom jedinstvenom snagom u svakoj situaciji.Duži životni vijek, mala težina i manje buke među značajkama su koje razlikuju ove motore od motora na ugljen.
Motori su strojevi za isporuku energije
Kada se inženjeri suoče s izazovom dizajniranja električne opreme za obavljanje mehaničkih zadataka, mogli bi razmisliti o tome kako se električni signali pretvaraju u energiju.Dakle, aktuatori i motori su među uređajima koji pretvaraju električne signale u gibanje.Motori izmjenjuju električnu energiju u mehaničku.
Najjednostavniji tip motora je brušeni istosmjerni motor.U ovom tipu motora, električna struja prolazi kroz zavojnice koje su raspoređene unutar fiksnog magnetskog polja.Struja stvara magnetska polja u zavojnicama;ovo uzrokuje rotaciju sklopa zavojnice, jer se svaka zavojnica odguruje od sličnog pola i vuče prema suprotnom polu fiksnog polja.Kako bi se održala rotacija, potrebno je stalno preokretati struju—tako da će se polariteti zavojnice neprestano mijenjati, uzrokujući da zavojnice nastave "loviti" različite fiksne polove.Napajanje zavojnicama se dovodi preko fiksnih vodljivih četkica koje dolaze u kontakt s rotirajućim komutatorom;to je rotacija komutatora koja uzrokuje preokret struje kroz zavojnice.Komutator i četkice ključne su komponente koje razlikuju brušeni DC motor od ostalih tipova motora.Slika 1 ilustrira opći princip brušenog motora.
Slika 1: Rad brušenog istosmjernog motora.
Fiksne četke opskrbljuju električnom energijom rotirajući komutator.Kako se komutator okreće, on stalno mijenja smjer struje u zavojnicama, mijenjajući polaritete zavojnica tako da zavojnice održavaju rotaciju udesno.Komutator se okreće jer je pričvršćen na rotor na kojem su namotane zavojnice.
Motori se razlikuju prema vrsti napajanja (izmjenična ili istosmjerna) i načinu generiranja rotacije (slika 2).U nastavku ćemo ukratko pogledati značajke i namjene svake vrste.
Različite vrste motora
Brušeni istosmjerni motori, jednostavnog dizajna i lakog upravljanja, široko se koriste za otvaranje i zatvaranje ladica za diskove.U automobilima se često koriste za uvlačenje, izvlačenje i postavljanje bočnih prozora s električnim pogonom.Niska cijena ovih motora čini ih prikladnima za mnoge namjene.Međutim, jedan nedostatak je taj što se četke i komutatori relativno brzo troše kao rezultat njihovog stalnog kontakta, što zahtijeva čestu zamjenu i periodično održavanje.
Koračni motor pokreću impulsi;okreće se za određeni kut (korak) sa svakim impulsom.Budući da se rotacija precizno kontrolira brojem primljenih impulsa, ovi se motori naširoko koriste za prilagodbu položaja.Često se koriste, na primjer, za kontrolu uvlačenja papira u faks strojevima i pisačima—budući da ti uređaji uvlače papir u fiksnim koracima, koji se lako povezuju s brojanjem impulsa.Pauziranje se također može jednostavno kontrolirati, jer se rotacija motora zaustavlja odmah kada se pulsni signal prekine.
Kod sinkronih motora vrtnja je sinkrona s frekvencijom struje napajanja.Ovi se motori često koriste za pokretanje rotirajućih ladica u mikrovalnim pećnicama;reduktori u motornoj jedinici mogu se koristiti za postizanje odgovarajućih brzina vrtnje za zagrijavanje hrane.Kod asinkronih motora, također, brzina vrtnje varira s frekvencijom;ali kretanje nije sinkrono.U prošlosti su se ovi motori često koristili u električnim ventilatorima i perilicama rublja.
U uobičajenoj su uporabi različite vrste motora.U ovoj sesiji razmatramo prednosti i primjene istosmjernih motora bez četkica.
Zašto se BLDC motori okreću?
Kao što im naziv govori, istosmjerni motori bez četkica ne koriste četkice.Kod brušenih motora, četkice dovode struju kroz komutator u zavojnice na rotoru.Dakle, kako motor bez četkica propušta struju do zavojnica rotora?Nije—jer se zavojnice ne nalaze na rotoru.Umjesto toga, rotor je stalni magnet;zavojnice se ne okreću, već su učvršćene na statoru.Budući da se zavojnice ne pomiču, nema potrebe za četkicama i komutatorom.(Pogledajte sliku 3.)
S četkastim motorom, rotacija se postiže kontrolom magnetskih polja koja stvaraju zavojnice na rotoru, dok magnetsko polje koje stvaraju stacionarni magneti ostaje fiksno.Da biste promijenili brzinu vrtnje, promijenite napon za zavojnice.Kod BLDC motora, to je trajni magnet koji rotira;rotacija se postiže promjenom smjera magnetskih polja koja stvaraju okolni stacionarni svici.Za kontrolu rotacije, podešavate veličinu i smjer struje u ovim zavojnicama.
Budući da je rotor trajni magnet, nije mu potrebna struja, što eliminira potrebu za četkicama i komutatorom.Struja do fiksnih zavojnica kontrolira se izvana.
Prednosti BLDC motora
BLDC motor s tri zavojnice na statoru imat će šest električnih žica (dvije do svake zavojnice) koje se protežu iz ovih zavojnica.U većini implementacija tri od ovih žica bit će spojene interno, s tri preostale žice koje se protežu iz tijela motora (za razliku od dviju žica koje se protežu iz brušenog motora opisanog ranije).Ožičenje u kućištu BLDC motora je kompliciranije od jednostavnog povezivanja pozitivnih i negativnih terminala energetske ćelije;pobliže ćemo pogledati kako ti motori rade u drugoj sesiji ove serije.U nastavku zaključujemo pregledom prednosti BLDC motora.
Jedna velika prednost je učinkovitost, jer ovi motori mogu kontinuirano upravljati maksimalnom rotacijskom silom (momentom).Četkasti motori, nasuprot tome, postižu maksimalni okretni moment samo u određenim točkama rotacije.Da bi brušeni motor isporučivao isti okretni moment kao i model bez četkica, morali bi koristiti veće magnete.Zbog toga čak i mali BLDC motori mogu isporučiti značajnu snagu.
Druga velika prednost—povezana s prvom—je upravljivost.BLDC motori se mogu kontrolirati, pomoću mehanizama povratne sprege, kako bi isporučili točno željeni moment i brzinu vrtnje.Precizna kontrola zauzvrat smanjuje potrošnju energije i stvaranje topline, i—u slučajevima kada se motori napajaju iz baterija—produžuje vijek trajanja baterije.
BLDC motori također nude visoku izdržljivost i nisko stvaranje električne buke, zahvaljujući nedostatku četkica.Kod brušenih motora, četkice i komutator se troše kao rezultat neprekidnog pokretnog kontakta, a također proizvode iskre na mjestima gdje dođe do kontakta.Električni šum je posebno rezultat jakih iskrenja koja se obično javljaju na mjestima gdje četkice prolaze preko otvora u komutatoru.Zbog toga se BLDC motori često smatraju poželjnijima u primjenama gdje je važno izbjeći električni šum.
Idealne primjene za BLDC motore
Vidjeli smo da BLDC motori nude visoku učinkovitost i mogućnost upravljanja te da imaju dug radni vijek.Dakle, za što su dobri?Zbog svoje učinkovitosti i dugovječnosti naširoko se koriste u uređajima koji rade kontinuirano.Dugo se koriste u perilicama rublja, klima uređajima i drugoj potrošačkoj elektronici;au novije vrijeme pojavljuju se i kod ventilatora, gdje je njihova visoka učinkovitost pridonijela značajnom smanjenju potrošnje električne energije.
Također se koriste za pogon vakuumskih strojeva.U jednom slučaju, promjena u programu upravljanja rezultirala je velikim skokom u brzini vrtnje—primjer vrhunske upravljivosti koju nude ovi motori.
BLDC motori se također koriste za okretanje tvrdih diskova, gdje njihova izdržljivost održava pouzdan rad pogona na duge staze, dok njihova energetska učinkovitost pridonosi smanjenju energije u području gdje to postaje sve važnije.
Prema široj upotrebi u budućnosti
Možemo očekivati da ćemo BLDC motore koristiti u širem rasponu primjena u budućnosti.Na primjer, vjerojatno će se naširoko koristiti za pokretanje uslužnih robota—malih robota koji pružaju usluge u drugim područjima osim proizvodnje.Moglo bi se pomisliti da bi koračni motori bili prikladniji u ovoj vrsti primjene, gdje bi se impulsi mogli koristiti za preciznu kontrolu pozicioniranja.Ali BLDC motori su prikladniji za kontrolu sile.A uz koračni motor, držanje strukture kao što je robotska ruka zahtijeva relativno veliku i kontinuiranu struju.Uz BLDC motor, sve što bi bilo potrebno je struja proporcionalna vanjskoj sili—što omogućuje energetski učinkovitiju kontrolu.BLDC motori također mogu zamijeniti jednostavne brušene istosmjerne motore u kolicima za golf i kolicima za mobilnost.Uz njihovu bolju učinkovitost, BLDC motori također mogu pružiti precizniju kontrolu—što zauzvrat može dodatno produžiti trajanje baterije.
BLDC motori su također idealni za dronove.Njihova sposobnost pružanja precizne kontrole čini ih posebno prikladnima za bespilotne letjelice s više rotora, gdje se položaj drona kontrolira preciznom kontrolom brzine rotacije svakog rotora.
U ovoj smo sesiji vidjeli kako BLDC motori nude izvrsnu učinkovitost, mogućnost upravljanja i dugovječnost.Ali pažljiva i pravilna kontrola ključna je za potpuno iskorištavanje potencijala ovih motora.U našoj sljedećoj sesiji, pogledat ćemo kako ti motori rade.
Vrijeme objave: 21. kolovoza 2023