Fırçasız motorlar, geleneksel fırçalı veya kömürlü motorlardan farklı olarak, fırçasız motorlarda kömürün uzaklaştırılması, geleneksel kömürlü motorlara kıyasla bu motorların verimliliğini ve ömrünü artıran çeşitli elektrik motorlarıdır.
Fırçasız motorların sayısız avantajları nedeniyle, birçok aletimiz her durumda benzersiz güçleriyle size eşlik edecek fırçasız motorlar kullanır.Daha uzun ömür, hafiflik ve daha az gürültü üretimi bu motorları kömürle çalışan motorlardan ayıran özellikler arasındadır.
Motorlar Güç Dağıtım Makineleridir
Mühendisler, mekanik görevleri yerine getirecek elektrikli ekipman tasarlama zorluğuyla karşı karşıya kaldıklarında, elektrik sinyallerinin nasıl enerjiye dönüştürüleceğini düşünebilirler.Yani aktüatörler ve motorlar elektrik sinyallerini harekete dönüştüren cihazlar arasındadır.Motorlar elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür.
En basit motor tipi fırçalanmış DC motordur.Bu tip motorlarda elektrik akımı sabit bir manyetik alan içerisinde düzenlenmiş bobinlerden geçirilir.Akım, bobinlerde manyetik alanlar oluşturur;bu, her bir bobin benzer kutuptan uzağa itildiğinden ve sabit alanın farklı kutbuna doğru çekildiğinden, bobin düzeneğinin dönmesine neden olur.Dönmeyi sürdürmek için akımı sürekli olarak tersine çevirmek gerekir; böylece bobin kutupları sürekli olarak değişir ve bobinlerin farklı sabit kutupları "kovalamaya" devam etmesine neden olur.Bobinlere güç, dönen bir komütatörle temas eden sabit iletken fırçalar aracılığıyla sağlanır;Bobinler boyunca akımın tersine dönmesine neden olan şey komütatörün dönmesidir.Komütatör ve fırçalar, fırçalı DC motoru diğer motor tiplerinden ayıran temel bileşenlerdir.Şekil 1 fırçalı motorun genel prensibini göstermektedir.
Şekil 1: Fırçalı DC Motorun Çalışması.
Sabit fırçalar dönen komütatöre elektrik enerjisi sağlar.Komütatör döndükçe akımın yönünü sürekli olarak bobinlere çevirir, bobin polaritelerini tersine çevirir, böylece bobinler sağa doğru dönmeyi sürdürür.Komütatör, bobinlerin monte edildiği rotora bağlı olduğu için döner.
Motorlar güç tiplerine (AC veya DC) ve dönüş üretme yöntemlerine göre farklılık gösterir (Şekil 2).Aşağıda her türün özelliklerine ve kullanımlarına kısaca bakıyoruz.
Farklı Motor Türleri
Basit tasarıma ve kolay kontrole sahip fırçalanmış DC motorlar, disk tepsilerini açmak ve kapatmak için yaygın olarak kullanılır.Arabalarda genellikle elektrikle çalışan yan camların geri çekilmesi, uzatılması ve konumlandırılması için kullanılırlar.Bu motorların düşük maliyeti onları birçok kullanıma uygun hale getiriyor.Bununla birlikte bir dezavantaj, fırçaların ve komütatörlerin sürekli temasları nedeniyle nispeten hızlı bir şekilde aşınma eğiliminde olmaları ve sık sık değiştirme ve periyodik bakım gerektirmeleridir.
Bir step motor darbelerle çalıştırılır;her darbede belirli bir açıyla (adım) döner.Dönüş, alınan darbe sayısıyla tam olarak kontrol edildiğinden, bu motorlar konum ayarlamalarını gerçekleştirmek için yaygın olarak kullanılır.Örneğin faks makinelerinde ve yazıcılarda kağıt beslemesini kontrol etmek için sıklıkla kullanılırlar; çünkü bu cihazlar kağıdı darbe sayısıyla kolayca ilişkilendirilebilen sabit adımlarla besler.Darbe sinyali kesildiğinde motor dönüşü anında durduğu için duraklatma da kolayca kontrol edilebilir.
Senkron motorlarda dönüş, besleme akımının frekansı ile senkronizedir.Bu motorlar genellikle mikrodalga fırınlardaki döner tepsileri hareket ettirmek için kullanılır;Yiyecekleri ısıtmak için uygun dönüş hızlarını elde etmek amacıyla motor ünitesindeki redüksiyon dişlileri kullanılabilir.Asenkron motorlarda da dönüş hızı frekansa göre değişir;ancak hareket senkronize değildir.Geçmişte bu motorlar sıklıkla elektrikli fanlarda ve çamaşır makinelerinde kullanılıyordu.
Yaygın olarak kullanılan çeşitli motor türleri vardır.Bu oturumda fırçasız DC motorların avantajlarına ve uygulamalarına bakacağız.
BLDC Motorları Neden Dönüyor?
Adından da anlaşılacağı gibi fırçasız DC motorlarda fırça kullanılmaz.Fırçalı motorlarda fırçalar, komütatör üzerinden rotor üzerindeki bobinlere akım iletir.Peki fırçasız bir motor rotor bobinlerine akımı nasıl aktarır?Öyle değil çünkü bobinler rotorun üzerinde yer almıyor.Bunun yerine rotor kalıcı bir mıknatıstır;bobinler dönmez, bunun yerine stator üzerindeki yerine sabitlenir.Bobinler hareket etmediği için fırçalara ve komütatöre ihtiyaç yoktur.(Bkz. Şekil 3.)
Fırçalı motor ile rotor üzerindeki bobinlerin oluşturduğu manyetik alanlar kontrol edilerek dönüş sağlanırken, sabit mıknatısların oluşturduğu manyetik alan sabit kalır.Dönüş hızını değiştirmek için bobinlerin voltajını değiştirirsiniz.Bir BLDC motorda dönen kalıcı mıknatıstır;Dönme, çevredeki sabit bobinler tarafından üretilen manyetik alanların yönünün değiştirilmesiyle sağlanır.Dönüşü kontrol etmek için bu bobinlere giden akımın büyüklüğünü ve yönünü ayarlarsınız.
Rotor kalıcı bir mıknatıs olduğundan akıma ihtiyaç duymaz, fırça ve komütatör ihtiyacını ortadan kaldırır.Sabit bobinlere giden akım dışarıdan kontrol edilir.
BLDC Motorların Avantajları
Statorunda üç bobin bulunan bir BLDC motorda, bu bobinlerden uzanan altı elektrik kablosu (her bobine iki adet) bulunur.Çoğu uygulamada, bu kablolardan üçü dahili olarak bağlanacak ve geri kalan üç kablo motor gövdesinden uzanacaktır (daha önce açıklanan fırçalı motordan uzanan iki kablonun aksine).BLDC motor kutusundaki kablolama, güç hücresinin pozitif ve negatif terminallerini basitçe bağlamaktan daha karmaşıktır;bu serinin ikinci oturumunda bu motorların nasıl çalıştığına daha yakından bakacağız.Aşağıda BLDC motorların avantajlarına bakarak sonuca varıyoruz.
Bu motorlar sürekli olarak maksimum dönme kuvvetinde (tork) kontrol edebildiklerinden büyük bir avantaj verimliliktir.Fırçalı motorlar ise aksine, dönüşün yalnızca belirli noktalarında maksimum torka ulaşır.Fırçalı bir motorun fırçasız bir modelle aynı torku sağlaması için daha büyük mıknatıslar kullanması gerekir.Bu nedenle küçük BLDC motorlar bile önemli miktarda güç sağlayabilir.
Birinciyle bağlantılı ikinci büyük avantaj ise kontrol edilebilirliktir.BLDC motorları, istenen torku ve dönüş hızını tam olarak sağlamak için geri besleme mekanizmaları kullanılarak kontrol edilebilir.Hassas kontrol, enerji tüketimini ve ısı üretimini azaltır ve motorların pille çalıştırıldığı durumlarda pil ömrünü uzatır.
BLDC motorlar ayrıca fırçaların bulunmaması sayesinde yüksek dayanıklılık ve düşük elektrik gürültüsü üretimi sunar.Fırçalı motorlarda fırçalar ve komütatör, sürekli hareketli temas sonucu aşınır ve ayrıca temasın gerçekleştiği yerde kıvılcımlar üretir.Özellikle elektriksel gürültü, fırçaların komütatördeki boşlukların üzerinden geçtiği bölgelerde meydana gelen güçlü kıvılcımların sonucudur.Bu nedenle BLDC motorlar, elektriksel gürültüden kaçınmanın önemli olduğu uygulamalarda sıklıkla tercih edilir.
BLDC Motorlar için İdeal Uygulamalar
BLDC motorların yüksek verim ve kontrol edilebilirlik sunduğunu, uzun ömürlü olduklarını gördük.Peki bunlar ne işe yarar?Verimlilikleri ve uzun ömürleri nedeniyle sürekli çalışan cihazlarda yaygın olarak kullanılırlar.Uzun süredir çamaşır makinelerinde, klimalarda ve diğer tüketici elektroniklerinde kullanılmaktadırlar;ve son zamanlarda, yüksek verimliliklerinin güç tüketiminde önemli bir azalmaya katkıda bulunduğu fanlarda da görülüyorlar.
Ayrıca vakum makinelerini çalıştırmak için de kullanılıyorlar.Bir durumda, kontrol programındaki bir değişiklik, dönüş hızında büyük bir sıçramaya neden oldu; bu, bu motorların sunduğu üstün kontrol edilebilirliğin bir örneğidir.
BLDC motorlar aynı zamanda sabit disk sürücülerini döndürmek için de kullanılıyor; dayanıklılıkları sürücülerin uzun vadede güvenilir bir şekilde çalışmasını sağlarken, güç verimlilikleri de bunun giderek önem kazandığı bir alanda enerji tasarrufuna katkıda bulunuyor.
Gelecekte Daha Geniş Kullanıma Doğru
Gelecekte daha geniş bir uygulama yelpazesinde kullanılan BLDC motorlarını görmeyi bekleyebiliriz.Örneğin, muhtemelen hizmet robotlarını (üretim dışındaki alanlarda hizmet sağlayan küçük robotlar) yönlendirmek için yaygın olarak kullanılacaklar.Konumlandırmayı hassas bir şekilde kontrol etmek için darbelerin kullanılabildiği bu tür uygulamalarda adım motorlarının daha uygun olacağı düşünülebilir.Ancak BLDC motorlar kuvveti kontrol etmeye daha uygundur.Ve bir step motorla, robot kolu gibi bir yapının konumunu korumak nispeten büyük ve sürekli bir akım gerektirecektir.Bir BLDC motorda gerekli olan tek şey, harici kuvvetle orantılı bir akımdır; bu da güç açısından daha verimli kontrol sağlar.BLDC motorlar ayrıca golf arabaları ve mobilite arabalarındaki basit fırçalı DC motorların yerini alıyor olabilir.BLDC motorlar, daha iyi verimliliklerinin yanı sıra daha hassas kontrol de sunabilir ve bu da pil ömrünü daha da uzatabilir.
BLDC motorlar drone'lar için de idealdir.Hassas kontrol sağlama yetenekleri, onları özellikle çok rotorlu dronlar için uygun kılar; burada dronun tutumu, her bir rotorun dönüş hızının hassas bir şekilde kontrol edilmesiyle kontrol edilir.
Bu oturumda BLDC motorların nasıl mükemmel verimlilik, kontrol edilebilirlik ve uzun ömür sunduğunu gördük.Ancak bu motorların potansiyelinden tam olarak yararlanmak için dikkatli ve uygun kontrol şarttır.Bir sonraki oturumumuzda bu motorların nasıl çalıştığına bakacağız.
Gönderim zamanı: Ağu-21-2023