Motor DC Brushless - Kelebihan, Aplikasi dan Kontrol
Pengertian Motor DC Brushless
Motor DC brushless terdiri dari rotor dalam bentuk magnet permanen dan stator dalam bentuk gulungan angker poliphase. Ini berbeda dari Motor DC konvensional sehingga tidak mengandung sikat (brushes) dan pergantian dilakukan menggunakan listrik, menggunakan drive elektronik untuk memberi makan gulungan stator.
Pada dasarnya motor Motor DC brushless dapat dibangun dengan dua cara - dengan menempatkan rotor di luar inti dan gulungan di inti dan lainnya dengan menempatkan gulungan di luar inti. Dalam pengaturan sebelumnya, magnet rotor bertindak sebagai insulator dan mengurangi laju disipasi panas dari motor dan beroperasi pada arus rendah.
Ini biasanya digunakan pada fan. Dalam pengaturan yang terakhir, motor membuang lebih banyak panas, sehingga menyebabkan peningkatan torsi. Ini digunakan dalam hard disk drive.
Operasi Motor DC Brushless 4 Kutub 2 Phase
Motor DC brushless digerakkan oleh drive elektronik yang mengalihkan tegangan supply antara belitan stator saat rotor berputar. Posisi rotor dimonitor oleh transduser (optik atau magnetik) yang memasok informasi ke pengontrol elektronik dan berdasarkan posisi ini, belitan stator yang akan diberi energi ditentukan. Drive elektronik ini terdiri dari Transistor (2 untuk setiap phase) yang dioperasikan melalui mikroprosesor.
Medan magnet yang dihasilkan oleh magnet permanen berinteraksi dengan medan yang diinduksi oleh arus dalam belitan stator, menciptakan torsi mekanis. Rangkaian switching elektronik atau drive mengalihkan arus supply ke stator untuk mempertahankan sudut konstan 0 hingga 90 derajat antara bidang yang berinteraksi.
Sensor Hall sebagian besar dipasang di stator atau di rotor. Ketika rotor melewati sensor hall, berdasarkan pada Kutub Utara atau Selatan, ia menghasilkan sinyal tinggi atau rendah. Berdasarkan kombinasi dari sinyal-sinyal ini, belitan untuk diberi energi didefinisikan. Untuk menjaga motor tetap berjalan, medan magnet yang dihasilkan oleh belitan harus bergeser posisi, saat rotor bergerak untuk mengejar medan stator.
Dalam motor DC brushless kutub 4 kutub, 2 phase, menggunakan sensor hall tunggal, yang tertanam pada stator. Saat rotor berputar, sensor hall merasakan posisi dan mengembangkan sinyal tinggi atau rendah, tergantung pada kutub magnet (Utara atau Selatan). Sensor hall terhubung melalui Resistor ke Transistor.
Ketika sinyal tegangan tinggi terjadi pada output sensor, transistor yang terhubung ke coil A mulai berjalan, menyediakan jalur untuk arus mengalir dan dengan demikian memberi energi coil A. Kapasitor mulai mengisi ke tegangan supply penuh.
Ketika sensor hall mendeteksi perubahan polaritas rotor, ia mengembangkan sinyal tegangan rendah pada outputnya dan karena transistor 1 tidak mendapatkan supply apa pun, ia dalam kondisi terputus. Tegangan yang dikembangkan di sekitar kapasitor adalah Vcc, yang merupakan tegangan supply ke 2 transistor dan kumparan B sekarang berenergi, arus melewati itu.
Motor DC brushless memiliki magnet permanen tetap, yang berputar dan angker tetap, menghilangkan masalah menghubungkan arus ke angker bergerak. Dan mungkin lebih banyak kutub pada rotor daripada motor stator atau reluktansi. Yang terakhir mungkin tanpa magnet permanen, hanya kutub yang diinduksi pada rotor kemudian ditarik ke pengaturan oleh gulungan stator waktunya.
Kontroler elektronik menggantikan rakitan brush / komutator motor DC brused, yang terus-menerus mengalihkan phase ke belitan untuk menjaga motor berputar. Pengontrol melakukan distribusi daya dengan perbandingan waktu dengan menggunakan sirkuit solid-state alih-alih sistem brush / commutator.
7 Kelebihan Motor DC Brushless
• Karakteristik kecepatan dan torsi yang lebih baik
• Respon dinamis tinggi
• Efisiensi tinggi
• Umur operasi yang panjang karena kekurangan listrik dan gesekan
• Operasi tanpa suara
• Rentang kecepatan yang lebih tinggi
Aplikasi Motor DC Brushless
Biaya Motor DC Brushless telah menurun sejak presentasi, karena kemajuan dalam bahan dan desain. Penurunan biaya ini, ditambah dengan banyak titik fokus yang dimilikinya atas Motor DC Brush, menjadikan Motor DC Brushless komponen yang populer dalam berbagai aplikasi yang berbeda. Aplikasi yang menggunakan Motor DC Brushless termasuk, namun tidak dibatasi untuk:
• Elektronik konsumen
• Transport
• Pemanasan dan ventilasi
• Teknik Industri
• Rekayasa model
Prinsip Kerja Motor DC Brushless
Prinsip kerja Motor DC Brushless sama dengan motor DC brush, yaitu umpan balik posisi poros internal. Dalam hal motor DC brushed, umpan balik diimplementasikan menggunakan komutator mekanik dan sikat (bruses). Di dalam motor Motor DC Brushless, dicapai dengan menggunakan beberapa sensor umpan balik.
Pada motor Motor DC Brushless kebanyakan kita menggunakan sensor efek Hall, setiap kali kutub magnet rotor melewati dekat sensor hall, mereka menghasilkan sinyal level TINGGI atau RENDAH, yang dapat digunakan untuk menentukan posisi poros. Jika arah medan magnet dibalik, tegangan yang dikembangkan juga akan terbalik.
Mengontrol Motor DC Brushless
Unit kontrol yang diterapkan oleh mikroelektronika memiliki beberapa pilihan teknologi tinggi. Ini dapat diimplementasikan dengan menggunakan mikrokontroler, mikrokontroler khusus, unit mikroelektronik kabel, PLC atau unit serupa lainnya.
Pengontrol analog masih digunakan, tetapi tidak dapat memproses pesan umpan balik dan kontrol sesuai. Dengan jenis rangkaian kontrol ini dimungkinkan untuk mengimplementasikan algoritma kontrol kinerja tinggi, seperti kontrol vektor, kontrol berorientasi lapangan, kontrol kecepatan tinggi yang semuanya terkait dengan keadaan elektromagnetik motor.
Selanjutnya kontrol loop luar untuk berbagai persyaratan dinamika seperti kontrol motor geser, kontrol adaptif, kontrol prediktif, dll juga diterapkan secara konvensional. Selain semua ini, kami menemukan PIC berkinerja tinggi (Power Integrated Circuit), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), dll. yang dapat sangat menyederhanakan konstruksi kontrol dan unit elektronik daya keduanya.
Sebagai contoh, hari ini kami memiliki regulator PWM (Pulse Width Modulation) lengkap dalam satu IC yang dapat menggantikan seluruh unit kontrol di beberapa sistem. IC driver majemuk dapat memberikan solusi lengkap untuk menggerakkan keenam sakelar daya dalam konverter tiga phase.
Ada banyak sirkuit terintegrasi serupa dengan semakin banyak hari demi hari. Pada akhirnya, perakitan sistem mungkin hanya akan melibatkan perangkat lunak kontrol dengan semua perangkat keras dengan bentuk dan bentuk yang tepat.
Gelombang PWM (Pulse Width Modulation) dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan motor. Di sini, tegangan rata-rata yang diberikan atau arus rata-rata yang mengalir melalui motor akan berubah tergantung pada waktu ON dan OFF pulsa yang mengendalikan kecepatan motor, yaitu siklus kerja dari gelombang mengendalikan kecepatannya. Pada mengubah siklus kerja (waktu ON), kita dapat mengubah kecepatan. Dengan menukar port output, ini akan secara efektif mengubah arah motor.
Kontrol Kecepatan Motor DC Brushless
Kontrol kecepatan pada Motor DC Brushless sangat penting untuk membuat motor bekerja pada tingkat yang diinginkan. Kecepatan motor dc brushless dapat dikontrol dengan mengendalikan tegangan input dc. Semakin tinggi tegangan, semakin banyak kecepatannya.
Ketika motor bekerja dalam mode normal atau berjalan di bawah kecepatan rated, tegangan input angker diubah melalui model PWM. Ketika motor dioperasikan di atas kecepatan rated, fluks melemah dengan cara memajukan arus keluar.
Kontrol kecepatan dapat berupa loop terbuka atau loop tertutup.
Kontrol Kecepatan Loop Terbuka - Ini hanya melibatkan mengendalikan tegangan DC yang diterapkan ke terminal motor dengan memotong tegangan DC. Namun ini menghasilkan beberapa bentuk pembatasan arus.
Kontrol Kecepatan Loop Tertutup - Ini melibatkan pengontrolan tegangan supply input melalui umpan balik kecepatan dari motor. Dengan demikian tegangan supply dikontrol tergantung pada sinyal kesalahan.
Kontrol kecepatan loop tertutup terdiri dari tiga komponen dasar.
1. Rangkaian PWM untuk menghasilkan pulsa PWM yang dibutuhkan. Ini bisa berupa mikrokontroler atau IC Timer.
2. Perangkat sensor untuk merasakan kecepatan motor yang sebenarnya. Ini bisa berupa sensor efek hall, sensor infrared atau encoder optik.
3. Drive motor untuk mengendalikan operasi motor.
Teknik mengubah tegangan supply berdasarkan sinyal kesalahan dapat dilakukan melalui teknik kontrol pid atau menggunakan logika fuzzy.
Aplikasi untuk Kontrol Kecepatan Motor DC Brushless
Pengoperasian motor dikontrol menggunakan pengaturan Optocoupler dan MOSFET, di mana daya input DC dikendalikan melalui teknik PWM dari mikrokontroler. Saat motor berputar, lampu LED infrared pada porosnya diterangi dengan cahaya putih karena adanya bintik putih pada porosnya dan memantulkan cahaya infrared.
Photodioda menerima cahaya infrared ini dan mengalami perubahan dalam daya tahannya, sehingga menyebabkan perubahan tegangan supply ke Transistor yang terhubung dan pulsa diberikan kepada mikrokontroler untuk menghasilkan jumlah rotasi per menit. Kecepatan ini ditampilkan pada LCD.
Kecepatan yang diperlukan dimasukkan dalam keypad yang dihubungkan ke Mikrokontroler. Perbedaan antara kecepatan indra dan kecepatan yang diinginkan adalah sinyal kesalahan dan mikrokontroler menghasilkan sinyal PWM sesuai sinyal kesalahan, berdasarkan logika fuzzy untuk memberikan daya DC input ke motor.
Dengan demikian menggunakan kontrol loop tertutup, kecepatan motor DC brushless dapat dikontrol dan dapat dibuat berputar pada kecepatan yang diinginkan
