موتور بدون جاروبک دی‌سی

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
موتور دی‌سی براش‌لس، که در فلاپی‌درایو ۳٫۵ اینچ استفاده شده‌است

موتورهای دی‌سی براش‌لس (electrically commutated motors) شبیه به موتورهای سنکرونی هستند[۱] که با منبع دی‌سی تغذیه می‌شوند که توسط اینورتر مجتمع برای به حرکت درآوردن موتور به سیگنال الکتریکی AC تبدیل می‌شود؛ سنسورها و قطعات الکترونیکی دیگری نیز خروجی اینورتر را کنترل می‌نمایند[۲]. موتورهای براش‌لس همچنین به صورت موتورهای پله‌ای وصف می‌شوند، هرچند عنوان موتور پله‌ای برای آن دسته از موتورها به کار می‌رود که طراحی آنها به گونه‌ای است که به حالت‌هایی عمل نمایند که روتور آن به سرعت در نقطه زاویه‌ای تعریف‌شده بایستد. این صفحه اصول کلی‌تری را وصف می‌نماید، اگرچه هم‌پوشانی‌هایی نیز دارد.

موتور براشلس(بدون جاروبک) در برابر موتورهای براش‌(دارای جاروبک)[ویرایش]

موتورهای دی‌سی براش به طور تجاری از سال ۱۸۸۶ مورد استفاده قرار گرفت[نیازمند منبع]. موتورهای براشلس تا ۱۹۶۲ مورد استفاده تجاری قرار نگرفتند.
موتورهای براشلس گشتاور بیشینه را در لحظه سکون فراهم می‌آورند؛ این گشتاور به صورت خطی با افزایش سرعت کاهش می‌یابد. برخی محدودیت‌های موتورهای براش می‌توانند در موتورهای براشلس جبران شوند. آن‌ها کارایی بالاتری را به همراه داشته و همچنین حساسیت کمتری نسبت به سایش مکانیکی کموتاتور دارند. این فواید در برابر کاهش نیرو، پیچیدگی بیشتر، و کنترل الکترونیکی گرانتر بدست آمده‌است. موتور براشلس آهنرباهای دائمی دارد و می‌گردند و آرمیچر در آن ثابت است؛ به همین دلیل مشکلات به وجود آمده به خاطر ارتباط مستقیم جریان با آرمیچر چرخان از میان برداشته شده‌اند[نیازمند منبع]. در این موتورها یک کنترل‌کننده الکترونیکی، جایگزین براش و کموتاتور شده‌است؛ که فاز سیم‌پیچ‌ها را دائما سوییچ می‌کند تا موتور را به گردش درآورد. کنترل‌گر توزیع قدرت بهنگام (به انگلیسی: Synchronous) مشابهی را با یک مدار (حالت جامد؟) به جای سیستم براش و کموتاتور فراهم کرد. ارتباط موتور براشلس می‌تواند در سخت‌افزار صورت پذیرد یا به‌جای آن توسط اف‌پی‌جی‌ای (به انگلیسی: FPGA) اجرا شود[نیازمند منبع]. استفاده از اف‌پی‌جی‌ای انعطاف‌پذیری و توانایی‌هایی را فراهم کرده‌است که در موتورهای دی‌سی براش در دسترس نیست[نیازمند منبع]. همچون محدود کردن سرعت، عملکرد (Micro stepped) برای کنترل حرکت آرام یا مورد نظر و نگه‌داشتن گشتاور هنگام سکون.

معایب نسبت به موتور دی‌سی براش[ویرایش]

توان بیشینه‌ای که می‌تواند به موتور براشلس اعمال شود تقریبا با حرارت محدود می‌شود؛ چراکه آهنرباها را تضعیف می‌کند و می‌تواند به عایق سیم‌پیچ‌ها نیز آسیب بزند[نیازمند منبع]. اشکال اساسی یک موتور براشلس نسبت به موتور براش قیمت بالاتر آن است که از دو مساله برخاسته‌است. اول، موتورهای براشلس به مدار کنترل‌کننده سرعت الکترونیکی پیچیده برای حرکت نیاز دارند. موتورهای براش دی‌سی می‌توانند توسط کنترل‌گرهایی در مقایسه ساده‌تر تنظیم شوند؛ همچون رئوستا (مقاومت متغیر). هرچند، این روش کارایی را کاهش می‌دهد؛ چراکه توان در رئوستا تلف می‌شود. دوم، برخی کاربردهای عملی به خوبی در بخش تجاری فراهم نیامده‌است. برای نمونه، در یک کنترل‌کننده رادیویی سرگرم‌کننده، موتورهای براش‌لس معمولن دست‌زخم شده‌اند در حالی که موتورهای برس‌دار معمولن ماشین‌زخم شده‌اند. (با این‌وجود، دستگاه‌های زیر را ببینید.)

برخی مزیت‌ها نسبت به موتور براش[ویرایش]

موتورهای براش‌لس در تبدیل برق به توان مکانیکی نسبت به موتورهای برس‌دار کارآمدترند. این پیشرفت تاحد زیادی به خاطر تعریف سرعت موتور توسط فرکانسی است که الکتریسیته سوییچ می‌شود، نه ولتاژ(؟). دست‌آوردهای بیشتر به خاطر نبودن براش و در نتیجه کاهش تلفات اصطکاک است[۳]. بیشترین کارآیی پیشرفته در حالت‌های بدون بار و کم بار منحنی عملکرد موتور است. تحت بارهای مکانیکی بالا، موتورهای براشلس و موتورهای باکیفیت براش در کارآیی غیرقابل مقایسه‌اند. محیط‌ها و نیازمندی‌ها در حالت‌هایی که تولیدکننده‌ها از موتورهای براشلس دی‌سی استفاده می‌کنند، شامل عملکردهای بدون نگهداری، سرعت‌های بالا، و عملکردهایی که در آن‌ها جرقه مخاطره‌انگیز است (مانند محیط‌های قابل انفجار)، یا ممکن است به دستگاه‌هایی که نسبت به برق حساس هستند اثر بگذارد.

عملکرد کنترل‌گر[ویرایش]

کنترل‌گر چرخش روتور را برعهده دارد و در نتیجه به وسیله‌هایی برای درک جهت و موقعیت روتور (نسبت به سیم‌پیچ‌های استاتور) نیازمند است[۲]. در برخی طراحی‌ها از حسگرهای اثر هال یا rotary encoder برای اندازه‌گیری مستقیم موقعیت روتور استفاده می‌کنند. برخی دیگر نیز EMF بازگشتی را در روتورهای خارج از هدایت اندازه می‌گیرند تا به موقعیت روتور پی ببرند و بدین‌ترتیب نیاز به حسگر اثر هال جداگانه را از میان برده‌اند[۲] و به همین‌دلیل عمومن کنترل‌گرهای بدون سنسور گفته می‌شوند.

یک کنترل‌گر نمونه ۳ خروجی دوقطبی (مثلن خروجی سه‌فاز با فرکانس کنترل شده) دارد، که توسط یک مدار منطقی کنترل شده‌است. کنترل‌گرهای ساده مقایسه‌گرهایی را به کار می‌گیرند تا بفهمند چه موقع فاز خروجی می‌بایست افزایش یابد، درحالی که بیشتر کنترل‌گرهای پیشرفته ریزکنترل‌گری را برای شتاب، کنترل سرعت، و تنظیم بهترین-کارآیی به کار می‌گیرند. کنترل‌گرهایی که مکان روتور را بر اساس EMF برگشتی پیدا می‌کنند؛ دشواری‌های بیشتری در آغاز حرکت دارند؛ چون زمانی که موتور ساکن است هیچ EMF برگشتی نیز تولید نمی‌کند. بدین ترتیب موتور ممکن است در هر جهتی به حرکت درآید؛ و سپس اگر تشخیص دهیم که جهت اشتباه است به جهت درست جهش کنیم. این می‌تواند موجب شود که موتور برعکس حرکت کند، که بر پیچیدگی بخش آغاز می‌افزاید. موتورهای بدون سنسور دیگر توانایی دارند تا اشباع شدن سیم‌پیچ‌ها را که از قرارگیری آهنرباها ایجاد شده‌اند اندازه‌گیری نموده و در جهت یافتن مکان روتور به کار بگیرند.

تنوع ساختمان[ویرایش]

موتورهای براش‌لس می‌توانند به شکل‌ها و خصوصیات فیزیکی مختلفی ساخته شوند. به هرحال آهن‌ربای دائمی همواره روی قسمت چرخنده (روتور) قرار می‌گیرد[نیازمند منبع]. در حالت «مرسوم» (که به نام inrunner نیز شناخته می‌شوند)، آهنرباها رو به بیرون قرار گرفته‌اند. سه سیم‌پیچ استاتور روتور را احاطه کرده‌اند[نیازمند منبع]. در حالت outrunner (یا روتوری خارجی)، جای قرارگیری سیم‌پیچ‌ها و آهنرباها برعکس است؛ سیم‌پیچ‌های استاتور بخش وسطی (هسته) موتور را تشکیل می‌دهند، در همین حال آهنرباهای دائمی رو به داخل، به‌طوری که استاتور را احاطه کرده‌است می‌گردند[نیازمند منبع]. نوع شار تخت یا محوری[نیازمند منبع]، هنگامی استفاده می‌شود که محدودیت جا یا شکل وجود دارد، و ورق‌های استاتور و روتور رو در رو قرارمی‌گیرند. نوع Outrunner نوعن قطب‌های بیشتری دارد و به صورت سه‌قلو ساخته می‌شوند[نیازمند منبع] تا سه گروه سیم‌پیچ فراهم آورند، و گشتاور بالاتری را در دورهای کم فراهم آید. در همه موتورهای براش‌لس، سیم‌پیچها ساکن هستند.

دو نوع پیکربندی برای سیم‌پیچ‌ها معمول است[نیازمند منبع]؛ پیکربندی دلتا سه سیم‌پیچ را در یک مدار (سری) مثلثی-شکل به هم می‌بندد؛ و توان به هر سر گره‌ها اعمال می‌شود. پیکربندی وای (Y)، همچنین ستاره نیز خوانده می‌شود، سر هر سه سیم‌پیچ را به یک نقطه وصل می‌کند؛ و توان به دو سر هر سیم‌پیچ وصل می‌شود.

موتوری با پیکربندی سیم‌پیچ به شکل دلتا، گشتاور کم در سرعت‌های پایین فراهم می‌کند[نیازمند منبع]، اما اندازه بیشتری در سرعت‌های بالاتر فراهم می‌آورد[نیازمند منبع]. پیکربندی وای گشتاور بالا در سرعت‌های پایین، اما گشتاور کم در سرعت‌های بالا فراهم می‌آورد.

اگرچه راندمان تاثیر بسیاری از ساختار موتور می‌پذیرد، ساختار سیم‌پیچ وای در حالت عادی کارآمدتر است[نیازمند منبع]. در اتصال سیم‌پیچ‌ها به صورت دلتا، نصف ولتاژی که به

از دیدگاه کنترل‌گر، این دو ساختمان دقیقن یکسان بررسی می‌شوند. البته کنترل‌گرهای گران‌قیمت‌تر کمتری هستند که برای خواندن ولتاژ از سر وای طراحی شده‌اند.

منابع توان مدار کنترل[ویرایش]

نوعا یک موتور براش‌لس، ماشین الکتریکی AC سنکرون با آهنربای دائم است که با سنسورهای الکترونیکی (برای یافتن مکان روتور) و یک تولیدکننده سیگنال AC (اینورتر) که با منبع DC تغذیه می‌شود؛ ترکیب شده‌است. نوعا اینورترهای موتور براش‌لس از یک منبع تغذیه سوییچی مدولاسیون عرض پالس برای تولید سیگنال راه‌انداز AC استفاده می‌کنند.

کاربردها[ویرایش]

بسیاری از کارها در اصل می‌توانند توسط موتورهای براش‌لس دی‌سی انجام پذیرند. اما قیمت و کنترل پیچیده جلوی جایگزین کردن موتورهای برس‌دار با موتورهای براش‌لس کاملا در نواحی ارزان‌قیمت گرفته‌است. با این حال، موتورهای براش‌لس در حال حکم‌فرمایی در بسیاری کاربردها، خصوصا دستگاه‌هایی همچون سخت‌افزارهای کامپیوتر و پخش‌کننده‌های سی‌دی و دی‌وی‌دی است. پنکه‌های خنک‌کننده کوچک استفاده‌شده در دستگاه‌های الکترونیکی منحصرا توسط موتورهای براش‌لس به حرکت در می‌آیند. همین‌طور در دستگاه‌هایی که به منبع شهری متصل نیستند و راندمان اهمیت بسیاری دارد و مدت طولانی طول می‌کشد تا باتری دوباره به شارژ متصل شود از این موتورها استفاده می‌شود. موتورهای براش‌لس کم سرعت و کم توان در دستگاه‌های گرامافون نیز استفاده می‌شوند.

حمل و نقل[ویرایش]

موتورهای براش‌لس پرتوان در وسایل حمل‌ونقل برقی و هیبرید یافت می‌شوند. این موتورها اساسا موتورهای AC سنکرون با روتور آهنربای دائم هستند.Segway Scooter و Vectrix Maxi-Scooter از موتورهای براش‌لس استفاده کرده‌اند. تعدادی از دوچرخه‌های برقی از موتور براش‌لس استفاده می‌کنند که خودش به طور مستقیم در توپی چرخ قرار گرفته‌است و استاتور در محور ثابت شده‌است و آهنرباهای دائم روتور بر روی چرخ به گردش در می‌آیند.

گرمایش و تهویه[ویرایش]

هم‌اکنون در HVAC (برق AC فشارقوی) و صنایع سردسازی گرایش به سمت استفاده از موتورهای براش‌لس به جای موتورهای AC متعدد وجود دارد. دلیل قابل توجه برای جایگزینی توان موردنیاز پایین‌تر برای گرداندن موتورهای براش‌لس در برابر موتورهای AC است. درحالی که موتورهای قطب سایه‌دار(؟) PSC در ابتدا بر موتورهای پنکه حکمرانی می‌کردند، هم‌اکنون بسیاری پنکه‌ها با موتورهای براش‌لس به حرکت در می‌آیند. برخی پنکه‌ها از موتورهای براش‌لس دی‌سی برای افزایش راندمان سراسری سیستم بهره می‌برند.

در کنار راندمان بالاتر موتورهای براش‌لس، در سیستم‌های HVAC خصوصا زمانی که کنترل سرعت مطرح باشد، از موتورهای براش‌لس دی‌سی استفاده می‌شود چراکه ریزکنترل‌گر داخلی این موتورها امکان برنامه‌ریزی و کنترل بهتر در جریان هوا و ارتباط سری می‌دهد.

مهندسی صنایع[ویرایش]

کاربرد موتور دی‌سی براش‌لس در مهندسی صنایع در درجه اول بر مهندسی تولید یا اتوماسیون صنعتی تمرکز دارد. در تولید، موتورهای براش‌لس در درجه اول برای کنترل حرکت، مکان، یا سیستم‌های تحریک به کار می‌روند. موتورهای براش‌لس درحالت ایده‌آل برای کاربردهای تولیدی به خاطر توان بالا، چگالی، مشخصه سرعت-گشتاور خوب، راندمان بالا، محدوده سرعت وسیع و تعمیر و نگهداری اندک مناسب هستند.

سیستم‌های کنترل حرکت[ویرایش]

موتورهای دی‌سی براش‌لس عموما به عنوان محرک پمپ، پنکه، درایو دوک‌های نخ‌ریسی (اسپیندل) در سرعت‌های تنظیم‌پذیر و متغیر به کار می‌روند. آن‌ها می‌توانند گشتاور بالا با پاسخ سرعت مناسب فراهم آورند. به علاوه، آن‌ها می‌توانند به راحتی برای کنترل از راه دور برنامه‌ریزی و اتوماسیون شوند. به خاطر ساختارشان، خصوصیات گرمایی خوب و راندمان انرژی بالایی دارند. برای بدست آوردن پاسخ سرعت متغیر، موتورهای براش‌لس در سیستم الکترومکانیکی عمل می‌کنند که دارای کنترل‌گر الکترونیکی و سنسور فیدبک مکان روتور است.

تثبیت موقعیت و سیستم‌های تحریک[ویرایش]

موتورهای براش‌لس برای تثبیت موقعیت صنعتی و سیستم‌های تحریک به کار می‌روند. برای روبات‌ها سرهم کننده، استپرهای براش‌لس یا موتورهای سروو برای تثبیت موقعیت قطعه برای سرهم نمودن یا یا یک ابزار برای پروسه تولید، همانند جوش‌کاری یا نقاشی به کار می‌روند. موتورهای براش‌لس دی‌سی همچنین می‌توانند برای به‌حرکت درآوردن محرک‌های خطی استفاده شوند.

مهندسی مدل[ویرایش]

موتورهای براش‌لس موتورهای انتخابی محبوبی برای هواپیماهای مدل شامل هلیکوپترها هستند. نسبت قدرت به وزن مطلوب آن‌ها و محدوده بزرگ اندازه‌های دردسترس، از ۵ گرم تا موتورهای بزرگ در اندازه صدها وات، انقلابی در تجارت هواپیماهای مدل برقی با جایگزین نمودن همه موتورهای برقی برس‌دار ایجاد کرده‌است. آن‌ها همچنین رشد هواپیماهای مدل ساده و کم‌وزن را به جای مدل‌های بزرگ با موتورهای احتراق داخلی تشویق کرده‌اند. نسبت توان به وزن بزرگ باتری‌های مدرن و موتورهای براش‌لس به مدل‌ها اجازه می‌دهند تا به جای فرازگرفتن تدریجی به صورت عمودی بالا روند. به خاطر نویز پایین و کاهش جرم در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی کوچک دلیل دیگری برای محبوبیت آن‌هاست.

محدودیت‌های قانونی برای استفاده از مدل‌های هواپیما با موتور احتراق داخلی در برخی کشورها همچنین از انتقال به سیستم‌های الکتریکی توان۰بالا پشتیبانی نموده‌اند.

محبوبیت آن‌ها همچنین در ماشین‌ها، حشره‌ها، و کامیون‌های کنترل از راه دور افزایش پیدا کرده‌است.

منابع[ویرایش]

  1. «Brushless DC motor». All about circuits. بازبینی‌شده در ۲۰ شهریور ۱۳۹۱. 
  2. ۲٫۰ ۲٫۱ ۲٫۲ «Brushless DC Motor Guide». Anaheim Automation. بازبینی‌شده در ۲۰ شهریور ۱۳۹۱. 
  3. «What’s The Difference Between Brush DC And Brushless DC Motors?». Electronic design. بازبینی‌شده در ۲۰ شهریور ۱۳۹۱. 
  • مشارکت‌کنندگان ویکی‌پدیا، «Brushless DC electric motor»، ویکی‌پدیای انگلیسی، دانشنامهٔ آزاد (بازیابی در ۲۰ شهریور ۱۳۹۱).

پیوند به بیرون[ویرایش]