Fırçasız DC Motorlar 51054

Ekim 12, 2013

Fırçasız Elektrik Motoru Nedir?

Kısa Cevap: Ucuz bilgisayarların ve güç transistörlerin bulunmasıyla motorların içini ters çevirmek ve fırçaları çıkarmak mümkün oldu. Fırçasız DC motorlarda kalıcı mıknatıslar rotora yerleştirilir ve statordaki elektromıknatıslar hareket eder. Daha sonra yüksek güçlü transistörlere bağlı bir bilgisayarla şaft döndükçe elektromıknatıslar şarj edilir.

Aynı zamanda elektonikle çevrilen motorlar (electronically commutated motors – ECM, EC) olarak adlandırılan Fırçasız DC motorlar doğru akım elektrik kaynağına bağlı dahili tersleyici/anahtarlamalı (inverter/switching) güç kaynağı ile beslenen senkron motorlardır. Tersleyici/anahtarlamalı güç kaynağı motoru sürmek için bir AC dalga oluşturur. Ancak buradaki AC sinüsoidal bir dalga formu anlamına gelmez, sadece dalga formunun önemsiz olduğu çift yönlü bir sinyaldir. Ek olarak tersleyici çıkış sinyalini kontrol etmek için çeşitli sensörler ve devreler kullanılabilir.

Fırçasız vs. Fırçalı Motorlar:

Fırçalı DC Motorlar 1886dan beri ticari olarak kullanılmaktadır. Fırçasız motorlarsa 1962’ye kadar ticari olarak kullanılamamıştır.

Fırçalı DC motorlar durdukları zaman maksimum tork verirler. Hız arttıkça tork lineer olarak azalır. Fırçalı motorların bazı limitleri fırçasız motorlarla aşılabilir. Örneğin fırçasız motorlar daha yüksek verimlilik sunarlar ve komütatör montajı mekanik yıpranmaya karşı daha az hassastır. Bu artıların yanında gelen eksilerse;

Potansiyel olarak daha az korumalı
Daha karmaşık
Daha pahalı kontrol elektroniği

Tipik bir fırçasız motorda dönen kalıcı mıknatıslar ve sabit armatür bulunur. Böylece hareket eden armatüre akım bağlama problemleri ortadan kalkar. Fırçasız motorlarda bir elektronik eleman, fırçalı motorlardaki bobinlerin fazlarını sürekli değiştirerek dönüşü sağlayan fırça/komütatör bölümünün yerini alır. Denetleyici benzer zaman ayarlı güç dağıtımını fırça komütatör sistemi yerine sabit durum devrelerle yaparak dönüşü sağlar.

Fırçasız motorların fırçalı motorlara göre bazı avantajları vardır,

Ağırlığa oranla daha fazla tork
Watt başına daha fazla tork
Yüksek güvenilirlik
Azalmış gürültü
Daha uzun ömür (fırça ya da komütatör erozyonu yok)
Komütatör yüzünden oluşan iyonize kıvılcımlar oluşmaz
Genel olarak daha az elektromanyetik engelleme

Bobinsiz rotor sayesinde merkezcil kuvvetten etkilenmezler ve bobinler yuva tarafından desteklendiği için ısı iletimi yöntemiyle soğutulabilirler, böylece motoru soğutmak için içeriden hava geçmesi gerekmez. Bu aynı zamanda motorun içinin tamamen kapatılabilmesi ve kir ve yabancı maddelerden korunmasını sağlar.

Fırça yerine elektronikle dönüş sağlamak çok yüksek esnekliğe ve fırçalı motorların sahip olamayacağı kapasitelere ulaşmayı sağlar. Bunlara örnek olarak hız limiti, yavaş ya da yüksek doğrulukta kontrol için mikro adım ve sabitken tutma torku oluşturma verilebilir.

Fırçasız motorlar elektriği mekaniğe çevirirken fırçalı motorlara göre daha verimlidirler. Bu gelişmenin sebebi fırçasız motorların hızının belirlenme şeklinin voltaj değişimi yerine, elektriğin anahtarlanma frekansı ile olmasıdır.

Hareket Kontrol Sistemleri;

Fırçasız motorlar çoğunlukla pompa, fan ve spindle sürücüler gibi ayarlanabilir ya da değişken hız kontrolü yapılan uygulamalarda kullanılır. Fırçasız motorlar iyi hız tepkisi ile yüksek tork iletebilirler. Aynı zamanda uzaktan kontrol için kolayca otomatik hale getirebilirler. Yapı şekilleri nedeniyle iyi termal karakteristikleri ve yüksek enerji verimlilikleri vardır. Fırçasız motorlar değişken hız tepkisi alabilmek için elektronik motor denetleyicisi ve rotor pozisyonu geri beslemesi sağlayan sensörler içeren bir elektromekanik sistem içerisinde çalışır.

Fırçasız motorlar çoğunlukla makine alet servo sürücülerde servo motor olarak kullanılırlar. Servo motorlar genellikle mekanik yer değiştirme, pozisyon kontrolü ya da yüksek kesinlikte hareket kontrolü uygulamalarında kullanılır. Geçmişte servo motorlar olarak DC step motorlar kullanılmıştır. Ancak yapıları itibariyle step motorlar açık çevrim sistemlerde kullanıldığından tork darbelerine sebep olmaktadırlar. Fırçasız DC motorlar servo motorlar olarak daha uygunlardır çünkü yüksek kesinlikteki hareket sıkı kontrol edilen ve stabil operasyon sunan kapalı çevrim kontrol sistemi sebebiyledir.

Fırçasız Elektrik Motorlarının Detayları

Fırçasız motorlar RC helikopterlerde aynı boyuttaki konvansiyonel fırçalı motorlara oranla daha yüksek güç ve daha uzun uçuş süreleri sağlamak amacıyla kullanılırlar. Yüksek güç ve verimliliği sayesinde fırçasız motorlar yüksek performan helikopterler için ideal bir seçim olmaktadır.

Fırçasız motor ve fırçalı motor arasında ne fark vardır?

Fırçalı motorlarda iki kutuplu bir elektromıknatıs gibi hareket eden döner set olarak sarılı tel bobinler (armatür) bulunur. Mekanik bir döner anahtar (komütatör) her dönüşte iki kez elektrik akımının yönünü değiştirerek armatürün kutuplarının değişmesini ve kutupların dışarıdaki kalıcı mıknatısları itmesi ya da çekmesini sağlar. Armatürün kutupları, kalıcı mıknatısın kutuplarını geçtikçe komütatör armatürün polaritesini değiştirir. Ani polarite değişimi sırasında eylemsizlik sayesinde motor aynı yolunda düzgün şekilde ilerlemeye devam eder.

Fırçasız motorlarda ise harici rotor olarak kalıcı mıknatıs, 3 fazlı sürücü bobinler, rotorun pozisyonunu ölçmek için bir ya da daha fazla eleman ve ilgili motor sürücü elektronikleri kullanılır. Bobinler elektronik hız denetleyicisi tarafından rotor pozisyon sensörlerinden gelen bilgiye uygun olarak fazdan faza aktifleştirilirler.

Fırçalı motorların artıları ve eksileri

Fırçalı Motor Artıları

Çift telli kontrol
Bazıları daha uzun ömür için tekrar üretilebilirler
Ucuz üretim maliyeti
Basit ve ucuz kontrol
Sabit hızlar için denetleyiciye ihtiyaç duyulmaz
Elektroniklere ihtiyaç duymadığı için ekstrem koşullarda çalışabilir

Fırçalı Motor Eksileri

Periyodik bakım gerektirir
Yüksek hızlarda fırça sürtünmesi artar, bu nedenle kullanılabilecek tork azalır
İç rotor yapısı nedeniyle düşük ısı kaybı (ısınma problemi)
Yüksek rotor eylemsizliği dinamik karakteristiğini limitler
Fırçaların mekanik limitleri nedeniyle düşük çalışma hız aralığı
Fırça kavisi elektrik manyetik engellemeye sebep olan gürültü yaratır

Fırçasız Motor Artıları

Pozisyon sensörlerine dayalı elektronik komütasyon
Fırça olmadığı için daha az bakım gerektirir
Hız tork oranı sayesinde kapasite dahilindeki ağırlığı her hızda yüklenebilir
Yüksek verim, fırça yüzünden voltaj düşüşü oluşmaz
Yüksek güç boyut oranı
Gelişmiş termal karakteristiği nedeniyle düşük boyut. Bobinler kasaya bağlandığı için ısı kaybı daha kolay
Yüksek hız aralığı – mekanik limitler yok
Düşük elektrik gürültü

Fırçasız Motor Eksileri

Yüksek üretim maliyeti
Kontrolü karmaşık ve daha pahalı
Motorün sürekli dönmesi için elektronik denetleyici gerekir. Bazen elektronik denetleyici motorun kendisinden daha pahalıdır

Fırçasız Motorlar Nasıl Çalışır (Animasyon Video)

Fırçasız DC Motorların Teknik Detayları

Kaynak:

http://www.thinkrc.com/faq/brushless-motors.php

Youtube Video:http://youtu.be/vD1_tNeK904

http://electrathonoftampabay.org/www/Documents/Motors/Brushless%20DC%20(BLDC)%20Motor%20Fundamentals.pdf