Pemacu Motor DC Tanpa Bresh

Definisi

Pemacu motor DC tanpa sikat didefinisikan sebagai pemacu frekuensi variabel yang dikendalikan sendiri yang menggunakan motor Arus Alternatif Magnet Tetap (PMAC) sinusoidal. Jenis pemacu ini menawarkan beberapa keuntungan yang signifikan. Hampir tidak memerlukan perawatan, ia memiliki umur panjang, menjadikannya pilihan yang andal untuk berbagai aplikasi. Selain itu, ia memiliki momen inersia rotasi rendah, gesekan minimal, dan beroperasi dengan karakteristik frekuensi rendah. Selain itu, ia menghasilkan gangguan radio frekuensi dan suara minimal, memastikan operasi yang halus dan tenang. Namun, bukan tanpa kekurangan; keterbatasannya utama adalah biaya relatif tinggi dan torsi awal rendah.

Aplikasi

Pemacu motor DC tanpa sikat digunakan secara luas di berbagai industri dan perangkat. Dalam bidang elektronik konsumen, mereka digunakan dalam pemutar rekaman, drive pita untuk perekam, dan drive spindle pada hard disk komputer. Mereka juga berfungsi sebagai pemacu daya rendah dalam instrumen periferal komputer dan sistem kendali. Di luar elektronik konsumen, aplikasinya meluas ke industri aerospace, di mana keandalan dan operasi rendah suara sangat penting. Dalam bidang biomedis, presisi dan operasi bersih mereka membuatnya cocok untuk berbagai perangkat medis. Selain itu, mereka umumnya digunakan untuk mendorong kipas pendingin, menyediakan ventilasi efisien dan tenang dalam berbagai sistem.

Struktur Motor

Gambar di bawah ini menggambarkan bagian lintang dari motor PMAC trapezoidal tiga fase, dua kutub, yang merupakan komponen kunci dari pemacu motor DC tanpa sikat. Motor ini memiliki rotor magnet tetap dengan busur kutub yang lebar, yang berkontribusi pada operasi yang efisien. Stator dilengkapi dengan tiga gulungan kutub, masing-masing diposisikan 120 derajat satu sama lain. Konfigurasi gulungan khusus ini memastikan operasi listrik seimbang dan produksi torsi yang halus. Setiap gulungan fase mencakup 60 derajat di sisi mana pun, mengoptimalkan interaksi medan magnet dalam motor dan memungkinkan kontrol yang tepat atas kecepatan dan kinerjanya.

Tegangan yang diinduksi pada tiga fase motor digambarkan dalam gambar di bawah ini. Pembentukan gelombang trapezoidal dapat disebabkan oleh interaksi spesifik antara rotor dan stator. Ketika rotor berputar dalam arah berlawanan, selama 120 derajat putaran dari posisi referensi, semua konduktor atas fase A berinteraksi dengan kutub selatan medan magnet, sementara semua konduktor bawah fase A berinteraksi dengan kutub utara.

Interaksi magnetik konsisten dalam rentang sudut ini menghasilkan tegangan terinduksi yang relatif stabil, berkontribusi pada bagian atas datar dari gelombang trapezoidal. Seiring rotor terus berputar, perubahan orientasi medan magnet menyebabkan tegangan terinduksi bertransisi, akhirnya membentuk bentuk trapezoidal khas yang penting untuk operasi dan kontrol yang tepat dari pemacu motor DC tanpa sikat.

Selama 120 derajat putaran rotor, tegangan terinduksi pada fase A tetap relatif konstan. Setelah putaran melebihi 120 derajat, beberapa konduktor atas fase A mulai berhubungan dengan kutub utara, sementara yang lain terus berinteraksi dengan kutub selatan. Fenomena yang sama terjadi dengan konduktor bawah. Akibatnya, selama 60 derajat putaran berikutnya, tegangan terinduksi pada fase A berbalik secara linear. Pola perubahan tegangan ini juga tercermin pada fase B dan C, menciptakan perilaku listrik yang koordinatif yang penting untuk operasi motor.

Sistem pemacu motor DC tanpa sikat, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah ini, terdiri dari inverter sumber tegangan yang dipasangkan dengan motor PMAC trapezoidal. Gulungan stator motor dikonfigurasi dalam koneksi bintang. Gambar juga menunjukkan gelombang tegangan fase karakteristik motor PMAC trapezoidal, yang mencerminkan dinamika induksi tegangan unik yang dijelaskan di atas. Gelombang ini adalah fitur kunci yang memungkinkan kontrol dan operasi yang efisien dari pemacu motor DC tanpa sikat, memfasilitasi produksi torsi yang halus dan pengaturan kecepatan yang tepat.

Gulungan stator motor DC tanpa sikat disuplai dengan pulsa arus. Setiap pulsa memiliki durasi 120 derajat listrik dan diposisikan dengan tepat dalam wilayah di mana tegangan terinduksi tetap konstan dan mencapai nilai maksimumnya. Kritis, polaritas pulsa arus ini sejalan dengan polaritas tegangan terinduksi, memastikan interaksi harmonis antara input listrik dan medan magnet yang dihasilkan oleh motor.

Fluks celah udara dalam motor dipertahankan pada tingkat yang stabil, dan besarnya tegangan terinduksi berbanding lurus dengan kecepatan rotasi rotor. Hubungan ini fundamental untuk operasi motor, karena memungkinkan pengendalian akurat kinerja motor berdasarkan tegangan terinduksi yang bergantung pada kecepatan, memungkinkan transfer daya yang efisien dan operasi yang halus dalam berbagai kondisi operasi.

Selama setiap interval 60 derajat operasi, arus mengalir ke satu fase gulungan stator motor dan keluar dari fase lain. Pola aliran arus alternatif ini adalah karakteristik kunci dari operasi motor DC tanpa sikat. Akibatnya, daya yang disuplai ke motor dalam setiap interval 60 derajat ini dapat dinyatakan oleh rumus berikut, yang mempertimbangkan interaksi antara tegangan dan arus dalam fase gulungan.

Torsi yang dihasilkan oleh motor

Gelombang torsi dari pemacu motor DC tanpa sikat digambarkan dalam gambar di bawah ini. Besarnya torsi yang dihasilkan oleh motor berbanding lurus dengan arus yang mengalir melalui tautan daya DC. Hubungan ini fundamental untuk memahami perilaku dinamis dan karakteristik kinerja motor.

Pengereman regeneratif dalam sistem pemacu ini dicapai dengan membalikkan arus fase. Ketika arus fase dibalik, arah sumber arus Id juga berubah sesuai. Pembalikan ini menginisiasi aliran daya yang dimulai dari motor, melalui inverter, dan akhirnya kembali ke sumber DC. Selama proses ini, motor berfungsi sebagai generator, mengubah energi mekanik dari beban menjadi energi listrik, yang kemudian dikembalikan ke pasokan daya. Ini tidak hanya membantu dalam perlambatan motor, tetapi juga memungkinkan pemulihan dan penggunaan kembali energi, meningkatkan efisiensi keseluruhan sistem.

Ketika kecepatan rotasi sistem pemacu dibalik, polaritas tegangan terinduksi dalam motor juga berbalik. Perubahan polaritas tegangan ini memicu operasi pengereman regeneratif, memungkinkan pemacu untuk mengubah energi mekanik beban bergerak menjadi energi listrik yang dapat dikembalikan ke pasokan daya.

Sebaliknya, membalikkan arah arus yang mengalir melalui gulungan motor menginisiasi operasi motoring, mendorong motor ke arah yang diinginkan. Gelombang arus yang sesuai dengan mode operasi ini—pengereman regeneratif dan motoring—digambarkan dengan jelas dalam gambar di bawah ini, memberikan representasi visual dari perilaku listrik sistem pemacu dalam kondisi berbeda.

Jenis Pemacu Motor DC Tanpa Sikat

Pemacu motor DC tanpa sikat dapat dibagi menjadi dua jenis yang berbeda: pemacu motor DC tanpa sikat biaya rendah dan pemacu motor DC tanpa sikat fase tunggal. Setiap jenis memiliki karakteristik dan prinsip operasional uniknya sendiri, yang diuraikan di bawah ini.

Pemacu Motor DC Tanpa Sikat Biaya Rendah

Pemacu motor DC tanpa sikat biaya rendah dirancang dengan prinsip kesederhanaan dan keterjangkauan. Ia memiliki konfigurasi minimalis, terdiri dari hanya tiga transistor dan konverter tiga dioda. Pengaturan ini membatasi pemacu untuk hanya menyuplai arus atau tegangan positif ke motor tiga fase.

Selama operasi, tegangan terinduksi dan arus memainkan peran penting baik dalam fungsi motoring maupun pengereman motor. Ketika pulsa arus positif 120 derajat disuplai ke motor, ia menginisiasi tindakan motoring, menyebabkan motor berputar dalam arah berlawanan. Sebaliknya, ketika pulsa arus ini digeser 60 derajat menjadi total 180 derajat, motor beralih ke keadaan pengereman. Perubahan dalam waktu pulsa arus ini secara efektif mengubah interaksi antara input listrik dan medan magnet motor, memungkinkan pergeseran dari gerakan rotasi ke mekanisme pengereman.

Pemacu Motor DC Tanpa Sikat Biaya Rendah: Mekanisme Kontrol Arus

Dalam pemacu motor DC tanpa sikat biaya rendah, arus fase A diatur dengan tepat oleh tiristor Tr1 dan dioda D1. Ketika Tr1 diaktifkan (dinyalakan), tegangan sumber Vd terhubung ke gulungan A. Koneksi ini menyebabkan laju perubahan arus IA menjadi positif, artinya arus pada fase A mulai meningkat. Sebaliknya, ketika Tr1 dinonaktifkan (dimatikan), arus iA masuk ke keadaan freewheeling melalui dioda D1. Selama proses freewheeling ini, laju perubahan iA menjadi negatif, dan arus secara bertahap meredam.

Dalam periode waktu 0-120º, Tr1 dapat dihidupkan dan dimatikan secara bergantian. Strategi penghidupan dan pemadaman ini digunakan untuk membuat arus aktual IA mengikuti arus referensi persegi panjang iA, memastikan bahwa perbedaan antara keduanya tetap dalam band histeresis yang ditentukan. Kontrol yang tepat ini membantu dalam mempertahankan operasi motor yang stabil dan transfer daya yang efisien.

Pemacu Motor DC Tanpa Sikat Fase Tunggal

Konfigurasi pemacu motor DC tanpa sikat fase tunggal digambarkan dalam gambar di bawah ini. Untuk tujuan analisis, asumsikan bahwa motor dipasok oleh konverter fase tunggal setengah jembatan, yang menyuplai gelombang arus persegi panjang ke motor, seperti yang ditunjukkan dalam diagram yang menyertainya. Gelombang arus khusus ini memainkan peran penting dalam menentukan karakteristik kinerja dan perilaku operasional motor.

Torsi yang dihasilkan oleh motor menunjukkan fluktuasi yang signifikan, yang biasa disebut ripple torsi. Namun, ketika motor beroperasi pada kecepatan tinggi, inersia sistem motor-beban berfungsi sebagai filter alami. Inersia inheren ini meratakan variasi torsi, memungkinkan motor untuk mempertahankan kecepatan rotasi yang relatif seragam meskipun adanya ripple torsi.