تولید حرکت حاصل از نیروی الکتریسیته تا حد زیادی مدیون اختراع موتور الکتریکی است. این ماشین‌های بسیار کاربردی به دلیل اکتشافات چند سال اخیر تنوع گسترده‌ای را پشت سر گذاشته‌اند. موتورهای بدون جاروبک را میتوان نسل جدیدی از موتورهای الکتریکی دانست. این موتورها بر اساس منبع تغذیه، مکانیسم عملکرد و کاربرد مختلف در انواع گوناگونی عرضه می‌شوند.
موتور DC بدون جاروبک (BLDC) از محبوب‌ترین موتورهای الکتریکی به شمار می‌آید. این موتور از طراحی موتورهای AC برای تولید گشتاور دقیق و قدرتمند استفاده می‌کند. در این مقاله به بررسی عملکردهای اساسی طراحی موتور BLDC، نحوه عملکرد آن برای ایجاد نیرو و بهترین کاربردهای این دسته از موتورهای الکتریکی اشاره خواهیم کرد. اگر قصد خرید یک موتور بدون جاروبک را دارید و یا در این زمینه کنجکاو هستید، ادامه متن را از دست ندهید.
موتور بدون جاروبک جزء مدرن‌ترین موتورهای الکتریکی است
موتورهای DC بدون جاروبک (BLDC) چه نوع موتورهایی هستند؟
موتورهای بدون جاروبک یکی از زیرمجموعه‌های موتور آهنربایی دائم (permanent magnet motor)، موتور DC برس خورده و موتور سنکرون به شمار می‌آیند. تفاوت یک موتور BLDC با یک موتور DC برس خورده آن است که موتور BLDC از برس و حلقه‌های کموتاتور استفاده نمی‌کند.
این دسته از موتورهای الکتریکی از فیزیک الکترومغناطیس برای ایجاد گشتاور در شفت خروجی خود بهره می‌برند. آن‌ها این کار را با کمک آهنرباهای دائمی روی روتور خود انجام می‌دهند که به صورت مغناطیسی به سیم‌پیچ‌های برقی در استاتور متصل می‌شوند.
با کمک این ساختار میتوان سرعت چرخش را با تنظیم مقدار و جهت جریان در سیم‌پیچ‌های استاتور تغییر داد و نیازی به برس یا کموتاتور مکانیکی نیست. موتورهای بدون جاروبک با فرکانس متناسب این جریان می‌چرخند. در واقع، آن‌ها نوعی موتور سنکرون هستند و به همین علت، نسبت به طرح‌های هم زمان مانند موتورهای القایی برتری دارند.
تصویری از یک موتور بدون جاروبک با اندازه استاندارد
موتورهای BLDC چگونه کار میکنند؟
موتورهای BLDC با سایر موتورهای DC متفاوت هستند؛ زیرا روتور آن‌ها فاقد سیم‌پیچ است و از یک آهنربای دائمی ساخته می‌شود. استاتور حاوی سیم‌پیچ‌هایی است که با عبور جریان از آن‌ها، میدان مغناطیسی را القا میکنند.
هنگامی که هر سیم‌پیچ استاتور (قطب) روشن می‌شود، روتور میدان مغناطیسی ثابت خود را با آن تراز می‌کند. مهندسان موتورهای بدون جاروبک به طرز هوشمندانه‌ای کموتاتورهای الکترونیکی خاصی ساخته‌اند که قطب‌های استاتور اطراف روتور را به ترتیب روشن و خاموش می‌کند؛ بنابراین روتور به سمت مد نظر هدایت شده و باعث چرخش در شفت خروجی می‌شود.
این فرایند شبیه به نحوه ایجاد یک میدان مغناطیسی چرخشی در موتورهای AC توسط جریان AC است، با این تفاوت که موتورهای BLDC از جریان DC بهره می‌برند و به صورت الکترونیکی جریان را در هر قطب به جلو و عقب سوئیچ کرده و فازهای AC را شبیه‌سازی میکنند.
کموتاسیون الکترونیکی به اپراتور، کنترل دقیقی روی سرعت مؤثر موتور می‌دهد و این همان کاری است که موتورهای القایی و دیگر طرح‌های AC نمی‌توانند انجام دهند. با تنظیم مقدار و جهت جریان از طریق استاتور، اپراتورها می‌توانند محدوده‌ای از سرعت و گشتاورهای مختلف را تولید کنند که همگی با فرکانس ورودی هماهنگ هستند.
نقش مهم کموتاسیون الکترونیکی
موتورهای بدون جاروبک برای عملکرد صحیح به کموتاسیون الکترونیکی متکی هستند. این بدان معنی است که آن‌ها از سنسورهای مختلفی جهت تشخیص موقعیت شفت در زمان معین کمک می‌گیرند. علاوه بر این، چنین موتورهایی از مدولاسیون عرض پالس (PWM) و سایر کنترل‌کننده‌های مدار جهت تغییر جریان به هر سیم‌پیچ در زمان معین استفاده میکنند.
در واقع، کموتاتور یک موتور DC برس خورده است که برای تغییر مکانیکی جریان از یک سیم‌پیچ به سیم‌پیچ دیگر استفاده می‌شود. به همین دلیل، موتورهای BLDC اصطکاکی ندارند، بدون گرد و غبار هستند و نسبت به موتورهای DC برس خورده با صدای کمتری کار میکنند.
اوج (پیک) روتور قفل شده و گشتاور کلی
اوج یا پیک، حداکثر مقدار گشتاور تولید شده توسط یک موتور است که معمولاً فقط برای مدت کوتاهی در هنگام راه‌اندازی یا در زمان کاهش سرعت تولید می‌شود. گشتاور کلی یا گشتاور نامی نیز گشتاوری پیوسته در یک سرعت تعیین شده است و نحوه عملکرد موتور در زمان بهره‌گیری از تمام انرژی را به ما نشان می‌دهد. این نکته قابل توجه است که با افزایش سرعت موتور، گشتاور کاهش می‌یابد و بالعکس.
اندازه موتورهای بدون جاروبک
اندازه موتور، ابعاد کلی موتور و ضریب هندسی آن را نشان می‌دهد. موتورهای BLDC انواع مختلفی دارند و اندازه آن‌ها تا حدی نشان‌دهنده عملکرد کلی این موتورها است. به طور کلی، هرچه اندازه موتور بزرگ‌تر باشد، معمولاً قدرت موتور نیز بیشتر است.
موتورهای بدون جاروبک معمولاً عمر فوق‌العاده بالایی دارند
ولتاژ اسمی موتور بدون جاروبک
دانستن ولتاژ اسمی موتورهای بدون جاروبک به انتخاب یک منبع تغذیه بهینه کمک می‌کند. ولتاژ اسمی مشخصات ولتاژ توصیه شده برای موتور را نشان می‌دهد و در موتورهای بدون جاروبک معمولاً 12 ولت، 24 ولت و 48 است. این ولتاژ نامی را میتوان اندکی بیشتر کرد، اما باید توجه داشته باشید که ولتاژ بسیار زیاد به سیم‌پیچ‌های استاتور آسیب می‌رساند.
سرعت و محدوده سرعت بدون بار
سرعت بدون بار (No Load Speed) به سرعتی گفته می‌شود که گشتاور خارجی خاصی توسط موتور بدون جاروبک تولید نشده باشد. سرعت بدون بار یک حالت شدید را نشان می‌دهد که در آن موتور به طور مکانیکی از انرژی خاصی استفاده نمی‌کند. در موتورهای مخصوص بدون جاروبک معمولاً این سرعت را با RPM ± نمایش می‌دهند. به طور کلی میتوان گفت که سرعت بدون بار و گشتاور اسمی این نوع موتورها نسبت به سایر موتورهای DC به شدت بهینه‌تر هستند.
این موتورها قیمت نسبتاً بالایی دارند
سخن پایانی
موتورهای BLDC به دلیل کموتاسیون الکترونیکی، کارایی بالایی دارند و نسبت به سایر موتورهای الکتریکی از عمر طولانی‌تری برخوردار هستند. به همین دلیل، از آن‌ها برای عملیات مداومی که در آن موتور باید برای مدت زمانی طولانی تغذیه شود، استفاده میکنند. چنین مواردی شامل فن‌های کامپیوتر، تهویه مطبوع، ماشین لباسشویی، دیسک‌های سخت و سایر ماشین‌هایی هستند که به توان مداوم و قابل‌کنترل نیاز دارند.
موتورهای BLDC مزایای زیادی نسبت به موتورهای القایی با جاروبک و AC دارند. با این حال، این مزایا موجب افزایش قیمت آن‌ها شده است. موتورهای بدون جاروبک به دلیل طراحی خاص و نیاز به مدارهای کموتاسیون الکتریکی، نسبت به اکثر موتورهای الکتریکی گران‌تر هستند، اما خرید آن‌ها نه یک هزینه، بلکه نوعی سرمایه‌گذاری محسوب می‌شود.
بدون دیدگاه