- Prinsip Operasi dan Konstruksi
- Motor DC yang Disikat
- Motor DC Tanpa Sikat
- Keuntungan dan Kerugian
- Aplikasi
- Faktor yang perlu dipertimbangkan saat memilih antara Motor DC Brushless dan Brushed
Motor listrik telah menjadi bagian penting dalam hidup kita. Mereka ditemukan di semua jenis perangkat mulai dari mobil listrik hingga drone, robot, dan Perangkat Elektronik lainnya. Secara umum, Motor listrik adalah alat yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Mereka biasanya disebut sebagai kebalikan dari generator karena mereka beroperasi pada prinsip yang sama dan secara teoritis dapat diubah menjadi generator. Mereka pada dasarnya digunakan dalam situasi di mana gerakan rotasi diperlukan dan mereka menemukan aplikasi dalam peralatan (motor getaran), robot, peralatan medis, mainan, dan banyak lagi.
Motor listrik dapat dikategorikan ke dalam dua kategori besar berdasarkan jenis sumber tenaga yang digunakan: Motor AC dan Motor DC. Sesuai dengan namanya, motor AC secara umum ditenagai dengan menggunakan sumber daya AC (fase tunggal atau tiga fase) dan banyak digunakan dalam aplikasi Industri dan tugas berat yang membutuhkan banyak torsi. Motor DC (yang menjadi fokus kami hari ini) di sisi lain biasanya lebih kecil dan digunakan dalam aplikasi berbasis baterai (atau dicolokkan ke sumber DC) di mana jumlah pekerjaan yang diperlukan jauh lebih sedikit dibandingkan dengan motor AC. Mereka menemukan aplikasi di beberapa perangkat mulai dari perangkat sehari-hari seperti gunting cukur hingga mainan untuk anak-anak, robot, dan drone.
Persyaratan untuk motor DC berbeda dari satu aplikasi ke aplikasi lainnya, karena satu aplikasi mungkin memerlukan lebih banyak torsi dan mengurangi kecepatan sementara yang lain mungkin memerlukan lebih banyak kecepatan dan torsi yang lebih rendah, sehingga motor DC terkadang diklasifikasikan oleh staf penjualan berdasarkan hal ini. Namun, motor DC dapat diklasifikasikan menjadi tiga kategori atau tipe berbeda termasuk;
- Motor DC yang Disikat
- Motor DC Tanpa Sikat
- Motor Servo.
Untuk Artikel hari ini, fokus kami adalah pada motor DC Brushless dan Brushed, karena kami memeriksa perbedaan di antara mereka di sepanjang garis prinsip operasi, Konstruksi, aplikasi, kelebihan dan kekurangan. Untuk tipe ketiga bisa melalui artikel detail Motor Servo.
Prinsip Operasi dan Konstruksi
Pengoperasian semua motor pada umumnya didasarkan pada dua prinsip yaitu ; Hukum Ampere dan Hukum Faraday. The negara hukum pertama yang konduktor listrik ditempatkan dalam medan magnet akan memberikan gaya jika ada arus yang mengalir melalui konduktor memiliki komponen pada sudut kanan bidang itu. The negara Prinsip kedua bahwa jika konduktor bergerak melalui medan magnet, maka setiap komponen tegak lurus gerak ke lapangan yang akan menghasilkan perbedaan potensial antara ujung-ujung konduktor.
Berdasarkan undang-undang tersebut, motor listrik terdiri dari dua bagian utama; Sebuah magnet permanen dan sekumpulan konduktor dililitkan menjadi sebuah kumparan. Dengan menerapkan listrik ke kumparan itu menjadi magnet dan berdasarkan fakta bahwa magnet menolak di kutub yang sama dan menarik di kutub yang berbeda, gerakan rotasi tercapai.
Motor DC yang Disikat
Motor DC brushed dikenal sebagai salah satu motor paling awal dan paling sederhana karena menerapkan hukum yang dijelaskan di atas dengan cara yang paling sederhana. Seperti yang dijelaskan pada gambar di bawah ini, konstruksi motor DC yang disikat terdiri dari stator tetap yang terbuat dari magnet permanen dan dinamo bergerak (Rotor) di mana komponen seperti komutator, sikat, dan cincin terpisah yang semuanya ditempatkan di sekitar motor batang.
Ketika daya disuplai ke motor (melalui baterai atau melalui sumber AC ke DC yang dicolokkan), listrik mengalir dari sumber ke angker melalui sikat yang biasanya terletak di sisi berlawanan dari poros motor. Sikat (yang keberadaannya dalam desain merupakan faktor utama di balik nama motor), mentransfer arus listrik ke angker melalui kontak fisik dengan komutator. Segera setelah dinamo (kumparan kawat) diberi energi, ia mulai berperilaku seperti magnet dan pada saat itu kutubnya mulai menolak kutub magnet permanen yang membentuk stator. Saat kutub menolak, poros motor yang dipasang angker mulai berputar dengan kecepatan dan torsi yang bergantung pada kekuatan medan magnet di sekitar angker.
Kekuatan medan magnet biasanya merupakan fungsi dari tegangan yang diterapkan pada sikat dan kekuatan magnet permanen yang digunakan untuk stator.
Motor DC Tanpa Sikat
Meskipun mereka menggunakan prinsip elektromagnetisme yang sama, motor tanpa sikat di sisi lain lebih kompleks. Mereka adalah hasil langsung dari upaya yang dilakukan untuk meningkatkan efisiensi motor DC Brushed dan dapat secara sederhana digambarkan sebagai motor yang tidak mengadopsi penggunaan sikat untuk pergantian. Namun, sifat sederhana dari deskripsi itu memberi jalan untuk pertanyaan tentang bagaimana motor mendapat tenaga dan bagaimana gerakan dicapai tanpa sikat yang akan saya coba jelaskan.
Berlawanan dengan konstruksi motor yang disikat, pada motor tanpa sikat, hal-hal terbalik. Angker yang dalam hal motor yang disikat, berputar di dalam stator, tidak bergerak pada motor tanpa sikat dan magnet permanen, yang pada motor yang disikat dipasang, berfungsi sebagai rotor pada motor tanpa sikat. Sederhananya, stator untuk motor DC brushless terdiri dari kumparan sedangkan rotornya (yang digunakan untuk memasang poros motor) terbuat dari magnet permanen.
Karena motor tanpa sikat menghilangkan penggunaan sikat untuk memberikan daya ke angker, peralihan (pergantian) menjadi lebih kompleks dan dilakukan secara elektronik dengan menggunakan set komponen elektronik tambahan (seperti penguat yang dipicu oleh komponen pergantian seperti encoder optik) untuk mencapai gerakan. Algoritma pergantian untuk motor DC Brushless dapat dibagi menjadi dua; Pergantian berbasis sensor dan tidak masuk akal.
Dalam pergantian berbasis sensor, sensor (misalnya sensor hall) ditempatkan di sepanjang kutub motor untuk memberikan umpan balik ke sirkuit kontrol untuk membantunya memperkirakan posisi rotor. Ada tiga algoritma populer yang digunakan untuk pergantian berbasis sensor;
- Pergantian trapesium
- Pergantian sinusoidal
- Kontrol vektor (atau berorientasi lapangan).
Masing-masing algoritme kontrol ini memiliki kelebihan dan kekurangannya dan algoritme dapat diimplementasikan dengan cara yang berbeda tergantung pada perangkat lunak dan desain perangkat keras elektronik untuk membuat perubahan yang diperlukan.
Di sisi lain, dalam pergantian tanpa sensor, alih-alih sensor ditempatkan di dalam motor, sirkuit kontrol dirancang untuk mengukur EMF belakang untuk memperkirakan posisi rotor.
Algoritma ini bekerja cukup baik dan dengan biaya yang lebih rendah karena biaya sensor hall dihilangkan tetapi implementasinya jauh lebih kompleks dibandingkan dengan algoritma berbasis sensor.
Keuntungan dan Kerugian
Dalam motor DC yang disikat, sikat selalu bersentuhan dengan komutator yang berputar. Hal ini menyebabkan sejumlah besar gesekan yang dihasilkan dan ini pada gilirannya menyebabkan hilangnya energi untuk panas dan keausan sikat secara bertahap. Dengan demikian, motor Brushed DC memiliki efisiensi yang rendah dan membutuhkan perawatan berkala. Hal ini menciptakan banyak gesekan, dan gesekan sama dengan panas (kehilangan energi) dan keausan. Brushless DC di sisi lain pada dasarnya tanpa gesekan dan dengan demikian memiliki efisiensi yang sangat tinggi, tidak memerlukan perawatan dan bertahan lebih lama daripada motor DC yang disikat.
Namun, motor DC brushed sangat murah dibandingkan dengan motor brushless karena desainnya yang sederhana. Motor DC tanpa sikat di sisi lain cukup mahal karena desainnya yang rumit dan biaya tambahan untuk komponen elektronik tambahan (pengontrol) yang diperlukan untuk mengendarainya.
Aplikasi
Sementara motor DC brushless lebih populer saat ini, motor DC brush masih digunakan pada peralatan rumah tangga sehari-hari, mainan anak-anak, dan dalam aplikasi industri karena kemudahan rasio kecepatan terhadap torsi dapat bervariasi. Karena biayanya yang rendah, mereka digunakan dalam aplikasi di mana perangkat host bisa gagal sebelum motor.
Motor DC brushless di sisi lain telah menemukan aplikasi di semua jenis perangkat, dari peralatan medis, robot dan drone hingga mobil listrik, perkakas listrik, dll. Mereka pada dasarnya digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan efisiensi tinggi, umur panjang dan sepadan dengan biayanya.
Faktor yang perlu dipertimbangkan saat memilih antara Motor DC Brushless dan Brushed
Selain kecepatan, torsi, peringkat daya, dan persyaratan dasar lainnya untuk aplikasi Anda di bawah ini adalah tiga faktor yang menurut saya juga sebaiknya dipertimbangkan saat membuat keputusan tentang jenis motor yang akan diterapkan untuk aplikasi Anda.
- Siklus Tugas / Kehidupan Layanan
- Efisiensi
- Kontrol / Aktuasi
- Biaya
Siklus Tugas / Kehidupan Layanan
Umur servis menggambarkan berapa lama motor diperlukan untuk beroperasi sebelum gagal dan pada siklus kerja apa. Hal ini penting karena motor DC brushed seperti yang disebutkan sebelumnya mudah aus akibat gesekan antara sikat dan Commutator. Oleh karena itu, penting untuk memastikan aplikasi tersebut adalah aplikasi di mana motor akan berfungsi selama masa pakai atau aplikasi di mana servis motor akan dianggap normal dan murah jika motor DC yang disikat akan digunakan. Contoh bagusnya adalah pada mainan anak-anak, di mana mainan tersebut biasanya dibuang atau dirusak sebelum motor habis. Dalam aplikasi dengan masa pakai yang lama dan servis motor bukanlah pilihan yang layak, motor DC brushless biasanya merupakan pilihan yang bijaksana.
Efisiensi
Secara umum, motor DC Brushless memiliki efisiensi keseluruhan yang lebih tinggi dibandingkan dengan motor DC brushed tetapi ada beberapa kasus motor brushless core tanpa besi dengan efisiensi yang unggul dibandingkan dengan motor brushless yang setara. Namun, penting untuk mengevaluasi efisiensi yang dibutuhkan secara keseluruhan dan membandingkannya dengan masing-masing motor sebelum membuat keputusan. Dalam kebanyakan kasus di mana efisiensi adalah faktor penentu, motor DC brushless biasanya menang.
Kontrol / Aktuasi
Ini biasanya merupakan salah satu kemunduran utama dalam hal penggunaan motor DC brushless. Persyaratan tambahan seperti pengontrol dll., Membuat penggerak lebih kompleks dibandingkan dengan motor DC yang disikat yang dapat diberi daya / metode yang digerakkan semudah menghubungkan baterai di terminalnya. Anda harus memastikan jumlah kerumitan yang terkait dengan penggunaan motor DC brushless untuk proyek tersebut dibenarkan dan elektronik pendukung seperti pengontrol sudah tersedia. Terlepas dari kesederhanaan motor DC yang disikat, motor DC terkadang tidak cocok untuk aplikasi presisi tinggi. Sementara motor Brushed DC dapat dengan mudah dihubungkan ke pengontrol seperti Arduino, jauh lebih rumit untuk menghubungkan BLDC dengan Arduino Uno, namun ESC (Pengontrol Kecepatan Elektronik) mempermudah untuk menghubungkan BLDC dengan mikrokontroler.
Biaya
Kompleksitas desain motor DC brushless membuatnya sangat mahal jika dibandingkan dengan motor DC brushless. Pastikan biaya tambahan berada dalam batas yang terjangkau untuk proyek tersebut sebelum menggunakan motor DC tanpa sikat. Pertimbangkan juga biaya aksesori lain yang diperlukan untuk penggunaan BLDC sebelum mengambil keputusan.