Fırçasız DC Motor Çalışma Prensibi

Fırçasız Dc Motor Çeşitleri 

Fırçasız DC motor tasarımına bakıldığında rotor ve statordan oluşan ve iç rotor ve dış rotor mekanizma içine konumlanmış bir motor çeşididir. Bu motor çeşidi rotorda bulunan kalıcı mıknatıs dış yüzeye gömülmüş olup, stator salgıları ile içeriye sabitlenmiştir. Bu bağlamda fırçasız dc motorlar kendi içerisinde çeşitlere ayrılmakadır. Bunlar;

• İç rotorlu (inrunner) fırçasız DA motorlar

Stator dış tarafta tasarlansa da sabittir. Mıknatıslar motoru çevreleyip rotor üzerine yapıştırılır. İç rotorlu fırçasız DA motor eylemsizliği düşük olduğundan kullanıldığı alanda avantaj sağlar. Bu noktada iç rotorlu olması uzun ömürlü olması ve bakım gerektirmemesi kullanım alanını genişletir. 

• Dış rotorlu (outrunner) fırçasız DA motorlar

Elektrikli araçlarda sıkça karşılaşılan dış rotorlu fırçasız DA motor türüdür. Bu motor türü Dron, su pompası, ev aletleri elektroniklerinde, değişken tahrikli endüstrilerde avantaj sağlar. Ayrıca dış rotor tasarımında stator ve rotor arasındaki hava boşluğu yarıçapı en az olduğundan, hava boşluğu yarıçapı azaldıkça akım başına üretilen tork kapasitesi de yükselir. 

• Disk tipi fırçasız DA motorlar

Rotoru çelikten imal edilen bir fırçasız dc motor türüdür. Bu motor türü mıknatıslarla çelik plaka üzerine konumlandırılır. Konumlandırılan bu motor, Stator sargıları ile mıknatıs yardımıyla uygun biçimde sarılır. Böylelikle Düşük hızda ve torkta hassas çıkış elde edilebilir. Aynı zamanda düşük devir ve hızların gerekli olduğu alanlarda tercih edilir.

Fırçasız Dc Motorun Yapısı

Fırçasız DC motor (BLDC), geleneksel DC motorlardan farklı olarak, fırçalar ve komütatör içermeyen bir yapıya sahiptir. Bu motor türünde manyetik alanı oluşturan ve hareketi sağlayan stator ve rotor olmak üzere iki ana bileşen bulunur. Stator, motorun dış çerçevesinde yer alır ve genellikle bakır telden sarılmış sabit mıknatıslar veya elektromıknatıslarla donatılmıştır. Rotor ise hareket eden kısmı oluşturur ve genellikle güçlü sabit mıknatıslar içerir. Bu sabit mıknatısları detaylı şekilde ele almak gerekirse;

• Stator

Doğru akım motoru için stator önemli bir parçadır. Bu parça faz sargıları statora sarılarak duran manyetik alan oluşturulur. Ayrıca demir kaybını en aza indirmek için stator demir saclardan imal edilmiştir. Birden fazla çelik sac bir araya gelerek nüveyi meydana getirir. Nüve içinde stator sargılarını yerleştirecek oluklar vardır. Bu olukların sayısı faz sayısına, rotor kutup sayısına ve sargı sayısına bağlı olarak değişecektir. Bu nedenle motor seçiminde bunların önemi yüksektir. Fırçasız doğru akım motor statorunda yer alan sargılar asenkron motorlardaki gibi üçgen veya yıldız şeklinde bağlanabilir.

• Rotor

Rotor, bir elektrik motorunun dönen kısmını oluşturan temel bileşendir ve motorun mekanik hareket üretiminde kritik bir rol oynar. Bu bağlamda elektrik motorları, jeneratörler, alternatörler ve türbinler gibi pek çok cihazda yer alan rotor, genellikle motorun iç kısmında, stator adı verilen sabit bileşenle çevrelenmiş olarak bulunur. Bu sebeple de  rotorun yapısı, motor tipine göre değişiklik göstermekle birlikte, çoğunlukla manyetik alan yaratacak mıknatıslar veya elektrik akımı ile manyetize edilebilen sargılardan oluşur. Alternatif olarak, bazı rotor türleri dönen bobin sargıları içerir ve fırçalar aracılığıyla statordan elektrik alır ve rotorun dönüş hızı, uygulanan elektrik akımının frekansı veya voltajına göre değişkenlik göstermekte olup, hız kontrol edilebilir bir yapıya sahip olur.

Fırçasız Dc Motor Çalışma Voltajları Nelerdir?

DC motor çalışma voltajları motorun kullanıldığı alan göre değişecektir.Bu noktada fırçasız DC motor kaç volt ile çalışır derseniz güç değeri 100 RPM’den başlayıp 10000 RPM’ye kadar çıkar. 100 RPM, 500 RPM, 1000 RPM, 3000 RPM ve 10000 RMP’yi bulabilir. Ayrıca 3 volt, 36 volt veya 220 volt DC motor çalışma voltajları da vardır.

Burada önemli olan makinenin kullanım alanı, kapasitesi, markası, verimi ve hızıdır. Marka ve model bazında çalışma voltajı değerlendirmek doğru olacaktır. Güce göre sınıflandırmada 100 W düşük güçlüdür. 1000 kW’tan büyük güçler çok büyük güçlü olarak sınıflandırılır.  

BLDC  Motorların Çalışma Prensibi

Fırçasız DC motorlar (BLDC motorlar), adından da anlaşılacağı gibi fırçalar ve mekanik komütatör kullanılmadan çalışan motorlardır ve bu yüzden uzun ömürlü, verimli ve sessiz bir yapıya sahiptirler. BLDC motorların çalışma prensibi, statorda üretilen elektromanyetik alanın, rotordaki sabit mıknatıslarla etkileşime girerek rotorun dönmesini sağlamasına dayanır. Aynı zamanda da  BLDC motorların statoru, bakır sargılarla donatılmış olup, bu sargılar elektronik bir sürücü devresi tarafından sıralı şekilde elektrik akımıyla beslenir. Ek olarak elektronik sürücü, akımı belirli bir sırayla stator sargılarına uygular ve böylece stator etrafında dönen bir manyetik alan oluşturur. Rotor ise mıknatıslarla donatılmıştır ve bu dönen manyetik alanın çekim ve itim kuvvetleriyle dönmeye başlar. Bu noktada  Elektronik sürücü devresi, rotorun konumunu algılayarak (genellikle Hall sensörleri yardımıyla), rotorun manyetik alanına göre akımı sürekli doğru sargıya yönlendirir ve böylece sürekli bir dönüş hareketi sağlanır.

Doğru Akım Motoru Devre için Gerekli Devreler 

Doğru akım motoru elektrik enerjisini mekanik enerjiye çevirme görevi üstlenir. Bu bağlamda doğru akım motoru devresi 6 farklı bölümden oluşmaktadır. Bahsi geçen Fırçasız DA motor devreleri şunlardır;

• Endüvi (dönen kısım): Doğru akım motorunun dönme işlemini gerçekleştirir.
• Endüktör: (duran kısım): Manyetik alan oluşturulmasında görevlidir.
• Kapak: Sistemi bir arada tutar.
• Yatak: Sistem yatak içinde konumlandırılır.
• Fırça: Motor olarak çalışırken gerilim uygulanmasına yarar.
• Kollektör: Endüvi üzerindeki bakır dilimlerdir. 

BLDC Motorlarda Hız ve Tork Kontrolü

Giriş voltajı değiştirilirse DC motorun hız ve tork kontrolü yapılabilir. PWD ile ON-OFF tetiklemesi ile giriş voltajının ortalama değerini ayarlayabilir. Darbelerin genişliğine göre de ortalama voltaj belirlenebilir. Bu sebeple de görev döngüsü yüksek ise voltaj da yükselir. Tersi durumda görev döngüsü düşerse DC motoru voltajı da düşecektir. 

BLDC Motorlarda Rejeneratif Frenleme 

BLCD motorlarda rejeneratif frenleme esnasında invertörün PWD şekli değişir. Bu değişim Kinetik enerji elektrik enerjisine dönüştürülür ve tahrik edilen yük DC motorun boş hızından daha yüksek çalışıyorsa rejeneratif frenleme iş görür. Bir bakıma bu motor akımı tersine çevrilerek jeneratöre dönüştürür. Böylelikle motor durmayacağı gibi yüksüz hız üzerine çıkıldığında hız kontrol edilir. Bahsi geçen bu frelenme çeşidinde en büyük avantaj, üretilen enerjinin belirli bir miktarının kaynak beslemeye geri gönderilmesidir.  

DC Motorlarda Encoder ve Potansiyometre Kullanımı

DC motorlarda encoder motorun dönüş hızının hassas olarak ölçülmesini sağlar. Rotor konumu açısal olarak encoder yardımı ile belirlenebilir. Encoderin ölçtüğü bilgiyi iletmesi ile motor istenilen hıza getirilebilecektir. Bu doğrultuda motorun dönme hızını ölçerken bir yandan da kontrol işlevi görmektedir. Bunun yanı sıra DC motorlara enkoder eklendiği zaman motorun mevcut konumunu rahatlıkla izleyebilirsiniz. Böylece servo motorlarda geri besleme mekanizmasının gördüğü işlevi DC encoder üstlenir. 

Potansiyometre direncin ayarlanabilmesi ve denetlenebilmesinde büyük bir  rol oynar. Bu sebeple potansiyometrede bulunan iki bacak sabit iken üçüncüsü hareketlidir. Bu durumda iç yapıdaki hareketliliği sağlamak içindir. Potun sabit basınç değerini gösterir. 

BLCD motoru enkoder ve potansiyometre kullanımı verim almanızı sağlar. Motorun denetlenebilmesi ve hata payının azaltılmasında önemli rol üstlenir.

Fırçasız Doğru Akım Motorunda Alan Etkili Sensörlerin (Hall Effect Sensor) Kullanımı

Manyetik alan algılaması için Hall Effect sensörleri geliştirilmiştir. Stator içine eşit biçimde yerleştirilen 120 derece veya 60 derecelik açılarla Hall Effect sensörleri, rotor pozisyonunu bilmek ve etkinleştirebilmek açısından oldukça önemlidir.

Doğru akım motoru komütasyonu 3 adet dahili sabit Hall Effect sensörü ile tespit edilir. Tespit edilen Hall Effect sensörleri, motorun dönmeyen kısmına 120 derecelik açı ile sabitlenir. Böylelikle fırçasız DA motorlarda geçiş yerleri Hall Effect sinyali çözülerek belirlenecektir. Bu da motorun hızı Hall Effect sensör sinyallerinin genişliği ile yakından ilgilidir.  

Sabit olarak tasarlanan mıknatısların dönüşü Hall Effect sensörlerin manyetik alanı algılamasını sağlar. Manyetik kutupta HIGH, karşı kutupta LOW kodu oluşur. 

Fırçasız DA Motor Sürücülerde PWM

Fırçasız DA motor hızı, fazlara uygulanan voltaja göre değişecektir. Bu nedenle fırçasız DA motor hızını ayarlarken, değişken voltajlı DC beslemesi ile sağlayabilirsiniz.Bunun sonucunda da motor sürücülerindeki PWM sinyalleri, mikroişlemciler tarafından üretilir. 

Fırçasız DA motor ucuna verilen değişken faz gerilimi kullanılan güç transistörlerini kontrol edecektir. Bunu sağlayacak ise PWM sinyalidir. Bu sinyaller PWM kontrol stratejisine göre güç transistörlerinin anahtarlanması önceden belirlenen iki PWM döngüsü ile gerçekleşir. Yüksek PWM çalışma döngüsü DH anahtarına uygulanır veya düşük PWM görev döngüsü değeri DL uygulanır. Kısacası sürücü iki durumda çalışabilir. 

Fırçasız Dc Motorların Sektördeki Geleceği

Statik ve dinamik uygulama amacına göre çeşitlilik gösterebilmesi fonksiyonelliğini gündeme getirir. Fırçasız DC motor manyetik bağlantı açısından çok iyidir. Bu özelliği kesme, kaldırma ve destekleme işlemlerinin kolayca yapılmasına yardımcı olur. 

Diğer motor türleri ile kıyaslanınca BLCD motorların verimliliği de yüksektir. Ağırlık oranına göre yüksek torkta çalışsa da gürültü seviyesi düşüktür. 

Siz de kaliteli ve uygun fiyatlı fırçasız dc motor arayışındaysanız, Servonorm’un uzman ve profesyonel ekibi ile iletişime geçerek, ihtiyaçlarınıza en uygun fırçasız DC motor çözümlerini bulabilirsiniz.