الکتروموتور BLDC چیست ؟

قبل از اینکه به چگونگی عملکرد و ساختار الکتروموتورهای BLDC مخفف Brushless dc motors بپردازیم توضیح کوتاهی در مورد ساده ترین موتورهای الکتریکی و چگونگی تولید نیروی چرخشی توسط موتورهای جریان مستقیم یا DC در پایین بخوانید.

وظیفه اصلی موتور ها تولید نیرو است

وقتی مهندسان با چالش طراحی تجهیزات الکتریکی برای اهداف مکانیکی روبرو هستند ، احتمالا ابتدا به این فکر میکنند که با چه مکانیزمی سیگنال های الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند. الکتروموتورها از جمله وسایلی هستند که سیگنال های الکتریکی را به حرکت تبدیل میکنند. به زبان ساده موتورها انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل میکنند.

ساده ترین موتور الکتریکی

ساده ترین الکتروموتورها موتورهای DC با جاروبک  یا برس هستند (ترجمه شده Brush ). در این نوع موتورهای الکتریکی جریان الکتریکی از سیم پیچی که در یک میدان مغناطیسی ثابت قرار دارند گذر میکند. این جریان باعث بوجود امدن میدان های مغناطیسی در سیم پیچ میشود. این امر باعث میشود که سیم پیچ ها بچخند. به این دلیل که هر سیم پیچ از قطب مشابه دور میشود و به سمت قطب مخالف کشیده میشود.

موتور الکتریکی چگونه میچرخد

برای ادامه دار شدن این چرخش نیاز است که به طور مداوم جهت جریان را برعکس کنیم. وقتی که قطب های سیم پیچ به طور مداوم جابجا شوند این باعث میشود که سیم پیچ ها به دنبال کردن قطب های ثابت و بر خلاف آن ادامه دهند. ( اگر جهت جریان عوض نشود بعد از یک نیم دور چرخش موتور از حرکت باز می ایستد اما با تغییر جهت جریان به طور مداوم این گردش ادامه پیدا میکند )

طبق تصویر برق سیم پیچ ها از طریق برس های(جاروبک-Brush) رسانای ثابتی که با یک کوموتاتور چرخان تماس برقرار میکنند تامین میشود .این چرخش کموتاتور است که باعث معکوس شدن جریان میشود. کموتاتور و جاروبک اجزای کلیدی موتورهای DC هستند که آنها را از سایر موتورها متمایز میکنند.

جاروبک های ثابت انرژی الکتریکی را به کموتاتورcommutator های چرخان انتقال میدهند. در حالی که کموتاتور میچرخد به طور مداوم جهت جریان ورودی به سیم پیچ را عوض میکند. کموتاتور می چرخد زیرا به روتوری که سیم پیچ ها روی آن نصب شده است متصل است.

انواع الکتروموتور

الکتروموتور ها بر اساس نوع برق مصرفی به DC و AC تقسیم میشوند . آنها بر اساس مکانیزم یا متد ایجاد چرخش نیز به انواع دیگری تقسیم بندی میشوند که در تصویر و در ادامه به آن میپردازیم.

موتورهای DC با جاروبک Brushed motors

آنها با طراحی ساده و قابلیت کنترل آسان به صورت گسترده ای در مواردی مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. مثلا در خودرو ها عموما برای باز و بسته کردن پنجره ها استفاده میشوند. قیمت پایین آنها را برای استفاده در بسیاری از کاربری ها مناسب میکند. اما از معایب آنها این است که به دلیل تماس مداوم تقریبا زود فرسوده میشوند و نیاز به تعویض یا تعمیر پیدا میکنند.

اینها تعریفاتی کوتاه و جزیی از انواع موتورهای الکتریکی بود. حالا میتوانیم به بررسی موضوع اصلی یعنی الکتروموتور های BLDC یا بدون چاروبک بپردازیم.

الکتروموتور BLDC

همانطور که از نامشان پیدا است، این الکتروموتور از جاروبک یا براش استفاده نمیکنند. در موتورهای مجهز به براش ، جاروبک ها جریان را از طریق کموتاتور به سیم پیچ های داخل روتور منتقل میکنند. خب حالا موتورهای بدون جاروبک چگونه جریان را به روتور منتقل می کنند ؟ این کار را نمیکنند. چون سیم پیچی در داخل روتور وجود ندارد . در عوض روتور در این موتور ها یک آهنربای دایمی است. آن سیم پیچ هایی که در موتورهای دیگر در داخل روتور به کار رفته در اینجا در جایی روی استاتور تعبیه شده اند.

چون سیم پیچ ها نمیچرخند پس نیازی به جاروبک و کوموتاتور نیست .

در موتورهای دی سی معمولی که دارای جاروبک هستند ، چرخش به وسیله کنترل میدان مغناطیسی داخل روتور در حالی که میدان مغناطیسی استاتور ثابت است تولید میشود. برای تغییر سرعت چرخش، ولتاژ سیم پیچ های روتور را تغییر میدهیم.

در موتور های BLDC آهنربای دائمی (روتور) است که میچرخد . چرخش به وسیله تغییر در میدان مغناطیسی سیم پیچ های ثابت اطراف بوجود می آید. برای کنترل کردن چرخش در این الکتروموتور ها می بایست مقدار و جهت جریان را در این سیم پیچ ها تنظیم کنید.

در الکتروموتور های BLDC از انجایی که روتور یک آهنربای دایمی است، نیازی به جاروبک و کموتاتور از بین می رود. جریان سیم پیچ های ثابت از خارج کنترل می شود .

سیم کشی موتورهای BLDC

الکتروموتور BLDC با سه سیم پیچی روی استاتور شش عدد سیم خروجی خواهد داشت ( هر سیم پیچ دو تا ) . در بیشتر موارد سه تا از این سیم ها به صورت داخلی متصل میشوند و سه سیم باقی مانده از بدنه موتور خارج میشود. (برخلاف موتورهای دارای براش که دو سیم از آنها خارج میشود)

سیم کشی درجعبه ترمینال موتور های  Brushless DC motors پیچیده تر از اتصال ساده است که دارای مثبت و منفی است. در ادامه با دقت بیشتری به مزایای این موتور ها میپردازیم و نتیجه گیری می کنیم.

موتور کولری BLDC سپهران

یکی از کاربردهای خوب این الکتروموتور ها در بهینه سازی کولر های آبی است که اکثر ما استفاده میکنیم. کاهش مصرف برق ، کاهش سر و صدا و کاهش نیاز به تعمیرات و حجم کم این موتور و همچنین قابلیت تنظیم سرعت در دور های مختلف توسط ریموت و کنترل از راه دور از مزایای بهینه سازی کولرهای آبی با موتورهای کولری BLDC است. استفاده از این موتور در طولانی مدت هزینه های شما را کاهش خواهد داد.

این موتور ها شامل یک ترموستات و یک درایو هستند. درایو همراه الکتروموتور داخل کولر نصب میشوند.

مراحل نصب الکتروموتور کولری BLDC

همانطور که اشاره شد یکی از مزیت های استفاده از این نوع الکتروموتور برای کولر های آبی این است که سیستم فولی و تسمه از کولر حذف میشود و الکتروموتور BLDC با حجمی کمتر در قسمت یاتاقان در یک سمت کولر نصب میشود.

نکته 1- باید به جهت چرخش موتور هنگام نصب دقت کنید و در صورت نیاز به تغییر جهت چرخش کافی است جای دو تا از سه سیم موتور را روی درایو عوض کنید.

• در ابتدا موتور در یک سمت کولر و ترجیحا محل ورود برق به جای یاتاقان بسته میشود و شفت وارد محور موتور شده و توسط سه پیچ ثابت میشود.

نکته 2- بالانس قرار گیری شفت برقرار باشد. اگر شفت بالانس نباشد الکتروموتور در هنگام کار کردن در برخی سرعت ها صدا خواهد داد و در نهایت موجب کاهش طول عمر موتور میشود. برای کنترل بالانس شفت باید فاصله مرکز شفت تا کف کولر در دو سمت بررسی شود.

• مرحله بعد نصب درایو بر روی بدنه ونتیلاتور کولر است. باید دقت شود که موتور و درایو در یک سمت کولر بسته شوند. نصب را طوری انجام دهید که درایو نزدیک موتور و سیم کابل ورودی باشد باشد.
• سپس برق ورودی به داخل درایو وارد میشود و دو رشته سیم های ورودی A و B از ترموستات به  محل A و Bدرایو وصل میشوند . در نهایت سه سیم الکتروموتور BLDC نیز به سه سوکت در پاین درایو وصل میشود. برای تغییر جهت چرخش کافی است جای دو سیم را عوض کنید.
• پمپ کولر نیز طبق نقشه برقی که در دفترچه راهنمای محصول اس و همچنین بر روی درایو درج شده به سادگی وصل خواهد شد.

لیست قیمت الکتروموتورهای کولری BLDC سپهران

مزایای الکتروموتورهای BLDC

• یک مزیت بزرگ موتور BLDC کارامدی و راندمان است. این الکتروموتور ها میتوانند به طور مداوم در حداکثر گشتاور خروجی عمل کنند. برعکس موتورهای قدیمی و دارای جاروبک ، تنها در نقاط خاصی از چرخش میتوانیم به حداکثر گشتاور برسیم.

برای اینکه یک موتور با سیستم جاروبک و کموتاتور بخواهد همان مقدار گشتاور موتور BLDC را ارایه دهد نیاز به میدان مغناطیسی بزرگتر (آهنربای بزرگتر دارد).

• به زبان دیگر الکتروموتور BLDC با جثه کوچکتر میتواند قدرت قابل توجهی به ما تحویل دهد . حجم کمتر یکی از ویژگی های این الکتروموتور ها است.
• مزیت بزرگ بعدی به مزیت اولی هم ربط دارد. و آن قابلیت کنترل و دور متغییر است. الکتروموتور BLDC را میتوان با استفاده از مکانیزم هایی کنترل کرد تا گشتاور و سرعت چرخش مورد نظر را به طور دقیق دریافت کرد .کنترل دقیق به نوبه خود مصرف انرژی و تولید گرما را کاهش میدهد و در صورتی که موتور با باتری کار کند طول عمر باتری را نیز افزایش میدهد.

• الکتروموتور های BLDC به دلیل نداشتن جاروبک دوام بالا و تولید صدای کمی دارند. در موتورهای قدیمی جاروبک دار به دلیل تماس مداوم به مرور زمان دچار اصطکاک می شوند و همچنین تولید جرقه میکنند. یکی از دلایل تولید صدای الکتریکی همین تماس و جرقه ها است . به همین دلیل الکتروموتور های BLDC در خیلی از کاربری ها که نیاز به تولید صدا و جرقه کم است ترجیح داده میشوند.
• مقاومت در برابر نوسانات شبکه برق

کاربری های ایده آل برای موتور های BLDC

این موتورها کارایی و راندمان بالا، قابلیت کنترل فوق العاده و طول عمر بیشتری دارند. به همین دلیل به طور گسترده در کاربری های دائم مورد استفاده قرار می گیرند.

در ماشین هایل لباس شویی و شست و شو ، دستگاه های تهویه هوا و سایر لوازم الکترونیکی، فن ها ، فن های آکسیال برای گاوداری ها و مرغ داری ها ، کولر ها(جایگزینی موتور کولر های آبی با موتور BLDC سبب کاهش هزینه های برف و تعمیرات خواهد شد) و هرجایی که مصرف انرژی حائز اهمیت است مورد استفاده قرار میگیرند.

تولید نویز و صدا در بسیاری از کاربری ها مورد توجه است ، به طور مثال فن های گاوداری ها یک مشکل این است که صدا و شوک ایجاد شده در هنگام استارت فن باعث ترس گاو ها میشود و تولید شیر کاهش می یابد. استفاده از موتورهای BLDC به دلیل استارت نرم در اینچنین موارد میتواند در تولید و فروش تاثیر بسزایی داشته باشد.

آنها همچنین برای استفاده در جاروبرقی ها و دستگاه های وکیوم مورد استفاده قرار میگیرند ، جایی که با یک اشاره کوچک میتوان سرعت چرخش را به دور مورد نیاز تغییر داد. (قابلیت کنترل عالی این موتور ها اجازه تغییر سرعت را به آنها میدهد)

موتورهای BLDC یا بدون براش (برس یا جاروبک) همچنین برای به چرخش دراوردن هارد دیسک ها مورد استفاده قرار میگیرند. جایی که طول عمر بالای آنها میتواند طول عمر دستگاه را به طور قابل ملاحظه ای افزایش دهند.

پیش بینی استفاده گسترده تر در آینده

انتظار میرود موتورهایجریان مستقیم Brushless در طیف گسترده تری در آینده مورد استفاده قرار بگیرند. به عنوان مثال آنها برای هدایت ربات های خدماتی استفاده خواهند شد. ربات های کوچکی که خدماتی را در زمینه هایی غیر از تولید ارایه میدهند.

شاید فکر کنید که استپر موتور ها برای استفاده در این امر بیشتر به کار آیند. چون گام های استپ موتور برای کنترل دقیق حرکت به کار خواهند امد. اما الکتروموتور BLDC برای کنتر کردن نیرو مناسب تر هستند چراکه یک موتور پله ای (استپر) برای نگه داشتن موقعیت ساختاری مانند بازوی ربات به یک جریان نسبتاً زیاد و پیوسته نیاز دارد.

برای یک موتور BLDC تنها چیزی که نیاز است یک جریان متناسب با نیروی خارجی است که امکان کنترل کارامد تر قدرت و سرعت را فراهم می کند. همچنین این موتورهای میتوانند جایگزین الکتروموتور های ساده با جاروبک در چرخ دستی ها و مثلا خودرو های مورد استفاده در ماشین های زمین گلف شوند. این موتور ها علاوه بر کارایی بیشتر میتوانند کنترل دقیق تری را نیز ارایه دهند که به نوبه خود میتواند طول عمر باتری دستگاه را بیشتر کند.

الکتروموتور BLDC همچنین برای استفاده در پهباد ها و هواپیما های بدون سرنشین بسیار ایده آل هستند. توانایی عالی آنها در کنترل دقیق سرعت چرخش این امکان را به آنها میدهد تا هر روز بیش از پیش جایگزین موتور های قدیمی شوند.