موتور برقی براشلس

موتورهای بدون جاروبک (براشلس دی‌سی) یا electrically commutated motors شبیه به موتورهای سنکرونی هستند که با منبع جریان مستقیم تغذیه می‌شوند که توسط اینورتر مجتمع برای به حرکت درآوردن موتور به سیگنال الکتریکی متناوب تبدیل می‌شود؛ سنسورها و قطعات الکترونیکی دیگری نیز خروجی اینورتر را کنترل می‌نمایند.

مقایسه دو موتور براشلس و معمولی

موتور براشلس (بدون جاروبک) در برابر موتورهای براش (دارای جاروبک)

موتورهای براش جریان مستقیم به طور تجاری از سال ۱۸۸۶ مورد استفاده قرار گرفت.

موتورهای براشلس تا ۱۹۶۲ مورد استفاده تجاری قرار نگرفتند.

موتورهای براش گشتاور بیشینه را در لحظه اینسرنی(سکون) فراهم می‌آورند؛ این گشتاور با افزایش سرعت کاهش می‌یابد. برخی محدودیت‌های موتورهای براش می‌توانند در موتورهای براشلس جبران شوند.

آنها کارایی بالاتری را به همراه داشته و همچنین حساسیت کمتری نسبت به سایش مکانیکی دارند. این فواید در برابر کاهش نیرو، پیچیدگی بیشتر، و کنترل الکترونیکی هزینه بیشتری برای تولید نیاز دارند.

موتور براشلس آهنرباهای دائمی دارد که می‌گردد و آرمیچر در آن ثابت است؛ به همین دلیل مشکلات به وجود آمده به خاطر ارتباط مستقیم جریان با آرمیچر چرخان از میان برداشته شده‌اند.

در این موتورها یک کنترل‌کننده الکترونیکی، جایگزین جاروبک شده‌است؛ که فاز سیم‌پیچ‌ها را دائماً سوییچ می‌کند تا موتور را به گردش درآورد.

کنترل‌گر توزیع قدرت «همزمان» مشابهی را با یک مدار به جای سیستم براش و کموتاتور فراهم کرد. ارتباط موتور براشلس می‌تواند در سخت‌افزار صورت پذیرد یا به‌جای آن توسط اف‌پی‌جی‌ای اجرا شود.

استفاده از اف‌پی‌جی‌ای انعطاف‌پذیری و توانایی‌هایی را فراهم کرده‌است که در موتورهای DC براش در دسترس نیست. همچون محدود کردن سرعت، عملکرد برای کنترل حرکت آرام یا مورد نظر و نگه‌داشتن گشتاور هنگام سکون.

معایب موتور دی‌سی براش

توان بیشینه‌ای که می‌تواند به موتور براشلس اعمال شود تقریباً با حرارت محدود می‌شود؛ چراکه آهنرباها را تضعیف می‌کند و می‌تواند به عایق سیم‌پیچ‌ها نیز آسیب بزند. اشکال اساسی یک موتور براشلس نسبت به موتور براش قیمت بالاتر آن است که از دو مسئله برخاسته‌است.

اول، موتورهای براشلس به مدار کنترل‌کننده سرعت الکترونیکی پیچیده برای حرکت نیاز دارند. موتورهای براش جریان مستقیم می‌توانند توسط کنترل‌گرهایی در مقایسه ساده‌تر تنظیم شوند؛ همچون رئوستا (مقاومت متغیر). هرچند، این روش کارایی را کاهش می‌دهد؛ چراکه توان در رئوستا تلف می‌شود.

دوم، برخی کاربردهای عملی به خوبی در بخش تجاری فراهم نیامده‌است.

برخی مزیت‌ها نسبت به موتور براش

موتورهای براش‌لس در تبدیل برق به توان مکانیکی نسبت به موتورهای برس‌دار کارآمدترند. این پیشرفت تاحد زیادی به خاطر تعریف سرعت موتور توسط فرکانسی است که الکتریسیته سوییچ می‌شود، نه ولتاژ.

دست‌آوردهای بیشتر به خاطر نبودن براش و در نتیجه کاهش تلفات اصطکاک است. بیشترین کارایی پیشرفته در حالت‌های بدون بار و کم بار منحنی عملکرد موتور است. تحت بارهای مکانیکی بالا، موتورهای براشلس و موتورهای باکیفیت براش در کارایی غیرقابل مقایسه‌اند.

محیط‌ها و نیازمندی‌ها در حالت‌هایی که تولیدکننده‌ها از موتورهای براشلس دی‌سی استفاده می‌کنند، شامل عملکردهای بدون نگهداری، سرعت‌های بالا، و عملکردهایی که در آن‌ها جرقه مخاطره‌انگیز است (مانند محیط‌های قابل انفجار)، یا ممکن است به دستگاه‌هایی که نسبت به برق حساس هستند اثر بگذارد.

عملکرد کنترل گر

کنترل‌گر چرخش روتور را برعهده دارد و در نتیجه به وسیله‌هایی برای درک جهت و موقعیت روتور (نسبت به سیم‌پیچ‌های استاتور) نیازمند است.

در برخی طراحی‌ها از حسگرهای اثر هال یا rotary encoder برای اندازه‌گیری مستقیم موقعیت روتور استفاده می‌کنند.

برخی دیگر نیز EMF بازگشتی را در روتورهای خارج از هدایت اندازه می‌گیرند تا به موقعیت روتور پی ببرند و بدین‌ترتیب نیاز به حسگر اثر هال جداگانه را از میان برده‌اند و به همین‌دلیل عموماً کنترل‌گرهای بدون سنسور گفته می‌شوند.

یک کنترل‌گر نمونه ۳ خروجی دوقطبی (مثلا خروجی سه‌فاز با فرکانس کنترل شده) دارد، که توسط یک مدار منطقی کنترل شده‌است.

کنترل‌گرهای ساده مقایسه‌گرهایی را به کار می‌گیرند تا بفهمند چه موقع فاز خروجی می‌بایست افزایش یابد، درحالی که بیشتر کنترل‌گرهای پیشرفته ریزکنترل‌گری را برای شتاب، کنترل سرعت، و تنظیم بهترین-کارایی به کار می‌گیرند.

کنترل‌گرهایی که مکان روتور را بر اساس EMF برگشتی پیدا می‌کنند؛ دشواری‌های بیشتری در آغاز حرکت دارند؛ چون زمانی که موتور ساکن است هیچ EMF برگشتی نیز تولید نمی‌کند.

بدین ترتیب موتور ممکن است در هر جهتی به حرکت درآید؛ و سپس اگر تشخیص دهیم که جهت اشتباه است به جهت درست جهش کنیم. این می‌تواند موجب شود که موتور برعکس حرکت کند، که بر پیچیدگی بخش آغاز می‌افزاید.

موتورهای بدون سنسور دیگر توانایی دارند تا اشباع شدن سیم‌پیچ‌ها را که از قرارگیری آهنرباها ایجاد شده‌اند اندازه‌گیری نموده و در جهت یافتن مکان روتور به کار بگیرند.