تفاوت بین موتور براش و بدون برس چیست؟

تفاوت بین موتور براش و بدون برس چیست؟

شکل 1: تفاوت بین موتور Brushed و Brushless

موتورهای Brushed در مقابل Brushless، چه تفاوت هایی با هم دارند

موتورهای DC برس دار و بدون جاروبک دو نوع متمایز از موتورهای الکتریکی هستند. به عبارت ساده، تفاوت این است که موتورهای برس دار دارای برس های تماس الکتریکی هستند که باعث چرخش موتور می شود. از سوی دیگر، موتورهای براشلس برای چرخاندن موتور به جای برس، به الکترونیک متکی هستند. راه دیگری برای توصیف آن این است که موتورهای براشلس دارای آهنرباهای چرخان در مرکز هستند، در حالی که موتورهای برس دار دارای آهنرباهای ثابت در خارج هستند.

شکل 1 تفاوت بصری بین این دو را نشان می دهد، اما عملکرد هر یک نیز کاملاً متفاوت است. تفاوت اصلی آنها در نوع کموتاسیونی است که استفاده می کنند:

1. روش کموتاسیون:
   • موتورهای برس دار از برس های مکانیکی و یک کموتاتور برای تغییر جهت جریان در سیم پیچ ها استفاده می کنند که به نوبه خود یک میدان مغناطیسی برای تولید گشتاور و چرخش موتور ایجاد می کند.
   • از طرف دیگر، موتورهای بدون جاروبک از کنترل الکترونیکی و سنسورهای مغناطیسی (مانند سنسورهای اثر هال) برای تغییر جهت جریان در سیم پیچ ها بدون هیچ گونه تماس مکانیکی استفاده می کنند. این کنترل الکترونیکی اغلب به شکل یک درایور خارجی یا یک کنترل کننده سرعت الکترونیکی یکپارچه (ESC) است.
2. بهره وری:
   • موتورهای براشلس معمولاً کارآمدتر از موتورهای برس دار هستند زیرا اصطکاک و تلفات انرژی مربوط به برس ها و کموتاتورها را ندارند. این منجر به عملکرد بهتر، زمان اجرا طولانی تر و کاهش مصرف انرژی می شود.
3. نگهداری و طول عمر:
   • موتورهای برس دار به دلیل سایش و پارگی برس ها و کموتاتورها نیاز به تعمیر و نگهداری بیشتری دارند که در نهایت می تواند منجر به کاهش عملکرد و خرابی موتور شود. تعویض برس به صورت دوره ای برای حفظ عملکرد مطلوب ضروری است.
   • موتورهای براشلس دارای قطعات متحرک کمتر و بدون تماس مکانیکی هستند که منجر به طول عمر بیشتر و کاهش نیاز به تعمیر و نگهداری می شود.
4. سر و صدا و لرزش:
   • موتورهای براشلس معمولاً در مقایسه با موتورهای برس دار صدا و لرزش کمتری تولید می کنند، زیرا آنها برس یا کموتاتوری ندارند که می تواند باعث ایجاد نویز مکانیکی شود.
5. هزینه و پیچیدگی:
   • موتورهای براشلس معمولاً به دلیل نیاز به سیستم های کنترل الکترونیکی برای کموتاسیون گران تر و پیچیده تر هستند. با این حال، مزایای آنها از نظر کارایی، طول عمر و نگهداری اغلب از تفاوت هزینه اولیه بیشتر است.

نمودار موتور بدون جاروبک

در روتور یک موتور بدون جاروبک، آهنرباهای دائمی وجود دارند، در حالی که استاتور سیم پیچ ها را در خود جای داده است. این آرایش برعکس محل استاتور و روتور در یک موتور DC برس خورده است. موتورهای DC برس شده زمانی که جریان از طریق کموتاتور و برس ها به سیم پیچ ها وارد می شود، چرخش را آغاز می کنند. همانطور که موتور می چرخد، جفت کموتاتور و برس بعدی انرژی می گیرند و جریان جریان را به سیم پیچ های مختلف هدایت می کنند و چرخش را حفظ می کنند. موتورهای بدون جاروبک بدون تکیه بر برس ها یا کموتاتورها به کموتاسیون می رسند. در عوض، آنها از حسگرهای قطب مغناطیسی (مانند عناصر هال یا آی سی های اثر هال) برای شناسایی موقعیت قطب مغناطیسی آهنربای دائمی استفاده می کنند. علاوه بر این، درایورها باید جریان جریان را از طریق سیم پیچ ها مطابق با موقعیت قطب مغناطیسی شناسایی شده هدایت کنند.

اصول موتور براشلس

برای تشریح اصول چرخشی موتورهای بدون جاروبک، یک مدل 2 قطبی و سه فاز ساده شده را همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است در نظر می گیریم.

آهنرباهای روتور از هر دو قطب شمال و جنوب تشکیل شده اند که هر کدام دارای زاویه قطب مغناطیسی 180 درجه هستند. سنسورهای قطب مغناطیسی Ha، Hb و Hc در فاصله 120 درجه از هم قرار می گیرند و قطب شمال آهنرباهای روتور را تشخیص می دهند و متعاقباً یک سیگنال تولید می کنند.

در مورد استاتور، سیم پیچ فاز-U، سیم پیچ فاز-V و سیم پیچ فاز-W نیز با فاصله 120 درجه از هم قرار می گیرند و 60 درجه از سنسورهای قطب مغناطیسی منحرف می شوند.

هنگامی که جریان از مدار محرک به موتور برای هر سیم پیچ فاز استاتور جریان می یابد، یک قطب جنوب در سمت قطر داخلی استاتور ایجاد می شود. برعکس، هنگامی که جریان در جهت مخالف جریان می یابد، یک قطب شمال در سمت قطر داخلی استاتور ایجاد می شود. شکل 3 شرایط زمانی که جریان از فاز U به فاز V می‌گذرد را نشان می‌دهد.

 شکل 3: اصل موتور بدون جاروبک ساده شده

روش کنترل موتور براشلس

یک موتور بدون جاروبک توسط یک کنترل کننده الکترونیکی کنترل می شود که قدرت عرضه شده به موتور را تنظیم می کند. مراحل زیر برای کنترل موتور DC بدون جاروبک آورده شده است:

1. سنسورهای اثر هال: موتورهای براشلس از سنسورهای اثر هال برای تعیین موقعیت روتور و ارائه بازخورد به کنترل کننده استفاده می کنند.
2. کموتاسیون الکترونیکی: کنترل کننده الکترونیکی از اطلاعات حسگرهای هال افکت برای تعیین ترتیب مناسب جریانی که باید به سیم پیچ های استاتور وارد شود، استفاده می کند.
3. ماسفت های برقی یا IGBT: کنترل کننده از ماسفت های برق یا IGBT برای تغییر جریان تامین شده به سیم پیچ های استاتور استفاده می کند.
4. سیگنال های PWM: کنترلر از سیگنال های مدولاسیون عرض پالس (PWM) برای تنظیم سرعت و گشتاور موتور با تنظیم چرخه وظیفه سیگنال های PWM استفاده می کند.
5. سیگنال های ورودی: کنترل کننده سیگنال های ورودی را از یک منبع کنترلی مانند میکروکنترلر دریافت می کند تا سرعت و جهت موتور مورد نظر را تنظیم کند.

روش دقیق برای کنترل موتور بدون جاروبک به موتور و کنترل کننده خاص مورد استفاده بستگی دارد، اما این مراحل یک نمای کلی از فرآیند ارائه می دهند.

چگونه می توان سرعت a را کنترل کرد بدون برس موتور

سرعت یک موتور DC بدون جاروبک با تنظیم فرکانس نیروی الکتریکی عرضه شده به موتور کنترل می شود. مراحل زیر برای کنترل سرعت موتور براشلس می باشد:

1. کنترلر الکترونیکی: از یک کنترلر الکترونیکی برای تنظیم برق تامین شده به موتور استفاده می شود.
2. سیگنال های PWM: کنترل کننده از سیگنال های مدولاسیون عرض پالس (PWM) برای تنظیم فرکانس برق عرضه شده به موتور استفاده می کند. با تغییر چرخه وظیفه سیگنال های PWM، ولتاژ متوسط ​​اعمال شده به موتور را می توان تغییر داد که به نوبه خود بر سرعت آن تأثیر می گذارد.
3. سیگنال های ورودی: کنترل کننده سیگنال های ورودی را از یک منبع کنترلی مانند میکروکنترلر دریافت می کند تا سرعت مورد نظر موتور را تنظیم کند.
4. بازخورد موتور: در برخی موارد، مکانیزم بازخورد مانند سرعت سنج یا رمزگذار ممکن است برای نظارت بر سرعت موتور و ارائه بازخورد به کنترل کننده استفاده شود، که سپس می تواند سیگنال های PWM را برای حفظ سرعت ثابت تنظیم کند.

کنترل سرعت یک موتور DC بدون جاروبک شامل تنظیم فرکانس نیروی الکتریکی عرضه شده به موتور با استفاده از سیگنال های PWM و کنترل الکترونیکی است.

چه نوع کنترلی برای موتور براشلس نیاز دارید

یک موتور DC بدون جاروبک به یک کنترل‌کننده الکترونیکی نیاز دارد که اغلب به عنوان کنترل‌کننده سرعت الکترونیکی (ESC) از آن یاد می‌شود، تا توان عرضه‌شده به موتور را تنظیم کند. ESC وظایف زیر را بر عهده دارد:

1. نظارت بر موقعیت روتور: موتورهای براشلس از حسگرهای هال افکت برای تعیین موقعیت روتور و ارائه بازخورد به کنترل کننده استفاده می کنند.
2. کموتاسیون: کنترلر از اطلاعات حسگرهای هال افکت برای تعیین توالی مناسب جریانی که باید به سیم‌پیچ‌های استاتور وارد شود، استفاده می‌کند.
3. سوئیچینگ برق: کنترل کننده از ماسفت های برق یا IGBT برای تغییر جریان تامین شده به سیم پیچ های استاتور استفاده می کند.
4. کنترل سرعت: کنترلر از سیگنال های مدولاسیون عرض پالس (PWM) برای تنظیم سرعت و گشتاور موتور با تنظیم چرخه وظیفه سیگنال های PWM استفاده می کند.
5. سیگنال های ورودی: کنترل کننده سیگنال های ورودی را از یک منبع کنترلی مانند میکروکنترلر دریافت می کند تا سرعت و جهت موتور مورد نظر را تنظیم کند.

نمودار موتور برس خورده

شکل 6: ساختار موتور برس خورده

موتور برس دار نوعی موتور الکتریکی DC است که از چندین جزء کلیدی تشکیل شده است که با هم کار می کنند تا انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند. اجزای اصلی یک موتور برس مانند روتور، استاتور، کموتاتور و برس ها هستند که در شکل 6 نشان داده شده است. در اینجا توضیحی درباره هر جزء و نحوه کمک آنها به ساختار موتور آمده است:

1. روتور (آرماتور): روتور که به عنوان آرمیچر نیز شناخته می شود، قسمت دوار موتور برس خورده است. این شامل سیم پیچ های سیم در اطراف یک هسته آهنی است که در هنگام عبور جریان از آن یک آهنربای الکتریکی ایجاد می کند. میدان مغناطیسی روتور با میدان مغناطیسی استاتور تعامل می‌کند، گشتاور تولید می‌کند و باعث چرخش روتور می‌شود و شفت موتور را به حرکت در می‌آورد.
2. استاتور: استاتور قسمت ثابت موتور برس خورده است. آهنرباهای دائمی را در خود جای می دهد که معمولاً روی سطح داخلی نصب می شوند و میدان مغناطیسی ثابتی را فراهم می کنند. میدان مغناطیسی استاتور با میدان مغناطیسی روتور در تعامل است و گشتاور لازم برای چرخش را ایجاد می کند.
3. کموتاتور: کموتاتور جزء حیاتی یک موتور برس خورده است که وظیفه تغییر جهت جریان در سیم پیچ های روتور را بر عهده دارد. این یک استوانه فلزی قطعه‌بندی شده است که به روتور متصل است و هر بخش به یک انتهای سیم‌پیچ‌های روتور متصل است. همانطور که روتور می چرخد، کموتاتور همراه با آن می چرخد ​​و با برس ها تماس برقرار می کند.
4. برس ها: برس ها اجزای ثابت و رسانایی هستند که تماس الکتریکی را با کموتاتور دوار حفظ می کنند. آنها معمولاً از کربن یا گرافیت ساخته می شوند و اصطکاک و سایش کم را تضمین می کنند. برس ها اتصال الکتریکی بین منبع تغذیه و سیم پیچ های روتور را از طریق کموتاتور فراهم می کنند. با چرخش کموتاتور، برس ها روی سطح آن می لغزند و به طور متوالی به سیم پیچ های مختلف روتور انرژی می دهند که به نوبه خود باعث می شود که میدان مغناطیسی روتور تغییر کند و چرخش را حفظ کند.

یک موتور برس دار از یک روتور با سیم پیچی، یک استاتور با آهنرباهای دائمی، یک کموتاتور و برس ها تشکیل شده است. تعامل بین میدان مغناطیسی روتور و استاتور باعث تولید گشتاور می شود، در حالی که کموتاتور و برس ها با هم کار می کنند تا جریان را در سیم پیچ های روتور تغییر دهند و چرخش مداوم را تضمین کنند.

اصول پشت موتور برس

موتورهای DC از سیم پیچی سیم پیچی برای تولید میدان مغناطیسی استفاده می کنند. در یک موتور برس، این سیم‌پیچ‌ها به روتور متصل می‌شوند که چرخش آزاد است و شفت را به حرکت در می‌آورد. اغلب، کویل ها به دور یک هسته آهنی پیچیده می شوند، اگرچه برخی از موتورهای برس خورده هستند.بدون هسته"با سیم پیچ های خود تکیه گاه. بخش ثابت موتور که به "استاتور" معروف است از آهنرباهای دائمی برای ایجاد یک میدان مغناطیسی ثابت استفاده می کند. این آهن رباها معمولاً در سطح داخلی استاتور و اطراف روتور قرار دارند. شکل 7 نشان می دهد. جزئیات بیشتر

برای ایجاد گشتاور و ایجاد چرخش روتور، میدان مغناطیسی روتور باید پیوسته بچرخد و از طریق جاذبه و دافعه با میدان ثابت استاتور تعامل داشته باشد. یک کلید الکتریکی کشویی این میدان چرخشی را تسهیل می کند. این سوئیچ شامل یک کموتاتورمعمولاً یک کنتاکت قطعه‌بندی شده روی روتور و برس‌های ثابتی که روی استاتور نصب می‌شوند.

شکل 7:اصول پشت موتور برس

چگونه می توان سرعت a را کنترل کرد برس خورده موتور

سرعت یک موتور DC برس خورده را می توان با تنظیم ولتاژ اعمال شده به پایانه های آن کنترل کرد. مراحل زیر برای کنترل سرعت موتور DC برس خورده آمده است:

1. منبع تغذیه: یک منبع تغذیه DC به پایانه های موتور متصل می شود تا برق مورد نیاز برای چرخش موتور را تامین کند.
2. کنترل سرعت: برای کنترل سرعت موتور، ولتاژ اعمال شده به موتور را می توان با استفاده از یک مقاومت یا سیگنال مدولاسیون عرض پالس (PWM) که در شکل 8 نشان داده شده است، تنظیم کرد.  هر چه ولتاژ اعمال شده به موتور کمتر باشد، سرعت چرخش آن کمتر می شود. ما مقاله جداگانه ای در مورد آن نوشته ایم کنترل کننده های سرعت اینجا
3. سیگنال های ورودی: ولتاژ اعمال شده به موتور را می توان با سیگنال های ورودی از یک منبع کنترلی مانند میکروکنترلر کنترل کرد تا سرعت مورد نظر را تنظیم کند.
4. کنترل بازخورد: در برخی موارد، ممکن است از مکانیزم بازخورد مانند سرعت سنج یا رمزگذار برای نظارت بر سرعت موتور و ارائه بازخورد به یک کنترل کننده استفاده شود، که سپس می تواند ولتاژ را برای حفظ سرعت ثابت تنظیم کند.

کنترل سرعت برس موتور DC شامل تنظیم ولتاژ اعمال شده به پایانه های آن، یا به طور مستقیم یا با استفاده از مکانیزم بازخورد برای تنظیم سرعت آن است.

شکل 8: کنترل سرعت موتور برس خورده

به طور خلاصه، یک موتور DC بدون جاروبک به یک کنترل‌کننده سرعت الکترونیکی (ESC) نیاز دارد تا توان عرضه‌شده به موتور را تنظیم کند و سرعت و گشتاور آن را کنترل کند.

چگونه یک موتور براشلس را به یک سوئیچ سیم کشی کنید؟

یک روش معمولی برای کنترل موتور برس، استفاده از کلید راکر است.در پایین سوئیچ خود 6 کانکتور را می بینید، همانطور که در زیر مشاهده می کنید، که با نمودار مدار سوئیچ DPDT در بالا مطابقت دارند.اگر سوئیچ به موقعیت رو به جلو فشار داده شود، کانکتورهای بالا و میانی در داخل سوئیچ وصل می شوند. اگر سوئیچ به موقعیت عقب فشار داده شود، کانکتورهای پایین و میانی متصل می شوند. و اگر سوئیچ در وضعیت وسط باشد، کلید باز است.

 در زیر یک نمودار سیم کشی نشان داده شده است که 2 موتور برس خورده متصل به یک سوئیچ را نشان می دهد

نمودار سیم کشی پشت کلید راکر در زیر نشان داده شده است

که گرانتر است، موتور برس یا بدون برس

به طور کلی، موتورهای DC بدون جاروبک قیمت بیشتری نسبت به موتورهای DC براش دار دارند. تفاوت هزینه را می توان به پیچیدگی سیستم موتور بدون جاروبک نسبت داد که به اجزای اضافی مانند کنترل کننده الکترونیکی (ESC) و سنسورهای هال افکت نیاز دارد. ESC و سنسورها به هزینه سیستم می افزایند، همانطور که فرآیند ساخت پیچیده تر مورد نیاز برای موتورهای براشلس است.

با این حال، علیرغم هزینه اولیه بالاتر، موتورهای براشلس اغلب مزایای متعددی نسبت به موتورهای برس دار دارند، از جمله راندمان بالاتر، طول عمر بیشتر و عملکرد بهتر، به ویژه در کاربردهای با سرعت بالا و گشتاور بالا. در نتیجه، هزینه بالاتر موتورهای براشلس اغلب می تواند با هزینه های عملیاتی کمتر و قابلیت اطمینان بهبود یافته جبران شود.

در نتیجه، هزینه موتورهای براش و بدون جاروبک بسته به کاربرد و نیازهای خاص متفاوت است. موتورهای براشلس معمولاً در ابتدا بسیار گران‌تر هستند، اما ممکن است طول عمر و کارایی بیشتری داشته باشند. موتورهای برس برای اکثر کاربردهای روزانه و برای افرادی که تجربه الکتریکی کمی دارند یا هیچ تجربه ای ندارند، ایده آل هستند. ممکن است موتورهای بدون جاروبکی را پیدا کنید که برای خودروهای برقی و سایر سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند که در آن‌ها به طول عمر بسیار طولانی (دهه‌ها) نیاز است، اما خارج از این، خواهید دید که موتورهای براش 95 درصد از بازار موتور را تشکیل می‌دهند.

عملگرهای خطی ما را اینجا بررسی کنید