آموزش الکترونیکالکترونیک

مقایسه موتور DC براشلس و براش (بررسی کنترل و کاربرد)

موتور های الکتریکی بخشی بزرگی از زندگی ما را در بر می گیرند. آن ها در انواع دستگاه ها از خودرو های الکتریکی گرفته تا هواپیما های بدون سرنشین، ربات ها و سایر دستگاه های الکترونیکی دیده می شوند. به طور کلی، موتور الکتریکی وسیله ای است که انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. آن ها معمولاً برعکس ژنراتور ها هستند و بر اساس اصول مشابهی عمل می کنند و می توانند از لحاظ نظری به ژنراتور تبدیل شوند. آن ها اساساً در مواقعی که به حرکت چرخشی نیاز است، مورد استفاده قرار می گیرند و در وسایل خانگی، ربات ها، تجهیزات پزشکی، اسباب بازی ها و موارد دیگر استفاده می شوند.

موتور های الکتریکی را می توان بر اساس نوع منبع تغذیه ای که برای آن ها استفاده می شود، بطور گسترده به دو دسته تقسیم کرد: موتور های AC و موتور های DC. موتور های AC به طور کلی با استفاده از منابع تغذیه AC (تک فاز یا سه فاز) تغذیه می شوند و بیشتر در کاربرد های صنعتی و سنگین که گشتاور زیادی نیاز است، مورد استفاده قرار می گیرند. از طرف دیگر موتور های DC (که امروزه مورد توجه ما هستند) معمولاً کوچکتر هستند و در کاربرد هایی که باتری دارند (و یا به منابع dc متصل می شوند) و به کار بسیار کمتری در مقایسه با موتور های AC نیاز است، استفاده می شوند. آن ها کاربرد های مختلفی در دستگاه ها، از دستگاه های روزمره مانند ماشین اصلاح گرفته تا اسباب بازی برای بچه ها، ربات ها و هواپیما های بدون سرنشین دارند.

پیشنهاد میکنم ابتدا مقاله موتور براشلس چیست را بخوانید.

عملکرد موتور های DC برای هر کاربرد متفاوت است، زیرا ممکن است یک کاربرد نیاز به گشتاور بیشتری داشته باشد و سرعت را کاهش دهد در حالی که کاربرد دیگری ممکن است به سرعت بیشتری نیاز داشته باشد و گشتاور را کاهش دهد. بنابراین موتور های DC گاهی اوقات توسط فروشندگان بر این اساس دسته بندی می شوند. با این حال، موتور های DC را می توان به سه دسته مختلف طبقه بندی کرد از جمله:

برای یادگیری آردوینو (برنامه نویسی، ساخت ربات، ارتباط با اندروید) روی دوره آموزش آردوینو کلیک کنید.
برای یادگیری کامل الکترونیک روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

  1. موتور DC براش
  2. موتورهای براشلس
  3. موتور فرمان یار (سروو موتور): موتوری است که معمولاً در سیستم‌ های حلقه‌بسته کنترل موقعیت، سرعت و گشتاور در کاربرد های صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

برای این مقاله، تمرکز ما بر روی موتور های DC براش و براشلس خواهد بود و تفاوت بین آن ها را براساس اصول کار، ساختار، کاربرد ها، مزایا و معایب بررسی می کنیم. برای نوع سوم می توانید مقاله مربوط به سروو موتور را مرور کنید.

عملکرد و ساختار

عملکرد کلیه موتور ها به طور کلی بر اساس دو اصل استوار است: قانون آمپر و قانون فارادی. قانون اول بیان می کند که وقتی رسانای الکتریکی در یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد، اگر هر جریانی که از رساناعبور می کند دارای یک مولفه باشد، نیرویی را تجربه خواهد کرد. اصل دوم بیان می کند که اگر یک رسانا از میان یک میدان مغناطیسی حرکت داده شود، در این صورت هر جزء عمود بر حرکت میدان اختلاف پتانسیلی را بین دو انتهای هادی ایجاد می کند.

ساختار و عملکرد موتور های DC

بر اساس این قوانین، موتور های الکتریکی از دو قسمت اصلی تشکیل شده اند. یک آهن ربا دائمی و تعدادی رسانا که با یک سیم پیچ پیچیده شده اند. وقتی سیم پیچ برق دار می شود، به یک آهنربا تبدیل می شود و بر اساس این واقعیت که آهنربا ها قطب های مشابه را دفع می کنند و قطب های مخالف را جذب می کنند، یک حرکت چرخشی حاصل می شود.

موتور DC براش

موتور DC براش بعنوان یکی از اولین و ساده ترین موتور ها شناخته شده است. زیرا قوانینی را که در بالا توضیح داده شده به ساده ترین شیوه اجرا می کند. همانطور که در تصویر زیر نشان داده شده است، ساخت یک موتور DC براش شامل یک استاتور ثابت ساخته شده از یک آهنربا دائمی و یک آرمیچر متحرک (روتور) است که اجزای آن مانند کموتاتور، براش و حلقه نصف شده در اطراف شافت موتور قرار گرفته است.

هنگامی که برق به موتور (از طریق باتری یا از طریق یک منبع تغذیه AC به DC) اعمال می شود، برق از منبع به آرمیچر از طریق براش هایی که معمولاً در دو طرف مخالف شافت موتور قرار دارند، جریان می یابد. براش ها از طریق تماس فیزیکی با کموتاتور، جریان الکتریکی را به آرمیچر منتقل می کنند. به محض اینکه آرمیچر (سیم پیچ سیم) برق دار شد، مانند یک آهنربا رفتار می کند و قطب های آن شروع به دفع قطب های آهنربای دائمی می کنند که استاتور را تشکیل می دهد. با دفع قطب ها، شافت موتور که آرمیچر به آن متصل است با سرعت و گشتاور شروع به چرخش می کند که به قدرت میدان مغناطیسی اطراف آرمیچر بستگی دارد.

قدرت میدان مغناطیسی معمولاً تابعی از ولتاژ اعمال شده در براش ها و قدرت آهنربا دائمی است که برای استاتور استفاده می شود.

موتور DC براش

موتور های DC براشلس

موتور های براشلس پیچیده تر هستند. این ها نتیجه مستقیم تلاش های انجام شده برای بهبود کارایی موتور های DC براش هستند. آرمیچری که در موتور براش، در داخل استاتور می چرخد، در موتور های براشلس ثابت است. آهنربای دائمی که در موتور های براش ثابت است، به عنوان روتور در یک موتور براشلس عمل می کند.

به بیان ساده، استاتور برای موتور های DC براشلس از سیم پیچ تشکیل شده است در حالی که روتور آن (که شافت موتور به آن متصل است) از یک آهنربا دائمی تشکیل شده است.

موتور های DC براشلس

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

از آنجایی که موتور براشلس استفاده از براش را برای برق دار کردن آرمیچر حذف میکند، عمل سوئیچینگ (تبدیل) پیچیده تر می شود و به صورت الکترونیکی با استفاده از مجموعه اضافی قطعات الکترونیکی (مانند تقویت کننده ای که توسط یک جزء مانند رمزگذار نوری ایجاد می شود) انجام می شود. الگوریتم های تبدیل برای موتور های DC براشلس را می توان به دو دسته تقسیم کرد. تبدیل بر پایه سنسور و بدون سنسور.

در تبدیل بر پایه سنسور، سنسور ها (به عنوان مثال سنسور هال) در امتداد قطب های موتور قرار می گیرند تا مدار های کنترل را برای کمک به تخمین موقعیت روتور فراهم کنند. سه الگوریتم معروف برای تبدیل بر پایه سنسور وجود دارد.

  1. تبدیل ذوزنقه ای
  2. تبدیل سینوسی
  3. کنترل بردار (یا میدان جهت دار).

هر یک از این الگوریتم های کنترلی مزایا و معایب خود را دارند و الگوریتم ها را می توان به روش های مختلفی باتوجه به نرم افزار و طراحی سخت افزار الکترونیکی پیاده سازی کرد تا تغییرات لازم ایجاد شود.

از طرف دیگر، در تبدیل بدون سنسور، به جای اینکه سنسور ها درون موتور ها قرار بگیرند، مدار های کنترل برای اندازه گیری EMF برای ارزیابی موقعیت روتور طراحی شده اند.

این الگوریتم عملکرد بسیار خوبی دارد و از هزینه کمتری برخوردار است، زیرا هزینه سنسور های هال حذف شده است. اما پیاده سازی آن در مقایسه با الگوریتم های بر پایه سنسور بسیار پیچیده تر است.

مزایا و معایب موتور های براش و براشلس

در موتورهای DC براش، براش ها در تماس دائمی با کموتاتور چرخان هستند. این امر منجر به ایجاد مقدار قابل توجهی اصطکاک می شود که به نوبه خود منجر به از دست دادن انرژی در اثر گرما و سایش تدریجی براش ها می شود. بنابراین، موتور های DC براش دارای بازده کمی هستند و نیاز به نگهداری دوره ای دارند. از طرف دیگر موتور های DC براشلس اساساً بدون اصطکاک هستند و بازده بالایی داشته و به نگهداری نیاز ندارند و بیشتر از موتور های براش دوام می آورند.

با این وجود، موتور های DC براش به دلیل طراحی ساده ای که دارند، در مقایسه با نمونه های براشلس بسیار ارزان هستند. از طرف دیگر موتور های DC براشلس به دلیل طراحی پیچیده و هزینه اضافی قطعات الکترونیکی (کنترل کننده ها) که برای راه اندازی آن ها لازم است، کاملا گران هستند.

کاربرد موتور های DC براش و براشلس

در حالی که این روز ها موتور های DC براشلس از محبوبیت بیشتری برخوردار هستند، موتور های DC براش به دلیل سهولت در تغییر نسبت سرعت به گشتاور آن ها، در وسایل خانگی، اسباب بازی های کودکان و همچنین در مصارف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرند. به دلیل هزینه کم، از آن ها در کاربرد هایی استفاده می شود که دستگاه میزبان قبل از موتور ها خراب شود.

از طرف دیگر موتور های براشلس در انواع دستگاه ها از تجهیزات پزشکی، ربات ها و هواپیما های بدون سرنشین گرفته تا ماشین های الکتریکی، ابزار های برقی و… استفاده می شوند. این موتور ها اساساً در کاربرد هایی استفاده می شوند که به بازده و طول عمر بالا نیاز دارند.

عوامل موثر که باید هنگام انتخاب بین موتور هایDC براش و براشلس در نظر گرفته شوند:

علاوه بر سرعت، گشتاور، توان و سایر نیاز های اساسی برای کاربرد شما، چند عامل دیگر نیز هنگام تصمیم گیری درباره نوع موتور مورد استفاده برای کاربرد شما، باید در نظر گرفته شود.

  1. چرخه کاری / طول عمر
  2. بازده
  3. کنترل / تحریک
  4. هزینه

چرخه کاری / طول عمر

طول عمر توضیح می دهد که چه مدت موتور قبل از خراب شدن و در چه چرخه کاری عمل می کند. طول عمر مهم است زیرا موتور های DC براش همانطور که قبلاً گفته شد به دلیل اصطکاک بین براش ها و کموتاتور در معرض فرسایش هستند.

در کار با پروژه های مختلف باید از موتور مناسب آن پروژه استفاده کنیم تا طول عمر مناسبی داشته باشد و در عین حال گران قیمت هم نباشد. بنابراین با توجه به کاربرد های مختلف می توان از موتور های DC براش یا براشلس استفاده کرد. یک مثال خوب در این مورد اسباب بازی های کودکان است که معمولاً قبل از فرسودگی موتور، اسباب بازی ها دور ریخته می شوند یا آسیب می بینند. برای کاربرد هایی که طول عمر طولانی و سرویس دهی موتور مورد نیاز است، معمولاً موتور های DC براشلس فقط گزینه مناسبی هستند.

بازده

به طور کلی، موتور های DC براشلس بازده بالاتری در مقایسه با موتورهای DC براش دارند. اما مواردی از موتور های براش هسته ای بدون آهن وجود دارند که در مقایسه با موتور های براشلس بازده بالاتری دارند. با این حال، ارزیابی بازده کلی مورد نیاز و مقایسه آن با هر موتور قبل از تصمیم گیری مهم است. در بیشتر مواردی که بازده عامل تعیین کننده است، موتور های DC براشلس برنده می شوند.

کنترل / تحریک

وقتی صحبت از استفاده از موتور های DC براشلس می شود، این معمولاً یکی از بزرگترین مشکلات است. نیازهای اضافی مانند کنترل کننده ها و … باعث می شود که موتور های براشلس تحریک پیچیده تری نسبت موتور های DC براش که می توانند روش های کنترل / تحریک را با اتصال باتری به ترمینال ها به سادگی انجام دهند، داشته باشند.

شما باید اطمینان حاصل کنید که میزان پیچیدگی استفاده از موتور DC براشلس برای پروژه قابل توجیه است و وسایل الکترونیکی پشتیبان مانند کنترل کننده ها به راحتی در دسترس هستند.

صرف نظر از سادگی موتورهای DC دارای براش، آن ها بعضی اوقات برای کاربرد های با دقت بالا مناسب نیستند. در حالی که موتور DC براش به راحتی می تواند مانند آردونیو به کنترل کننده متصل شود، اتصال موتور های DC براشلس با آردوینو Uno بسیار پیچیده است، با این وجود ESC (کنترل کننده سرعت الکترونیکی) ارتباط موتور های DC براشلس را با میکروکنترلر آسان می کند.

هزینه

پیچیدگی طراحی موتور های DC براشلس باعث می شود که آن ها در مقایسه با موتور های DC براش واقعاً گران شوند. برای همین قبل از استفاده از موتور های DC براشلس، مطمئن شوید که هزینه های اضافی برای پروژه مقرون به صرفه است. همچنین هزینه سایر لوازم جانبی مورد نیاز برای استفاده از موتور های DC براشلس را نیز در نظر بگیرید.

میخواهید برنامه نویسی STM32 را یاد بگیرید؟

دوره آموزش STM32

میخواهید الکترونیک را یاد بگیرید؟

دوره آموزش الکترونیک
دوره آموزش آردوینو

میخواهید آردوینو را به صورت پروژه محور یاد بگیرید؟ برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید

برای دریافت مطالب جدید در کانال تلگرام یا پیج اینستاگرام آیرنکس عضو شوید.

محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *