Motor tanpa sikat adalah jenis motor listrik yang, tidak seperti motor sikat atau batubara konvensional, penghilangan arang pada motor tanpa sikat meningkatkan efisiensi dan umur panjang motor ini dibandingkan dengan mesin arang konvensional.
Karena banyaknya keunggulan motor tanpa sikat, banyak peralatan kami yang menggunakan motor tanpa sikat untuk menemani Anda dengan kekuatan uniknya dalam situasi apa pun. Umur yang lebih panjang, bobot yang ringan, dan produksi kebisingan yang lebih sedikit merupakan beberapa fitur yang membedakan mesin ini dari mesin berbahan bakar batubara.
Motor adalah Mesin Penghantar Tenaga
Ketika para insinyur dihadapkan pada tantangan merancang peralatan listrik untuk melakukan tugas mekanis, mereka mungkin berpikir tentang bagaimana sinyal listrik diubah menjadi energi. Jadi aktuator dan motor termasuk di antara perangkat yang mengubah sinyal listrik menjadi gerakan. Motor menukar energi listrik menjadi energi mekanik.
Jenis motor yang paling sederhana adalah motor DC sikat. Pada motor jenis ini, arus listrik dialirkan melalui kumparan yang disusun dalam medan magnet tetap. Arus menghasilkan medan magnet pada kumparan; Hal ini menyebabkan rangkaian kumparan berputar, karena masing-masing kumparan didorong menjauhi kutub sejenis dan ditarik ke arah kutub sejenis pada medan tetap. Untuk mempertahankan putaran, arus perlu terus dibalik—sehingga polaritas kumparan akan terus berubah, menyebabkan kumparan terus “mengejar” kutub tetap yang berbeda. Daya ke kumparan disuplai melalui sikat konduktif tetap yang bersentuhan dengan komutator yang berputar; putaran komutatorlah yang menyebabkan pembalikan arus yang melalui kumparan. Komutator dan sikat merupakan komponen utama yang membedakan motor DC brushed dengan jenis motor lainnya. Gambar 1 mengilustrasikan prinsip umum motor yang disikat.
Gambar 1: Pengoperasian Motor DC Brushed.
Sikat tetap menyuplai energi listrik ke komutator yang berputar. Saat komutator berputar, komutator terus menerus membalik arah arus ke dalam kumparan, membalikkan polaritas kumparan sehingga kumparan tetap berputar ke kanan. Komutator berputar karena menempel pada rotor tempat kumparan dipasang.
Motor berbeda-beda menurut jenis dayanya (AC atau DC) dan metode pembangkitan putarannya (Gambar 2). Di bawah ini, kita melihat secara singkat fitur dan kegunaan masing-masing jenis.
Berbagai Jenis Motor
Motor DC yang disikat, menampilkan desain sederhana dan kontrol yang mudah, banyak digunakan untuk membuka dan menutup baki disk. Di mobil, mereka sering digunakan untuk menarik kembali, memanjangkan, dan memposisikan jendela samping bertenaga listrik. Rendahnya harga motor ini membuatnya cocok untuk banyak kegunaan. Namun, salah satu kelemahannya adalah sikat dan komutator cenderung cepat aus akibat kontak terus-menerus, sehingga memerlukan penggantian sering dan perawatan berkala.
Motor stepper digerakkan oleh pulsa; itu berputar melalui sudut (langkah) tertentu dengan setiap pulsa. Karena putarannya dikontrol secara tepat oleh jumlah pulsa yang diterima, motor ini banyak digunakan untuk menerapkan penyesuaian posisi. Mereka sering digunakan, misalnya, untuk mengontrol pengumpanan kertas di mesin faks dan printer—karena perangkat ini mengumpankan kertas dalam langkah-langkah tetap, yang mudah dikorelasikan dengan jumlah pulsa. Jeda juga dapat dikontrol dengan mudah, karena putaran motor berhenti seketika ketika sinyal pulsa terganggu.
Dengan motor sinkron, putarannya sinkron dengan frekuensi arus suplai. Motor ini sering digunakan untuk menggerakkan baki berputar di oven microwave; roda gigi reduksi pada unit motor dapat digunakan untuk mendapatkan kecepatan putaran yang sesuai untuk memanaskan makanan. Dengan motor induksi juga, kecepatan putaran bervariasi menurut frekuensi; namun gerakannya tidak sinkron. Dulu motor ini sering digunakan pada kipas angin listrik dan mesin cuci.
Ada berbagai jenis motor yang umum digunakan. Pada sesi ini, kita melihat kelebihan dan penerapan motor DC brushless.
Mengapa Motor BLDC Berputar?
Sesuai dengan namanya, motor DC brushless tidak menggunakan sikat. Dengan motor sikat, sikat menyalurkan arus melalui komutator ke kumparan pada rotor. Jadi bagaimana motor tanpa sikat mengalirkan arus ke kumparan rotor? Tidak—karena kumparan tidak terletak pada rotor. Sebaliknya, rotor adalah magnet permanen; kumparan tidak berputar, melainkan dipasang pada stator. Karena kumparan tidak bergerak, maka tidak diperlukan sikat dan komutator. (Lihat Gambar. 3.)
Dengan motor sikat, putaran dicapai dengan mengendalikan medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan pada rotor, sedangkan medan magnet yang dihasilkan oleh magnet stasioner tetap. Untuk mengubah kecepatan putaran, Anda mengubah tegangan kumparan. Dengan motor BLDC, magnet permanenlah yang berputar; rotasi dicapai dengan mengubah arah medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan stasioner di sekitarnya. Untuk mengontrol putaran, Anda mengatur besaran dan arah arus ke kumparan ini.
Karena rotor adalah magnet permanen, maka tidak memerlukan arus, sehingga tidak memerlukan sikat dan komutator. Arus ke kumparan tetap dikontrol dari luar.
Keunggulan Motor BLDC
Motor BLDC dengan tiga kumparan pada stator akan memiliki enam kabel listrik (dua untuk setiap kumparan) yang memanjang dari kumparan tersebut. Dalam sebagian besar implementasi, tiga kabel ini akan dihubungkan secara internal, dengan tiga kabel lainnya memanjang dari badan motor (berbeda dengan dua kabel yang memanjang dari motor yang disikat yang dijelaskan sebelumnya). Pengkabelan pada casing motor BLDC lebih rumit daripada sekadar menghubungkan terminal positif dan negatif sel daya; kita akan melihat lebih dekat cara kerja motor ini pada sesi kedua seri ini. Di bawah ini kami simpulkan dengan melihat kelebihan motor BLDC.
Salah satu keuntungan besarnya adalah efisiensi, karena motor ini dapat mengendalikan secara terus menerus pada gaya putaran (torsi) maksimum. Sebaliknya, motor yang disikat mencapai torsi maksimum hanya pada titik-titik tertentu dalam putaran. Agar motor yang disikat dapat menghasilkan torsi yang sama dengan model tanpa sikat, motor tersebut perlu menggunakan magnet yang lebih besar. Inilah sebabnya mengapa motor BLDC kecil pun dapat menghasilkan tenaga yang besar.
Keuntungan besar kedua—yang berkaitan dengan keuntungan pertama—adalah kemampuan pengendalian. Motor BLDC dapat dikontrol, menggunakan mekanisme umpan balik, untuk menghasilkan torsi dan kecepatan putaran yang diinginkan secara tepat. Kontrol presisi pada gilirannya mengurangi konsumsi energi dan pembangkitan panas, dan—jika motor bertenaga baterai—memperpanjang masa pakai baterai.
Motor BLDC juga menawarkan daya tahan tinggi dan pembangkitan kebisingan listrik yang rendah, berkat kurangnya sikat. Dengan motor yang disikat, sikat dan komutator menjadi rusak akibat kontak yang bergerak terus menerus, dan juga menghasilkan percikan api saat terjadi kontak. Kebisingan listrik, khususnya, adalah akibat dari percikan api kuat yang cenderung terjadi di area di mana sikat melewati celah komutator. Inilah sebabnya mengapa motor BLDC sering dianggap lebih disukai dalam aplikasi yang menghindari kebisingan listrik.
Aplikasi Ideal untuk Motor BLDC
Kita telah melihat bahwa motor BLDC menawarkan efisiensi dan pengendalian yang tinggi, serta memiliki masa pengoperasian yang lama. Jadi apa gunanya? Karena efisiensi dan umur panjangnya, mereka banyak digunakan pada perangkat yang beroperasi terus menerus. Mereka telah lama digunakan pada mesin cuci, AC, dan barang elektronik konsumen lainnya; dan baru-baru ini, mereka muncul di kipas angin, dimana efisiensinya yang tinggi telah berkontribusi pada pengurangan konsumsi daya secara signifikan.
Mereka juga digunakan untuk menggerakkan mesin vakum. Dalam satu kasus, perubahan dalam program kendali mengakibatkan lonjakan besar dalam kecepatan putaran—sebuah contoh kemampuan pengendalian superlatif yang ditawarkan oleh motor ini.
Motor BLDC juga digunakan untuk memutar drive hard disk, yang daya tahannya menjaga drive tetap beroperasi dengan andal dalam jangka panjang, sementara efisiensi dayanya berkontribusi terhadap pengurangan energi di area yang semakin penting.
Menuju Penggunaan yang Lebih Luas di Masa Depan
Kita dapat berharap untuk melihat motor BLDC digunakan dalam aplikasi yang lebih luas di masa depan. Misalnya, mereka mungkin akan banyak digunakan untuk menggerakkan robot layanan—robot kecil yang memberikan layanan di bidang selain manufaktur. Orang mungkin berpikir bahwa motor stepper akan lebih cocok untuk aplikasi jenis ini, di mana pulsa dapat digunakan untuk mengontrol posisi secara tepat. Tapi motor BLDC lebih cocok untuk mengendalikan gaya. Dan dengan motor stepper, menahan posisi struktur seperti lengan robot akan membutuhkan arus yang relatif besar dan kontinyu. Dengan motor BLDC, yang diperlukan hanyalah arus yang sebanding dengan gaya eksternal—memungkinkan kontrol yang lebih hemat daya. Motor BLDC juga dapat menggantikan motor DC sederhana di kereta golf dan kereta mobilitas. Selain efisiensinya yang lebih baik, motor BLDC juga dapat memberikan kontrol yang lebih presisi—yang pada akhirnya dapat memperpanjang masa pakai baterai.
Motor BLDC juga ideal untuk drone. Kemampuannya untuk memberikan kontrol yang presisi membuatnya sangat cocok untuk drone multirotor, di mana sikap drone dikendalikan dengan mengontrol kecepatan putaran setiap rotor secara tepat.
Dalam sesi ini, kita telah melihat bagaimana motor BLDC menawarkan efisiensi, pengendalian, dan umur panjang yang sangat baik. Namun pengendalian yang hati-hati dan tepat sangat penting untuk memanfaatkan potensi motor ini sepenuhnya. Pada sesi berikutnya, kita akan melihat cara kerja motor ini.
Waktu posting: 21 Agustus-2023