Fırçasız Doğru Akım Motorları (BLDC)

  • 01-12-2019 12:16
  • 426

Fırçasız doğru akım motorlarının (BLDC) teorisi ilk olarak 1962 yılında T.G. Wilson ve P. H. Trickey tarafından ortaya atılmıştır. Ancak ilk motor 1980 yılında Powertec firması tarafından üretilmiştir. Yakın geçmişe kadar sınırlı kullanım alanına sahip olan BLDC motorlar günümüzde gelişmiş mikrodenetleyicilerin ortaya çıkmasıyla motor sürücülerin yapımının kolaylaşması sürücü maliyetlerinin de büyük oranda düşmesi ile kullanımını artmıştır.

Fırfçasız doğru akım motorlarında adındanda anlaşılacağı gibi fırça bulunmaz. Fırçalı  motorların tersine rotor sabit mıknatıstan oluşur stator ise genellikle silisli saç üzerine yıldız bağlantı şekli ile bağlanmış bakır sargılardan oluşur. Statordan üç sargıya ait üç farklı bağlantı noktası çıkarılır bazı motorlarda üç sargının ortak bağlantı noktası da çıkarılır bu bağlantı noktası motoru sürmek için gerekli değildir. Rotor çok kutupludur, kutup sayısı motor yapısına bağlı olarak değişir. Kutup sayısı arttıkça bir devirdeki adım sayısı artar buna bağlı olarak tork da artar.  Fırçasız motorlar (BLDC) ancak  motor sürücü devresi ile çalıştırılabilir, fırçalı DC motorlarda oldu gibi direk doğru akım verilerek çalıştırılamaz. Fırçasız motorlar (BLDC) 3 fazlı sistemlere benzer, 6 adımlı sinyal (Trapezoidal Control)  ya da 3 fazlı sinüzoidal dalga ile çalıştırılır. Bu sinyal genellikle mikrodenetleyici kullanılarak üretilir, tümleşik devre halinde olan sürücüler de mevcuttur örneğin Texas Instruments firmasının DRV10983 entegre devresi gibi. Üretilen bu sinyalle motoru çalıştırmak için ayrıca bir güç devresi kullanılır. Güç devresi için sıklıkla tercih edilen, MOSFET kullanılarak yapılan half bridge olarak adlandırılan yapıdır.

Fırçalı doğru akım motorlarına göre avantajları

BLDC  motorların en önemli özelliği dönüş hızının ve torkunun yüksek hassasiyetle kontrol edilebilmesidir.
Fiziksel boyutları küçük olmasına karşın torku yüksektir.
Fırça olmadığı için aşınma ve ark oluşmaz.
Elektriksel gürültü daha azdır.
Uzun ömürlüdür.

Dezavantajları

Motoru sürebilmek için karmaşık kontrol devrelerine ihtiyaç duyar.
Maliyeti yüksektir.

Fırçasız DC Motor Kullanım Alanları

Elektrikle araba, elektrikli bisiklet, çamaşır makinesi, klima, dron, sabit disk gibi çihazlarda kullanılır.

Fırçasız DC Motor Kontrol Algoritması

Fırçasız DC motorlarda sürücü en az motor kadar önemlidir, önemi motor verimini ve performansını büyük oranda etkilemesidir. Sadece algoritmada yapılacak küçük bir değişiklik motor performansını değiştirir. Fırçasız doğru akım motorları trapezoidal veya sinüzoidal dalga ile sürülürler. Komutasyon her  60 derecede bir değişir. Herhangi bir zamanda yalnızca 2 sargıdan akım geçer.  Motor girişleri A-B-C olduğunda motoru saat yönünde döndürmek için gereken sinyal sıra ile AB,AC,BC,BA,CA,CB olur.

Motorlar sensörlü ve sensörsüz olarak ikiye ayrılır. Sensörlü motorlarda 3 adet hall efekt sensörü bulunur bu sensörler rotorun pozisyonunu gösterir. Sensörlerden gelen veri motora uygulanacak sinyali belirlemek için kullanılır. Sensörsüz motorlarda rotor pozisyonunu tesbit etmek için zıt EMK (back-EMF) kullanılır.

Motor kare dalga ile sürüldüğünde komutasyon değişimlerinde torkta dalgalanma olur. Bu dalgalanma düşük hızlarda daha belirgin hale gelir. Sinüzoidal dalgada bu tork dalgalanması olmaz. Buna karşılık sinüzoidal kontrol sinyalini üretmek daha karmaşık bir algoritma gerektirir.
Mikrodenetleyici kullanılarak 3 çift farklı PWM sinyali oluşur. Her sinyal çifti bir half bridge yapısını sürmek için mosfet sürücü katına bağlanır. Bu şekilde 3 half bridge de sürülür.