Cara Kerja Motor BLDC: Penjelasan Mendetail Prinsip Motor DC Brushless

Selama dua hingga tiga dekade terakhir, berkat kemajuan teknologi elektronik dan material magnet permanen yang berkelanjutan,motor BLDCtelah bertransformasi dari motor khusus menjadi solusi tenaga arus utama untuk berbagai industri.motor BLDCtelah banyak digunakan dalam berbagai aplikasi, termasuk peralatan rumah tangga, perkakas listrik, kendaraan listrik, dan peralatan otomasi industri karena efisiensinya yang tinggi, keandalan yang tinggi, dan masa pakai yang lama. Namun prinsip pengoperasian motor BLDC masih belum diketahui banyak orang. Artikel ini akan menjelaskan segala hal yang perlu Anda ketahui tentang prinsip kerja motor BLDC sehingga Anda bisa mendapatkan gambaran lebih detail tentang inovasi luar biasa dalam teknik kelistrikan masa kini.

Struktur Dasar Motor BLDC

Sekarang, Sebelum masuk ke prinsip kerja, kita harus memahami struktur dasarnya:

Stator: Dipasang di dalam rumah motor,  umumnya terbuat dari lembaran baja silikon yang dilaminasi, dan kumparan dililitkan di sekelilingnya untuk membuat beberapa kutub elektromagnet.

Rotor: Rotor biasanya dipasang pada poros dan berisi magnet permanen. Motor BLDC dapat diklasifikasikan menjadi beberapa jenis berdasarkan berbagai konfigurasi magnet permanen.

Sensor hall: Untuk menentukan posisi rotor dan umpan balik ke sistem kontrol elektronik.

Pengontrol: Sistem kontrol elektronik yang menentukan waktu arus yang mengalir melalui belitan stator berdasarkan umpan balik dari sensor Hall atau mekanisme umpan balik lainnya.

Perlu dicatat bahwa struktur motor BLDC yang lebih cepat berbeda dari struktur rotor bagian dalam. Rotor berada di luar, dan stator berada di dalam. Jenis desain ini sangat lazim dalam aplikasi yang memerlukan torsi tinggi, seperti pada penggerak baling-baling drone.

Prinsip Elektromagnetisme: Landasan Pengoperasian Motor BLDC

Dua prinsip dasar elektromagnetisme menentukan pengoperasian motor BLDC:

Hukum Ampere: Apabila suatu penghantar berarus listrik berada dalam medan magnet, maka penghantar tersebut akan diberi gaya. Stator motor BLDC dibuat dari belitan tembaga melingkar, dan setelah belitan ini diberi energi, belitan tersebut menciptakan medan magnet yang berinteraksi antara magnet permanen rotor untuk menghasilkan gaya yang memberikan gerakan mekanis agar rotor berputar.

Hukum induksi elektromagnetik Faraday: Gaya gerak listrik akan diinduksi pada suatu konduktor ketika memotong garis-garis medan magnet atau berada dalam medan magnet yang berubah. Ini banyak digunakan dalam kontrol tanpa sensor, di mana posisi rotor dideteksi dengan merasakan gaya gerak listrik balik.

Prinsip-prinsip ini diterapkan dalam desain motor brushless industri. Mereka mencapai hal ini dengan mengatur arus yang mengalir melalui belitan stator, memastikan interaksi elektromagnetik yang menguntungkan dengan magnet permanen rotor untuk mencapai efisiensi dan stabilitas tinggi.

Proses Pergantian Motor BLDC

Mekanisme kerja terpenting pada motor BLDC disebut pergantian elektronik. Ini adalah faktor pembeda paling penting dan utama antara motor tanpa sikat dan motor sikat tradisional.

Prinsip Pergantian: Pergantian adalah proses mengubah arah aliran arus pada kumparan motor sehingga terdapat interaksi elektromagnetik terus menerus antara rotor dan stator, yang menghasilkan torsi terus menerus.

Pergantian enam langkah: Metode kontrol tradisional motor BLDC membagi siklus listrik menjadi enam langkah. Pada setiap langkah, dua dari belitan tiga fasa diberi daya, sementara satu fasa dimatikan.

Umpan balik sensor hall: Sensor hall mendeteksi posisi magnet permanen rotor, sehingga pengontrol dapat menentukan belitan mana yang harus diberi energi dan arah arus.

Kontrol tanpa sensor: Metode yang lebih canggih adalah menentukan posisi rotor dengan memantau gaya gerak listrik belakang dalam fase tidak berenergi, tidak diperlukan sensor Hall untuk menerapkan strategi rumit ini, sehingga menghasilkan keandalan penggerak yang lebih baik.

Motor BLDC besar biasanya mengadopsi strategi kontrol yang lebih kompleks, seperti penggerak gelombang sinus atau kontrol vektor, untuk mencapai keluaran torsi yang lebih halus dan efisiensi yang lebih tinggi.

Peran Pengendali dalam Sistem Motor BLDC

Motor BLDC tidak dapat bekerja sendiri dan perlu dikombinasikan dengan pengontrol elektronik khusus:

Penggerak motor: Biasanya inverter jembatan tiga fase berdasarkan daya MOSFET atau IGBT yang mengalihkan jalur arus sesuai dengan sinyal kontrol

Mikrokontroler: Menerima sinyal dari sensor posisi, menjalankan algoritma kontrol, dan menghasilkan sinyal PWM untuk menggerakkan perangkat daya.

Kontrol loop tertutup: Menyediakan kontrol kecepatan atau kontrol posisi yang akurat berdasarkan kebutuhan aplikasi.

Fungsi perlindungan aman: perlindungan arus berlebih, perlindungan suhu berlebih, perlindungan tegangan rendah, dll.

Aplikasi sistem motor BLDC 48V tersebar luas pada sepeda listrik, kendaraan listrik kecil, dan beberapa aplikasi industri lainnya. Pengontrol dan sirkuit penanganannya harus menangani tegangan dan arus yang lebih tinggi dan biasanya memiliki serangkaian fungsi kinerja dan perlindungan yang lebih kompleks.

Karakteristik Kinerja dan Skenario Aplikasi Motor BLDC

Sekarang mari kita lihat keunggulan performanya setelah mempelajari prinsip pengoperasian motor BLDC:

Efisiensi tinggi: Karena tidak adanya kerugian gesekan dari sikat dan komutator, efisiensinya biasanya di atas 85%, bahkan di atas 95% dalam beberapa kasus.

Karakteristik torsi kecepatan yang baik: Menyediakan berbagai keluaran torsi.

Masa pakai lebih lama: Tanpa elemen keausan mekanis, masa pakai hanya dibatasi oleh bantalan.

Peningkatan efisiensi pembuangan panas: Kontak langsung antara belitan stator dan rumah motor untuk pembuangan panas yang lebih efektif.

Kebisingan rendah dan interferensi elektromagnetik: Tidak ada percikan api dan kebisingan yang dihasilkan oleh pergantian sikat.

Karena strukturnya yang istimewa, motor BLDC yang lebih cepat lebih mampu menghasilkan torsi lebih tinggi pada kecepatan rendah, menjadikannya sangat cocok untuk sistem penggerak langsung, seperti baling-baling dan kipas drone, dll. Dengan keunggulan stabilitas dan daya tahan, motor tanpa sikat menjadikannya pilihan catu daya pada peralatan otomasi dan instrumen presisi.

Algoritma Kontrol Motor BLDC

Teknologi kontrol BLDC modern yang lebih maju telah melampaui metode pergantian enam langkah sederhana ini:

Kontrol gelombang trapesium: Metode kontrol paling dasar adalah bentuk gelombang arus trapesium. Hal ini mudah untuk dipraktikkan tetapi menghasilkan riak torsi dengan amplitudo yang cukup besar.

Kontrol sinusoidal: menggerakkan motor dengan arus sinusoidal, yang dapat mengurangi riak torsi motor dan membuat pengoperasian lebih lancar.

Kontrol Berorientasi Lapangan (FOC): Dengan menerapkan transformasi matematis, arus 3 fasa diterjemahkan ke sistem koordinat berputar untuk kontrol, sehingga menghasilkan kontrol torsi dan efisiensi energi yang optimal.

Teknologi fusi sensor: Mengintegrasikan beberapa sinyal umpan balik (misalnya, sensor Hall, encoder, dan pengambilan sampel saat ini) untuk akurasi dan ketahanan kontrol yang lebih baik.

Karena tantangan dalam aplikasi daya tinggi, seperti manajemen termal, optimalisasi efisiensi, dan respons dinamis, algoritme kontrol yang lebih canggih biasanya digunakan untuk motor Big BLDC.

Kesimpulan : Prinsip Kerja dan Keunggulan Motor BLDC

motor BLDCmengontrol arus dalam belitan stator secara tepat melalui sistem kontrol elektronik dan berinteraksi dengan magnet permanen rotor untuk mencapai konversi energi listrik menjadi energi mekanik yang efisien. Dari perangkat elektronik konsumen kecil hingga peralatan industri besar, dari aplikasi tegangan rendah hingga sistem motor BLDC 48V, motor DC tanpa sikat, dengan efisiensi tinggi, keandalan tinggi, dan kinerja kontrol yang sangat baik, mendorong kemajuan teknologi dan peningkatan efisiensi energi di berbagai industri. Dengan terus berkembangnya teknologi kontrol elektronik dan bahan magnet permanen, kita dapat memperkirakan bahwa motor BLDC akan memiliki prospek penerapan yang lebih luas dan kinerja yang lebih luar biasa.

Jika Anda tertarik dengan produk kami atau memiliki pertanyaan, jangan raguHubungi kamidan kami akan membalas Anda dalam waktu 24 jam.