Mengontrol perbedaan antara motor induksi ac dan motor dc brushless?


15

Saya memiliki latar belakang yang cukup solid dalam kontrol motor AC industri (soft starter, VFDs, dll.) Tetapi sesuatu yang saya pasti TIDAK berpengalaman adalah motor DC brushless ... tipe yang ditemukan di setiap hard drive di planet ini.

Sejauh yang saya tahu, mereka terlihat identik dengan motor induksi AC khas Anda yang terhubung dengan bintang, dan pengontrol motor terlihat sangat, sangat mirip dengan pengontrol AC tiga fase yang khas yang telah saya habiskan untuk mendesain kehidupan profesional saya.

Saya tidak dapat menemukan banyak perbedaan nyata antara keduanya, baik dari sudut pandang konstruksi mekanik maupun dari sudut pandang kontrol. Yang paling dekat yang saya temukan adalah "mereka mirip."

Apakah ada yang punya sumber daya atau dapat menawarkan penjelasan yang cukup teknis tentang apa perbedaan utama antara jenis motor ini dan metode kontrol mereka?


1
BLDC lebih efisien dan kurang berisik, secara keseluruhan "mirip", tetapi tidak sama. Untuk motor AC, referensi sinus berarti output sinus (dengan sirkuit kontrol), juga kembali EMF adalah sinus, sehingga motor mengejar, tetapi efisiensinya rendah. Untuk BLDC, saya pikir istilah yang menyesatkan adalah DC, mereka tidak lebih dari motor AC sinkron dengan twist magnetik. Juga, mengemudi dilakukan dengan transduser Hall (jika diperlukan) atau dengan mendeteksi kembali EMF, sehingga "filosofi" berbeda, dan BLDC cvasi-sinus memiliki bentuk gelombang yang terdistorsi, juga, tetapi tidak cukup seperti trapezoid. Pada akhirnya, sedikit perbedaan, tetapi mereka ada.
Vlad

Jawaban:


15

Dari Semua Tentang Sirkuit :

Motor DC brushless mirip dengan motor sinkron AC. Perbedaan utama adalah bahwa motor sinkron mengembangkan EMF punggung sinusoidal, dibandingkan dengan EMF belakang, persegi atau trapesium, untuk motor DC brushless. Keduanya memiliki stator yang menciptakan medan magnet berputar yang menghasilkan torsi dalam rotor magnetik.

Dari segi konstruksi, pada dasarnya * tidak ada perbedaan.

pengendali motorik generik

Motor pada diagram di atas dapat disebut "Motor Induksi AC" atau "Motor DC Brushless" dan itu akan menjadi motor yang sama.

Perbedaan utama ada di drive. Motor AC dikendalikan oleh drive yang terdiri dari bentuk gelombang arus bolak-balik sinusoidal. Kecepatannya sinkron dengan frekuensi gelombang itu. Dan karena didorong oleh gelombang sinus, Back-EMF adalah gelombang sinus. Motor AC satu fase dapat digerakkan dari stopkontak di dinding dan akan berubah pada 3000 RPM atau 3600 RPM (tergantung pada negara asal Anda memiliki 50/60 Hz listrik).

Perhatikan bahwa saya katakan bisa di sana. Dalam rangka mendorong motor dari sumber DC, controller, yang pada dasarnya hanya DC ke AC inverter, yang diperlukan . Anda benar dalam menyatakan bahwa motor AC juga dapat dikendarai oleh pengontrol. Misalnya Variable Frequency Drive (VFD) yang, seperti yang Anda katakan, DC ke AC inverter. Meskipun biasanya mereka memiliki ujung depan penyearah AC ke DC.

PWM VFD http://www.inverter-china.com/forum/newfile/img/PWM-VFD-Diagram.gif

VFD menggunakan PWM untuk mendekati gelombang sinus dan dapat mendekati cukup dengan memvariasikan lebar pulsa secara terus-menerus seperti yang terlihat di bawah ini:

sinus versus PWM

Meskipun menggunakan PWM untuk memperkirakan gelombang sinus akan menghasilkan bentuk gelombang Kembali-EMF yang hampir sinusoidal ("fuzzy" adalah kata yang Anda gunakan), itu juga sedikit lebih rumit untuk dilakukan. Teknik pergantian yang lebih sederhana disebut pergantian enam langkah di mana bentuk gelombang Back-EMF lebih trapesium daripada sinusoidal.

drive enam langkah http://www.controlengeurope.com/global/showimage/Article/18087/

six-step Back-EMF http://www.emeraldinsight.com/content_images/fig/1740300310012.png

Dan sementara "PWM ini benar-benar buruk" seperti yang Anda katakan, itu juga jauh lebih sederhana untuk diterapkan dan karenanya lebih murah.

Ada metode pergantian lain selain enam langkah dan sinusoidal. Satu-satunya yang benar-benar populer (menurut saya) adalah drive vektor ruang. Ini memiliki kompleksitas yang sama dengan drive sinusoidal tetapi lebih baik menggunakan tegangan bus DC yang tersedia. Saya tidak akan merinci vektor ruang karena saya pikir itu hanya akan memperkeruh perairan diskusi ini.

Jadi itulah perbedaan dalam teknik penggeraknya. Bentuk gelombang yang digunakan untuk menggerakkan motor AC biasanya sinusoidal dan bisa datang langsung dari sumber AC atau dapat diperkirakan menggunakan PWM. Bentuk gelombang yang digunakan untuk menggerakkan motor DC biasanya berbentuk trapesium dan berasal dari sumber DC. Tidak ada alasan mengapa drive tidak dapat ditukar meskipun akan ada sedikit efisiensi.

* pada dasarnya

Di atas saya katakan bahwa konstruksi kedua jenis motor itu pada dasarnya sama. Dalam kedua kasus, motor Induksi AC dan motor DC Brushless, kita berbicara tentang motor yang memiliki stator luka, bukan magnet permanen. Itu membuat mereka "motor Universal" :

Satu keuntungan dari memiliki stator luka dalam motor adalah bahwa seseorang dapat membuat motor yang berjalan pada AC atau DC, yang disebut motor universal.

Namun, ada sedikit perbedaan pada belitannya. Motor yang dirancang untuk digunakan dengan AC luka sinusoidal sedangkan motor yang ditakdirkan untuk digunakan dengan DC adalah luka trapazoid . Sesuatu yang telah mengganggu saya selama bertahun-tahun adalah bahwa saya tidak dapat menemukan diagram yang disederhanakan yang menunjukkan perbedaannya. Jika saya diberi stator motor, saya tidak akan tahu apakah itu luka sinusoidally atau trapazoidally. Satu-satunya cara saya tahu untuk mengatakan perbedaannya adalah kembali menggerakkan motor dengan menghubungkan bor ke poros dan melihat Kembali-EMF. Anda akan melihat gelombang sinus yang bagus atau lebih dari trapesium seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Seperti yang saya katakan di atas, menggunakan jenis drive yang salah akan menghasilkan sedikit performa tetapi itu akan berhasil.

Lebih sering daripada tidak, motor DC Brushless dibangun dengan magnet permanen pada rotor. Sementara itu akan menjadi perbedaan dari motor sangkar tupai, selama stator adalah stator luka dan bukan stator magnet permanen (seperti yang terlihat pada motor DC yang disikat), kedua desain pada dasarnya adalah "motor universal":

PM versus kandang tupai

Sisi magnet permanen diagram di atas menunjukkan motor dua kutub. Jumlah kutub mengontrol riak torsi. Semakin banyak kutub, semakin halus kurva torsi. Tetapi jumlah kutub tidak membuat perbedaan dari perspektif AC versus DC.

Koneksi belitan stator, delta versus bintang, juga tidak mempengaruhi metode penggerak. Dan pada kenyataannya, Anda dapat beralih di antara keduanya saat sedang berjalan :

pergantian bintang delta

Perbedaannya ada bahwa delta akan menarik lebih banyak arus dan karenanya menghasilkan lebih banyak torsi. Untuk informasi lebih lanjut tentang hubungan atau arus ke torsi atau tegangan ke kecepatan, lihat jawaban saya untuk pertanyaan EE.SE ini .


Terima kasih atas jawaban terinci tetapi metode kontrol Anda cocok persis dengan apa yang dilakukan inverter AC (cincang DC menggunakan IGBT atau FET untuk mensimulasikan bentuk gelombang sinusoidal saat ini). Anda menunjukkan motor yang terhubung delta yang juga umum, tetapi tidak menjawab apa yang berbeda antara BLDC dan motor induksi AC sangkar-sangkar standar. Back-emf harus cukup dekat dengan sinusoid kecuali PWM Anda benar-benar buruk; bentuk gelombang saat ini dari VFD adalah gelombang sinus "fuzzy" dalam banyak kasus ... apakah PWM yang digunakan untuk BLDC tidak sama?
akohlsmith

@AndrewKohlsmith Jujur saya juga tidak senang dengan jawaban saya tapi saya terganggu di tengah dan harus lari. Saya telah memperluas jawaban saya sedikit dan mudah-mudahan membuatnya lebih jelas. Saya juga menyertakan jawaban untuk beberapa pertanyaan tambahan dalam komentar Anda. Beritahu saya jika perbedaannya masih tidak jelas.
embedded.kyle

1
Itu jawaban yang fantastis. Saya belum tahu tentang gulungan kumparan trapezoid sebelumnya; Saya akan bertanya kepada salah satu teman toko motor saya tentang hal itu. Starter bintang-delta adalah sesuatu yang telah saya ketahui di masa lalu yang jauh, bersama dengan starter autotransformer. Desain enam-pulsa (dan lebih umum untuk EMI / RFI / harmonik 18-pulsa) adalah apa yang biasa saya lihat pada ujung-ujung penyearah, tidak begitu banyak di sisi motor, karena kontrol PWM membuat Anda cukup dekat dengan sebuah bentuk gelombang sinusoidial bersih bagus. Semua berkata, jawaban yang sangat bagus!
akohlsmith

desain ruang-vektor (dan fluks-vektor) memiliki model motor dalam perangkat lunak dan menggunakan sepasang fungsi (Clark dan Park) untuk mengubah bentuk gelombang saat ini menjadi vektor yang menghasilkan magnet dan torsi yang kemudian diputar dan dikonversi kembali ke vektor saat ini. Vektor saat ini baru kemudian digunakan sebagai setpoint untuk mengubah PWM untuk mencoba mencapai arus yang dihitung. Idenya adalah untuk mengontrol motor lebih akurat daripada dengan penskalaan V-Hz lurus.
akohlsmith

Tampaknya motor induksi BLDC dan sangkar-tupai dapat memiliki algoritma kontrol yang sama, selama model motor dapat mendeteksi atau memilih jenis motor yang berkelok-kelok. Motor magnet permanen (sinkron) akan memiliki mekanisme kontrol yang berbeda karena slip motor akan jauh lebih rendah.
akohlsmith

13

Saya sedikit terlambat dalam menjawab pertanyaan ini dan saya belum dapat menjawab langsung ke embedded.kyle di atas, tetapi saya ingin memperbaiki sedikit informasi yang salah yang diberikan di atas. Keahlian saya adalah motor, bukan kontrol, BTW.

1) "Motor universal" sepenuhnya berbeda dari BLDC atau motor induksi. Motor universal memiliki stator luka dan armature serta memiliki sikat. Hanya karena stator luka tidak menjadikannya motor universal ... tautan yang disematkan. Gaya yang ditautkan tentang motor universal hanya membandingkannya dengan motor tipe brush PMDC.

2) Motor BLDC selalu memiliki magnet pada rotor. Seperti yang saya katakan di atas, mereka tidak pernah disebut sebagai motor universal. Motor universal adalah binatang yang sama sekali berbeda.

3) Mengenai ayat trapesium sinusoidal, tidak ada cara standar untuk memutar motor induksi dan motor brushless (Saya tidak suka istilah "luka sinusoidal" dan "luka trapesium" karena alasan saya akan jelaskan di bawah). Secara umum, perancang motor induksi mencoba menghasilkan MMF celah udara dan fluks yang bersifat sinusoidal. Ini umumnya dilakukan dengan apa yang disebut lilitan "terdistribusi". Semua ini berarti bahwa alih-alih kumparan dengan jumlah putaran T, Anda memiliki banyak kumparan dengan jumlah putaran yang bervariasi untuk mendekati sinusoid.

Motor brushless dapat memiliki back-emf yang terlihat lebih sinusoidal atau terlihat lebih trapesium, seperti yang disematkan. Namun, Anda tidak akan pernah mendapatkan back-emf murni sinusoidal atau trapezoidal ... bagaimana motor dirancang dan dibuat mencegah hal itu terjadi. Itu selalu di suatu tempat di antara keduanya. Bentuk ggl-belakang ditentukan oleh banyak hal - seperti luka, perbandingan gigi stator dengan magnet rotor, bentuk gigi laminasi, bentuk magnet rotor, dll. Inilah sebabnya saya tidak suka istilahnya "luka sinusoidal" dan "luka trapesium" - ggl belakang tergantung pada hal-hal lain selain bagaimana luka itu. Anda dapat mengendarai motor tanpa sikat dengan drive "trapesium" atau drive "sinusoidal". Secara umum (tapi ini tidak universal), jika Anda memiliki motor dengan gir belakang perangkap yang lebih atau kurang yang dimaksudkan untuk dipasangkan dengan trap drive, produsen motor akan menyebutnya sebagai motor BLDC. Demikian juga, jika Anda memiliki motor dengan back-emf lebih sinusoidal yang dimaksudkan untuk dipasangkan dengan drive sinus, produsen motor akan menyebutnya sebagai motor BLAC. Tetapi salah satu dari jenis motor ini dapat dijalankan dengan kedua jenis drive.

4) Link embedded.kyle menunjuk pada 23 Oktober pukul 19:06 tidak menunjukkan perbedaan antara gulungan sinus dan perangkap. Saya mungkin akan meninggalkan komentar di sana juga, tetapi perbedaan antara keduanya adalah bahwa satu putaran berliku dan satu berliku konsentris.


Jika saya dapat menilai Anda lebih dari +1, saya akan melakukannya. Dan jika saya bisa mendistribusikan jawaban yang diterima antara dua jawaban, saya pasti akan melakukannya. Terima kasih banyak. Saya tidak menyadari bahwa SEMUA BLDC memiliki rotor magnet permanen. Ini akan memengaruhi algoritme kontrol dengan cara yang halus, yang merupakan salah satu hal lain yang saya coba tentukan. Terima kasih!
akohlsmith

@Brad - Ini adalah nit picking, bagaimanapun, itu akan membantu saya jika jawabannya menggunakan kata "trapesium" bukannya "trap", atau "trap" yang didirikan adalah sinonim untuk "trapesium", dan sama dengan "sinusoidal" dan "sinus". Saya memiliki kelainan yang memiliki efek yang mirip dengan disleksia, jadi saya membaca dan membaca ulang beberapa kalimat yang membayangkan bahwa saya telah 'menjadi sedikit miring', ketika itu hanya terminologi yang telah berubah. Kalau tidak, saya menemukan jawaban Anda sangat membantu, menambahkan banyak untuk saya di luar jawaban pertama, dan jadi saya memberi +1 padanya.
gbulmer

1

Menurut Wikipedia, motor DC brushless adalah motor AC magnet sinkron permanen dengan inverter dan rectifier terintegrasi, sensor, dan elektronik kontrol inverter. Saya tidak terlalu terbiasa dengan motor AC, tapi saya pikir motor DC brushless akan lebih baik diklasifikasikan sebagai sub-set motor AC dari sudut pandang fungsional.

Mungkin ada beberapa perbedaan lain yang berkaitan dengan aplikasi. Misalnya perbedaan antara motor stepper dan motor DC brushless biasanya aplikasi yang dimaksud dan motor servo mengacu pada motor (biasanya tetapi tidak selalu motor DC brushed) dengan sensor posisi rotasi terintegrasi.


Baik; pertanyaannya secara khusus tentang perbedaan motorik "mentah" dan perbedaan strategi kontrol. Sejauh yang saya dapat menentukan Anda akan mengendarai motor DC brushless dengan cara yang sama persis Anda akan menggerakkan motor induksi AC, yang biasanya dengan bentuk gelombang PWM tiga fase yang mendekati gelombang sinus tiga fase dengan amplitudo yang benar dan frekuensi (rasio V-Hz) untuk mencapai torsi maksimum untuk kecepatan rotasi yang diberikan.
akohlsmith
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.