brushless DC motor

โดย : Admin

เรียบเรียงโดย : แอมิน สุชิน  เสือช้อย

Brushless DC motor หรือ BLDC คืออะไร

  ตัวอย่างของ Brushless Motors (BLDC Motors)  - ภาพประกอบจาก https://islproducts.com

BLDC  ปัจจุบันเป็นมอเตอร์อีกชนิดหนึ่งที่กำลังได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในหลายๆอุปกรณ์ตั้งแต่เครื่องใช้ในครัวเรียนจนถึงอุปกรณ์ที่ใช้ในอุตสาหกรรม ดังรูปต่อไปนี้

 

 

มอเตอร์ดีซีไร้แปรงถ่าน หรือ BLDC  มีโครงสร้างและหลักการทำงานอย่างไร ?

Brushless DC motor  หรือเรียกอีกอย่างว่า BLDC หรือ BL  โดยทั่วแล้วจะมีชื่ออื่นๆอีกเช่น อิเลคทรอนิกส์ คอมมิวเตอร์ (electronically commutated motor, ECM หรือ EC motor)  หรือ มอเตอร์กระแสตรงแบบซิงโครนัส (synchronous DC motor )

BLDC  เป็นมอเตอร์ที่ทำงานโดยอาศัยตัวควบคุมอิเลคทรอนิกส์ หรือ electronic controller ทำหน้าที่สวิตชิ่ง หรือควบคุมการจ่ายแรงดันไฟฟ้าดีซีให้กับขดลวดสเตเตอร์ที่ทำหน้าที่เป็นชุดสร้างสนามแม่เหล็ก  ซึ่งคล้ายกันกับการทำงานของซิงโครนัสมอเตอร์แบบใช้แม่เหล็กถาวร (Permanent magnet synchronous motor ,PMSM)

สำหรับเหตุผลที่ได้ชื่อว่าเป็นดีซีมอเตอร์แบบไร้แปรงถ่าน ก็เนื่องจากว่ามอเตอร์ชนิดนี้มีหลักการทำงานเหมือนกับดีซีมอเตอร์ที่ใช้แปรงถ่าน แต่จะแตกต่างกันเพียงแค่วิธีการลำเรียงกระแสเข้าไปยังขดลวด  ซึ่งในส่วนของดีซีมอเตอร์แบบเดิมนั้นจะใช้แปรงถ่านในการลำเรียงกระแสเข้าไปที่(คู่ของ)ขดลวดที่อยู่บนโรเตอร์เพื่อทำให้เป็นแม่เหล็กไฟฟ้า จากนั้นก็ทำให้เกิดการดูดและผลักกันกับขั้วแม่เหล็กที่อยู่ที่สเตเตอร์และทำให้เกิดการหมุนเคลื่อนที่ 

แต่ BLDC จะใช้ อิเลคทรอนิกส์ คอนโทรล เข้ามาแทนที่แปรงถ่าน เพื่อทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวดสเตเตอร์ เพื่อควบคุม ทอร์ค ทิศทางการหมุน รวมถึงการควบคุมความเร็วรอบของมอเตอร์

 

ประเภทของ Brushless DC motor

โดยลักษณะของโครงสร้างแล้วโรเตอร์ของมอเตอร์ชนิดนี้จะทำจากแม่เหล็กถาวรและจะหมุนเคลื่อนที่หรือวิ่งตามสนามแม่เหล็กที่เกิดจากฟิลด์หรือขดลวดสเตเตอร์หลังจากได้รับการจ่ายกระแสไฟฟ้าเข้าไปยังขดลวด  ...ซึ่งลักษณะของโรเตอร์โดยทั่วไปก็จะมี 2 รูปแบบดังนี้

1. ชนิดที่โรเตอร์หรือส่วนที่หมุนเคลื่อนที่อยู่ด้านนอก หรือ โรเตอร์อยู่ด้านนอกของขวดลวดสเตเตอร์  Outer rotor type (the rotor is outside the stator)   ข้อดี (Advantages )    - ง่ายต่อการรับแรงบิดหรือทอร์คขนาดใหญ่ หรือรับทอร์คได้มากกว่า( Easy to obtain large torque.)     - ความเร็วคงทีช่วงที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงสปีดหรือเปลี ( Speed is stable during constant rotation.)   ข้อเสีย ( Disadvantages)     - โรเตอร์มีขนาดใหญ่ การออกตัวหรือการเคลื่อนที่ช้า  (The rotor is large (the motion is slow) )    - โรเตอร์อยู่ด้านนอกมีความต้องการเรื่องมาตรการด้านความปลอดภัยที่เหมาะสม (The outside rotor requires appropriate safety measures. )

cr: https://www.nidec.com

2.ชนิดที่โรเตอร์หรือส่วนที่หมุนเคลื่อนที่อยู่ด้านใน หรือ โรเตอร์อยู่ด้านในของสเตเตอร์  Inner rotor type (the rotor is inside the stator)     ข้อดี (Advantages )    - โรเตอร์มีขนาดเล็กและสามารถตอบสนองได้อย่างรวดเร็ว ( The rotor is small and can respond quickly.)     - คอยล์อยู่ด้านนอกและระดับการกระจายความร้อนสูง หรือระบายความร้อนได้ดีกว่า ( The coil is located on the outside and the level of heat dissipation is high.) ข้อเสีย ( Disadvantages)     - การทำให้เกิดทอร์คหรือแรงบิดสุงๆ ทำได้ยาก (Difficult to obtain large torque. )    - แม่เหล็กสามารถเสียหายได้ด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลาง (Magnets can be damaged by centrifugal force )

การควบคุมความเร็วของ BLDC

การควบคุมความเร็ว BLDC  ก็อาศัยการเปลี่ยนแปลงความเร็วของการสวิตซิ่งที่จ่ายให้กับขดลวดสเตเตอร์  ถ้ามีการสวิตซิ่งกระแสไฟฟ้าด้วยความถี่สูง ขั้วแม่เหล็กหรือสนามแม่เหล็กหมุนที่สเตเตอร์ก็จะหมุนเร็วขึ้นตามความถี่สวิตซิ่ง จากนั้นก็จะดูดหรือดึงขั้วแม่เหล็กที่อยู่ที่โรเตอร์ให้หมุนเคลื่อนที่ตามดังรูป





การควบคุมหรือการคอนโทรลของ BLDC  โดยทั่วไปจะเป็นการทำงานแบบลูปปิด หรือ Closed Loop Control โดยจะอาศัย เซ็นเซอร์ที่เรียกว่า Hall Effect IC เป็นอุปกรณ์ป้อนกลับเพื่อรายรายตำแหน่งของโรเตอร์ให้คอนโทรลเลอร์ทราบเพื่อทำการจ่ายกระแสเข้าขดลวดให้สัมพันธ์กับตำแหน่งของโรเตอร์

 

รูปแสดงบล๊อคไดอะแกรมของ BLDC , Hall Effect  และรูปคลื่นของแรงดันและกระแสที่จ่ายให้กับขดลวดสเตเตอร์


 

 

ความแตกต่างระหว่างมอเตอร์มีแปรงถ่านและมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน




1. มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน BLDC  จะไม่มีแปรงประกอบ ซึ่งก็จะมีขนาดกะทัดรัดกว่า แต่จะต้องใช้งานควบคู่กับอิเลคทรอนิกส์คอนโทรลเลอร์ electronice Controller  หรือ BLDC drives 

2. มอเตอร์แบบมีแปรงมีราคาถูกและใช้งานง่ายกว่า ซึ่งสามารถต่อสายโดยตรงกับแหล่งจ่าย DC และมีการควบคุมเบื้องต้น เช่น การควบคุมทิศทางการหมุน หรือ ควบคุมความเร็วสามารถทำได้ง่ายกว่า

3. BLDC โรเตอร์จะหมุนด้วยการควบคุมที่ใช้ระบบอิเล็กทรอนิกส์ ส่วนแบบที่มีแปรงถ่านจะต้องเรียงกระแสผ่านแปรงถ่านเข้าไปยังขดลวดที่พันอยู่บนโรเตอร์

4. สายไฟ ...แบบไม่มีแปรงจะใช้สายไฟมากกว่า ส่วนแบบมีแปรงถ่านจะใช้สายไฟ 2 เส้น หรือ 4 เส้นหากมีการแยกขดลวดฟิลด์และขดลวดอาร์เมเจอร์

5. มอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีประสิทธิภาพมากกว่า (85-90%) เนื่องจากไม่มีการสูญเสียที่แปรงถ่านและความฝืดเนื่องจากแรงเสียดทาน   ส่วนแบบที่มีแปรงถ่านจะมีประสิทธิภาพประมาณ 75-80% 

6. BLDC ไม่มีแปรงถ่าน จะไม่ทำให้เกิดประกายไฟที่แปรงถ่าน

7.BLDC การบำรุงรักษาต่ำกว่า และ แทบไม่ต้องทำการบำรุงรักษา

8. BLDC เสียงรบกวนน้อยกว่า

*** ส่วนข้อเสีย ... ชุดควบคุมใช้เทคโนโลที่สูงกว่า  หากมีปัญหาจะซ่อมค่อนข้างหากขาดความรู้ความเข้าใจในกลไกการทำงาน

 

ตัวอย่าง BLDC  แบบที่โรเตอร์อยู่ด้านนอก
 

ตัวอย่าง BLDC  ที่ใช้ในรถไฟฟ้า

ตัวอย่าง BLDC  แบบที่โรเตอร์อยู่ด้านใน

 

 

 
 

เนื้อหาโดย: 9engineer.com (https://9engineer.com/)