Subyek:
- Inleiding
- Prinsip kerja motor listrik
- Motor listrik DC dengan sikat karbon
- Motor listrik DC tanpa sikat karbon
Perkenalan:
Kami menemukan motor listrik di lebih banyak tempat di dalam mobil. Pada motor listrik, arus listrik diubah menjadi gerak dan panas. Motor listrik kita temukan pada kaca spion dan penyetel jok, tetapi juga sebagai motor wiper kaca depan pada mekanisme wiper kaca depan atau sebagai motor starter. Motor listrik ini beroperasi pada tegangan 12 hingga 14 volt. Pada halaman ini kami membatasi diri pada motor listrik pada interior dan eksterior.
Motor listrik juga menyediakan (sebagian) penggerak listrik pada kendaraan hibrida dan kendaraan listrik sepenuhnya. Motor listrik jenis ini dibahas pada halaman: motor listrik HV.
Motor listrik DC dapat kita bagi menjadi:
- Motor listrik dengan sikat karbon (medan elektromagnetik dan jangkar)
- Motor listrik seri;
- Motor listrik paralel;
- Motor listrik tanpa sikat.
Prinsip pengoperasian motor listrik:
Pada motor listrik, arus listrik diubah menjadi gerakan berputar. Pergerakan tersebut disebabkan oleh dua kutub magnet yang saling tarik menarik atau tolak menolak:
- Kutub utara dan kutub selatan saling tarik menarik;
- Dua kutub utara saling tolak menolak;
- Dua kutub selatan saling tolak menolak.
Sebuah magnet mempunyai kutub utara dan selatan yang muatannya berlawanan. Ketika magnet itu dipecah menjadi dua, Anda tidak tiba-tiba memiliki dua kutub yang terpisah, melainkan dua magnet baru, yang keduanya memiliki kutub utara dan selatan.
Beberapa kutub magnet (utara dan selatan) dipasang pada rumahan. Terdapat medan magnet antara kutub utara dan selatan. Poros keluaran (angker) berputar karena perubahan medan magnet.
Dalam motor listrik, dua kutub dengan nama yang sama ditempatkan saling berhadapan secara konstan menggunakan (biasanya) magnet permanen, atau elektromagnet. Karena kutub-kutub yang sejenis saling tolak menolak, maka terciptalah suatu gerakan.
Motor listrik DC dengan sikat karbon:
Hampir semua motor listrik dalam teknologi otomotif dirancang sebagai motor DC dengan magnet permanen dan sikat karbon. Pada motor listrik jenis ini kita menemukan magnet berikut:
- Magnet permanen (satu kutub utara dan satu kutub selatan): terdapat medan magnet stasioner di antara keduanya;
- Kumparan: medan elektromagnetik dihasilkan dalam hal ini. Medan elektromagnetik yang berputar dihasilkan dalam kumparan.
Magnet permanen terletak di kiri dan kanan rotor dan terdiri dari satu kutub utara dan satu kutub selatan. Di antara kutub utara dan selatan ini terdapat medan magnet stasioner yang tidak berubah ketika motor listrik dioperasikan atau diam.
Medan elektromagnetik yang berputar dihasilkan dalam kumparan segera setelah arus mengalir melaluinya. Arus disuplai dan dihilangkan oleh sikat karbon melalui komutator.
Pembalikan arah arus dilakukan dengan cara pergantian: dua sikat karbon menyeret komutator, yang terdiri dari sisi plus dan minus. Sikat karbon di sisi positif membawa arus ke konduktor (panah hijau pada gambar). Arus meninggalkan konduktor melalui sikat karbon di sisi negatif. Arus yang mengalir melalui konduktor menciptakan medan elektromagnetik.
Sebuah gaya tercipta antara magnetisme yang dihasilkan pada jangkar (konduktor) dan medan (magnet permanen) (panah merah pada gambar). Gaya ini menyebabkan jangkar dan komutator berputar pada porosnya. Sikat karbon kemudian mengenai bagian lain dari komutator, membalikkan arah arus di jangkar. Medan magnet dan gaya dibangun dalam arah yang sama, sehingga jangkar berputar lagi pada porosnya.
Kita bisa mengubah arah putaran motor listrik (baca: armature) dengan membalikkan plus minus carbon brush.
Pertukaran plus dan minus dapat dicapai melalui jembatan-H.
- ECU (1) secara bersamaan mengontrol dua dari empat transistor atau FET (4);
- FET (2) memberi motor listrik (3) nilai tambah dan ground. Tergantung pada dua FET mana yang diaktifkan, sikat karbon atas bersifat positif dan bagian bawah diarde, atau sebaliknya;
- Potensiometer di sebelah motor listrik mencatat posisi dan arah putaran. Tidak semua motor listrik dilengkapi dengan potensiometer.
Lihat halamannya H-jembatan untuk kemungkinan desain dan metode peralihan jembatan-H.
Motor listrik DC tanpa sikat karbon:
Motor arus searah (DC) tanpa sikat adalah motor sinkron. Kontrol listrik telah menggantikan sikat karbon. Motor listrik jenis ini sangat mirip dengan motor AC sinkron dengan magnet permanen, seperti yang digunakan pada motor listrik powertrain kendaraan listrik. Perbedaan utama antara kedua motor adalah kontrolnya: motor AC dikendalikan dengan tegangan bolak-balik sinusoidal termodulasi dan motor DC dengan tegangan gelombang persegi.
Stator sering kali berisi tiga atau enam kumparan (U, V, dan W) dan rotornya berupa magnet permanen. Gambar di bawah menunjukkan struktur skema motor DC dengan perkembangan tegangan melalui ketiga kumparan. Pada kenyataannya, beberapa sensor Hall dipasang di antara kutub untuk menentukan posisi rotor.
Unit kontrol menentukan kumparan mana yang harus dikontrol berdasarkan posisi rotor.
Pada gambar berikut kumparan U+ diberi energi. Cara kumparan dililitkan pada kutub menentukan apakah kumparan tersebut akan menjadi kutub utara atau selatan. Dalam contoh ini, U+ adalah kutub utara dan U- adalah kutub selatan.
Rotor dirancang sebagai magnet permanen. Seperti yang telah dijelaskan pada paragraf sebelumnya, posisi atau putaran rotor akibat perubahan medan magnet yang melalui kumparan.
Untuk memutar rotor berlawanan arah jarum jam dari posisi yang ditunjukkan pada gambar sebelumnya, kumparan V diberi energi.
V+ menjadi kutub utara, V- menjadi kutub selatan. Rotor magnet permanen berputar;
kutub utara dan selatan saling tarik menarik, begitu pula kutub selatan dan utara di sisi lain magnet.
Sekarang kumparan W diberi energi untuk memutar rotor 60 derajat lagi.
Kumparan W+ menjadi kutub utara dan W menjadi kutub selatan. Rotor berputar dan mengambil posisi barunya.
Rotor pada gambar berikutnya telah berputar 180 derajat sejak situasi pertama; pada gambar pertama kutub selatan mengarah ke atas; sekarang itu adalah Kutub Utara.
Polaritas kumparan U+ dan kumparan U- terbalik sehingga menyebabkan arus mengalir melalui kumparan secara terbalik. Hal ini menjadikan U+ sebagai kutub selatan dan U- sebagai kutub utara.
Rotor dengan magnet permanen diputar lebih lanjut karena perubahan medan magnet.
Untuk memutar kembali rotor sebesar 60 derajat, V- dijadikan kutub utara dan V+ menjadi kutub selatan. Rotor mengambil posisi baru.
Sekali lagi rotor berputar 60 derajat akibat perubahan medan magnet pada kumparan:
Kumparan W- adalah kutub utara dan W+ adalah kutub selatan.
Dalam enam situasi yang dijelaskan di atas, dua kumparan diberi energi secara konstan pada waktu yang bersamaan. Kita juga sering menemukan motor DC brushless dengan tiga kumparan, bukan enam. Dengan tiga kumparan, kumparan U, V dan W juga diberi energi satu demi satu, tetapi tidak ada perubahan polaritas.
Motor DC tanpa sikat adalah motor bertenaga yang cocok untuk aplikasi yang memerlukan torsi tinggi untuk start-up, kecepatan sedang, dan kecepatan tinggi. Motor DC brushless dan motor stepper sering kali membingungkan. Hal ini tidak mengherankan, karena pengoperasian dan pengendalian motor memiliki banyak kesamaan: kedua motor digerakkan dengan menciptakan medan magnet antara kumparan dan rotor dengan magnet permanen. Namun, selain terminologi, kedua mesin memiliki perbedaan yang signifikan, terutama dalam aplikasi dan pilihan bahan.
Motor stepper pada dasarnya adalah motor DC tanpa sikat, tetapi diterapkan pada bidang yang berbeda. Meskipun motor DC terutama digunakan untuk pengoperasian jangka panjang dengan kecepatan tinggi, kita melihat motor stepper dalam aplikasi yang mengutamakan penyesuaian pada posisi yang tepat.
Motor DC yang ditunjukkan dikontrol setiap putaran rotor 60°. Hal ini mungkin dapat dikurangi hingga 30° jika kita memberi energi pada empat kumparan secara bersamaan di antara setiap kontrol, sehingga memperoleh posisi perantara. Namun, motor stepper mampu menyesuaikan kenaikan 1,8° hingga 0,9°. Hal ini semakin menunjukkan bahwa motor stepper cocok untuk posisi yang sangat akurat.
Versi yang berbeda, metode kontrol oleh ECU dan aplikasi dapat ditemukan di halaman motor stepper.
