ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน Vs เซอร์โวมอเตอร์ Vs อินเวอร์เตอร์

พลังของดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน (มอเตอร์ BLDC) นั้นมีค่ามากเกินไปที่จะเก็บเป็นความลับ

เมื่อพูดถึงการควบคุมความเร็วคุณอาจคิดว่าตัวเลือกคือระหว่างมอเตอร์ 3 เฟสที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์หรือเซอร์โวมอเตอร์ แต่คุณรู้หรือไม่ว่าดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีความพิเศษในการควบคุมความเร็ว มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่านกำลังได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นในโลกแห่งการควบคุมความเร็ว อย่างไรก็ตามไม่ใช่ทุกคนที่คุ้นเคยกับพลัง และ ประสิทธิภาพที่คุ้มค่าของดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน แม้ในการใช้งานทั่วไปสามารถนำมาใช้ได้ แต่ก็มีแนวโน้มที่จะความนิยมน้อยกว่าผู้เล่นชั้นนำทั้งสอง ได้แก่ อินเวอร์เตอร์ขับเคลื่อนมอเตอร์ 3 เฟส และ เซอร์โวมอเตอร์ บทความนี้แนะนำความสามารถของดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านรวมถึงประเด็นที่ควรพิจารณาเมื่อเลือกมอเตอร์ควบคุมความเร็วที่มีขนาดกะทัดรัด

อินเวอร์เตอร์ หรือ เซอร์โวมอเตอร์: ควรใช้ตัวไหนในการควบคุมความเร็ว?

เมื่อพูดถึงการควบคุมความเร็วตัวเลือกทั่วไปคือมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟสที่ควบคุมความเร็วโดยใช้อินเวอร์เตอร์เอนกประสงค์ สำหรับหลาย ๆ คนนี่อาจเป็นทางเลือกที่เป็นที่นิยมเพราะช่วยให้คุณกำหนดความเร็วได้อย่างอิสระซึ่งคุณสามารถเปลี่ยนแปลงได้ในอนาคต อันที่จริงอินเวอร์เตอร์มักจะเป็นที่นิยมใช้กัน แต่ตอบสนองความต้องการขั้นพื้นฐานหรือแก้ปัญหาทั่วไปได้จริงหรือ?

สะดวกในการเปลี่ยนความเร็วทุกครั้งที่ทำงานหรือไม่ (เช่น งานมีการเปลี่ยนแปลงน้ำหนักหรือความหนืด) ?

จะเกิดอะไรขึ้นหากคุณต้องการใช้สายพานลำเลียงขนส่งผลิตภัณฑ์ด้วยความเร็วสูงและในกระบวนการตรวจสอบใช้ความเร็วต่ำ

หากต้องการปรับความเร็วของสายพานลำเลียงที่มีมากกว่าสองสายพานให้เท่ากัน และทำงานสอดคล้องกัน จะสามารถทำได้ง่ายๆหรือไม่?

หากต้องการความเร็ว แรงบิดหรือการควบคุมที่ดีขึ้นการอัพเกรดเป็นเซอร์โวมอเตอร์เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจอย่างแน่นอน อย่างไรก็ตามเมื่อพิจารณาถึงราคาต้นทุนที่ค่อนข้างต่ำของมอเตอร์ 3 เฟสที่ขับเคลื่อนด้วยอินเวอร์เตอร์ การเปลี่ยนเป็นเซอร์โวมอเตอร์คุณจะประสบปัญหาเรื่องค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้น แม้ว่าเซอร์โวมอเตอร์ช่วยรักษาความเร็วและช่วยแก้ปัญหาเรื่องการซิงโครไนซ์ของสายพานลำเลียงเมื่อต่อกันหลายตัวก็ตาม มีผลิตภัณฑ์ใดบ้างที่ใช้งานง่ายและไม่ทำให้ต้นทุนเพิ่มขึ้น?

 

ในความเป็นจริงมีทางเลือกที่สามที่มีประสิทธิภาพ ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีโครงสร้างคล้ายกับเซอร์โวมอเตอร์ แต่ออกแบบมาเพื่อควบคุมความเร็วโดยเฉพาะ

ประสิทธิภาพของเซอร์โวมอเตอร์ในราคาอินเวอร์เตอร์: มอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน,ทางเลือกที่สาม

ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน จะอยู่ระหว่างอินเวอร์เตอร์ และ เซอร์โวมอเตอร์ เป็นมอเตอร์เฉพาะสำหรับการควบคุมความเร็วที่ควบคุมความเร็วได้อย่างมีประสิทธิภาพเทียบเท่ากับเซอร์โวมอเตอร์ในราคาที่ต่ำกว่า และ ใกล้เคียงกับราคาอินเวอร์เตอร์

• ระบบ Open-Loop:
ข้อเสียของการควบคุมเอซีอินดัคชั่นมอเตอร์โดยอินเวอร์เตอร์

อินเวอร์เตอร์ส่วนใหญ่จะไม่สื่อสารกับมอเตอร์ อย่างไรก็ตาม เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการเพิ่มเอ็นโค้ดเดอร์ และอุปกรณ์ควบคุมสัญญาณอนาล็อกเป็นอุปกรณ์เพิ่มเติมแยกต่างหากให้กับมอเตอร์ ข้อเสียเปรียบคือต้องมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมและเพิ่มปัญหาด้านต้นทุน โดยทั่วไป อินเวอร์เตอร์ส่วนใหญ่ในปัจจุบันยังคงทำงานแบบลูปเปิด ภายใต้ระบบลูปเปิด เมื่อโหลดเปลี่ยนไปความเร็วจริงจะไม่เป็นไปตามที่เราตั้งค่าไว้ นี่เป็นสาเหตุที่ความเร็วเกิดการเปลี่ยนแปลง (ช้าลงเมื่อเพิ่มโหลดมากขึ้น) และการซิงโครไนซ์ความเร็วในหลายแกนจึงทำได้ยากด้วย

นอกจากนี้เนื่องจากการที่มีแรงบิดต่ำลงในเอซีมอเตอร์ ที่ความเร็วสูงหรือต่ำจากความเร็วพิกัด ซึ่งเป็นคุณลักษณะแรงบิดโดยปกติของมอเตอร์ 3 เฟสจึงเป็นเรื่องยากที่จะได้ทั้งความเร็วและแรงบิดที่คุณต้องการในเวลาเดียวกัน อินเวอร์เตอร์จะมีประสิทธิภาพเมื่อการทำงานดำเนินต่อไปด้วยความเร็วคงที่ แต่ไม่เหมาะสำหรับการทำงานแบบหลายความเร็ว

ความร้อนยังเป็นส่วนหนึ่งของเอซีมอเตอร์ เพื่อแก้ปัญหานี้จึงมีพัดลมระบายความร้อนติดอยู่ที่ด้านหลังของมอเตอร์ เนื่องจากการออกแบบเอซีมอเตอร์ ความร้อนจะเพิ่มขึ้นเมื่อมอเตอร์ทำงานช้าและพัดลมระบายความร้อนทำงานช้าลง ในทางกลับกันเมื่อมอเตอร์ทำงานด้วยความเร็วสูงความร้อนจากขดลวดก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

• การควบคุม Closed-Loop: 
คุณลักษณะความเร็วที่ยอดเยี่ยมของเซอร์โวมอเตอร์ และ ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน

ทั้งเซอร์โวมอเตอร์ และ ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านใช้มอเตอร์ที่มีแม่เหล็กถาวรสำหรับโรเตอร์ และมาพร้อมกับระบบควบคุมความเร็วแบบ Close loop ซึ่งสถานะการทำงานของมอเตอร์จะถูกส่งกลับไปที่ไดรเวอร์ เพื่อให้แน่ใจว่าความเร็วของมอเตอร์จะคงที่ตรงกับที่ได้ตั้งค่าไว้ และสามารถซิงโครไนซ์ความเร็วของแกนมอเตอร์สองแกน นอกจากนี้ยังสร้างแรงบิดคงที่ไม่ว่าจะทำงานด้วยความเร็วสูงหรือต่ำ แม้ว่าน้ำหนักบรรทุกจะเปลี่ยนไปไม่ว่าจะสั่งด้วยความเร็วเท่าใดก็ตาม แต่ก็ยังมั่นใจในความเร็วในการเคลื่อนที่ไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งหมายความว่ามอเตอร์ทั้งสองนี้มีประสิทธิภาพสูงในขณะที่อินเวอร์เตอร์มีปัญหา

การเทียบกับมอเตอร์ทั่วไปกับมอเตอร์ที่มีราคาย่อมเยา

• ข้อแตกต่างระหว่างเซอร์โวมอเตอร์กับดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน:

เซอร์โวมอเตอร์แตกต่างจากดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านคือมีความสามารถในการทำงานที่มีประสิทธิภาพสูงรวมถึงสามารถควบคุมความเร็วด้วย ในขณะที่ชนิดอื่นมีไว้เพื่อควบคุมความเร็วเท่านั้น

ในเซอร์โวมอเตอร์ ตัวเอ็นโค้ดเดอร์จะถูกติดตั้งเข้ากับมอเตอร์ทำให้สามารถควบคุมตำแหน่งความเร็วและแรงบิดได้อย่างแม่นยำ. ซึ่งตัวเอ็นโค้ดเดอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงเช่นมีค่าความละเอียดในการตรวจจับสูง จะทำให้เซอร์โวมอเตอร์ก็จะมีราคาที่สูงมากเช่นกัน

สำหรับดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านฟังก์ชันของมันจะเน้นไปที่การควบคุมความเร็วเท่านั้น ไม่จำเป็นต้องควบคุมตำแหน่ง สามารถควบคุมความเร็วได้ด้วยความแม่นยำเพียงพอโดย Hall Effect IC (เซ็นเซอร์) Hall Effect ICs นั้นหาง่ายกว่า ราคาถูกกว่าตัวเอ็นโค้ดเดอร์ และมีความสามารถในการควบคุมความเร็วดีซีมอเตอร์แบบไม่มีแปรงถ่านได้ จึงมีราคาถูกกว่าเซอร์โวมอเตอร์ในทุกด้าน

ในการลดความเร็ว เราสามารถเลือกใช้หัวเกียร์ช่วยในการลดความเร็วซึ่งเราจะพบเห็นได้ในงานประเภทของสายพานลำเลียง ในมอเตอร์ไร้แปรงถ่านสามารถใช้เลือกใช้เกียร์ซึ่งมีขนาดเล็กกว่าและทำงานได้ในงานหลายชนิดเช่นเดียวกับมอเตอร์ 3 เฟสที่ทำงานได้

ในกรณีของเซอร์โวมอเตอร์ซึ่งสามารถกำหนดตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูงและความเร็วที่มีความแม่นยำสูงมักใช้ตัวหัวเกียร์ ที่มีกลไกหัวเกียร์แบบแพนเนเทอรี่ ซึ่งทำให้เพิ่มต้นทุนของมอเตอร์

คุณสมบัติของดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านนอกเหนือจากการควบคุมความเร็ว:
ไม่ต้องมีการปรับตั้งค่าTurning มีขนาดกะทัดรัด ประหยัดพลังงาน

การควบคุมความเร็วที่แม่นยำสูงในราคาที่สมเหตุสมผลไม่ใช่ข้อได้เปรียบเพียงอย่างเดียวของดีซีมอเตอร์แบบไร้แปรงควบคุมความเร็ว

เมื่อเทียบกับมอเตอร์ 3 เฟสที่ควบคุมด้วยอินเวอร์เตอร์ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านจะบางกว่าและมีแรงบิดสูงกว่า เนื่องจากใช้แม่เหล็กถาวรในโรเตอร์มอเตอร์จึงมีขนาดบางลงและมีกำลังสูงกว่า เมื่อเปรียบเทียบกับอินดัคชั่น 3 เฟสที่มีขนาดเฟรม 3.54 นิ้ว (90 มม.) ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านที่มีคุณสมบัติเดียวกันจะสั้นกว่า 3.31 นิ้ว (84 มม.) และให้กำลังขับมากกว่า 1.3 เท่า โครงสร้างมอเตอร์ขนาดกะทัดรัดนี้ช่วยให้คุณสามารถลดขนาดพื้นที่ติดตั้งของคุณได้

เนื่องจากดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีไว้สำหรับการควบคุมความเร็วจึงสามารถใช้งานได้ทันทีโดยไม่ต้องผ่านการตั้งค่าหรือปรับค่าพารามิเตอร์อื่นๆ ซึ่งจำเป็นสำหรับอินเวอร์เตอร์ และ เซอร์โวมอเตอร์ จึงทำให้ประหยัดเวลามากขึ้น

ไดรเวอร์ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านมีให้เลือกทั้งแบบ ใช้กับแหล่งจ่ายไฟฟ้าแบบเอซี และ ดีซีทำให้มีความทางเลือกในการออกแบบมากขึ้น ตัวอย่างเช่นหากมีการใช้เครื่องจักรในหลายประเทศที่กำลังไฟฟ้าที่แตกต่างกัน กล่องปรับความเร็์วที่สามารถรองรับไฟที่เป็นดีซีได้ สามารถเป็นอีกหนึ่งทางเลือกสำหรับการใช้แหล่งจ่ายไฟแบตเตอรี่ 24-48 VDC แต่ถ้าหากต้องการใช้ไฟแบบเอซี ไม่ว่าจะเป็นไฟ 115 VAC หรือ 220-230 VAC ก็สามารถที่จะเลือกใช้ได้เช่นกัน

ไดรเวอร์ของดีซีมอเตอร์ชนิดไร้แปรงถ่านมีเชื่อมต่อใช้งานได้ง่ายมากโดยไม่จำเป็นต้องจูนนิ่ง การควบคุมความเร็วทำได้ง่ายเพียงแค่หมุนโพเทนชิออมิเตอร์หรือสามารถทำงานกับสัญญาณอะนาล็อกแรงดันไฟฟ้า 0-10 VDC จาก PLC ปัจจุบันนี้ไดรเวอร์ของมอเตอร์แบบไร้แปรงถ่านจำนวนมากมาพร้อมกับการสื่อสารในตัวทำให้สามารถใช้การสื่อสารบนเครือข่ายแพลตฟอร์มทั่วไปได้

ข้อได้เปรียบที่สำคัญของดีซีมอเตอร์ชนิดไร้แปรงคือการใช้ตัวหัวเกียร์แบบ spur. เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีการควบคุมตำแหน่งที่มีความแม่นยำสูงหรือจำเป็นต้องใช้ตลับลูกปืนราคาแพงเพื่อรองรับโหลดโมเมนต์หรือแรงบิดสูง ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านจึงมักใช้เฟืองชนิดเดียวกับที่พบในอินดัคชั่นมอเตอร์ซึ่งจะช่วยให้อัพเกรดได้ง่ายและลดค่าการบำรุงรักษา และลดพื้นที่ติดตั้งโดยเหมาะสมอย่างยิ่งในงานประเภทบนสายพานลำเลียง การใช้หัวเกียร์แบบเพลาขนานจึงเป็นเรื่องที่พบเห็นได้ทั่วไป ในกรณีที่ต้องการแรงบิดมากขึ้นจะมีหัวเกียร์แบบหักศอกเพลาหลุมเพื่อเป็นทางเลือกเพื่อเพิ่มแรงบิด

เราได้รวบรวมบทสรุป (ตารางที่ 1) ซึ่งเปรียบเทียบทั้ง 3 เทคโนโลยีนี้ในรูปแบบที่เข้าใจง่าย นอกจากนี้เรายังได้รวมการทบทวนข้อดีของดีซีมอเตอร์แบบไม่มีแปรงที่เรียกว่าคำแนะนำห้านาทีสำหรับพื้นฐานของดีซีมอเตอร์แบบไม่มีแปรง

โดยสรุปแล้วในขณะที่ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านไม่ใช่เรื่องใหม่สำหรับตลาด แต่ข้อดีของพวกเขาก็เป็นที่รู้จักกันดีในขณะที่ OEM จำนวนมากขึ้นเรื่อย ๆ คือการเลือกดีซีมอเตอร์แบบไม่มีแปรงมากกว่าเอซี อินดัคชั่นมอเตอร์ที่มีอินเวอร์เตอร์ ในขณะที่เซอร์โวมอเตอร์มีฟังก์ชันการทำงานมากมายหากจำเป็นต้องมีการควบคุมความเร็วดีซีมอเตอร์แบบไม่มีแปรงก็คุ้มค่าที่จะประเมิน

5 นาทีเกี่ยวกับข้อมูลพื้นฐานของดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน

• โครงสร้างพื้นฐาน

ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านควบคุมความเร็วด้วยระบบ closed loop จากสัญญาณที่ตรวจจับโดย Hall Effect IC (เซ็นเซอร์) ที่ติดตั้งกับมอเตอร์ ทรานซิสเตอร์ในแผงวงจรจะเปิด และ ปิดวงจรในขณะมอเตอร์หมุน ปกติดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านจะทำงานลักษณะนี้ ซึ่งก่อนหน้านี้คือมอเตอร์ชนิดมีแปรงถ่านซึ่งจะทำงานโดยปิดเปิดวงจรโดยการสัมผัสระหว่างแปรงถ่านกับซี่คอมมิวเตเตอร์ ทำให้เกิดปัญหาเรื่องการบำรุงรักษา โดยไม่จำเป็น

คุณลักษณะของดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน

• ความสเถียรในการปรับความเร็ว

เมื่อเปรียบเทียบระหว่างความเร็วในการตั้งค่า และ สัญญาณความเร็วจากมอเตอร์ที่ส่งกลับมา ทำให้เกิดการปรับแรงดันไฟฟ้าที่ส่งให้กับมอเตอร์ แม้ว่าโหลดจะเปลี่ยนไป มอเตอร์ก็สามารถรักษาการทำงานได้อย่างมีเสถียรภาพจากความเร็วสูงไปต่ำ

• ขนาดกะทัดรัด และ กำลังสูง

เมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์ 3 เฟสที่ควบคุมด้วยอินเวอร์เตอร์. ดีซีมอเตอร์ไร้แปรงจะบางกว่าและ มีแรงบิดสูงกว่า เนื่องจากใช้แม่เหล็กถาวรในโรเตอร์มอเตอร์จึงบางลงและมีกำลังสูงกว่า

• ช่วงกว้างของการควบคุมความเร็ว

การควบคุมความเร็วครอบคลุมช่วงกว้างกว่าอินเวอร์เตอร์ เมื่อมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟสขับเคลื่อนโดยอินเวอร์เตอร์แรงบิดจะถูกจำกัดที่ความเร็วต่ำดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่านจึงเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการแรงบิดคงที่จากความเร็วสูงไปต่ำ

• ประสิทธิภาพในการควบคุมพลังงาน

แม่เหล็กถาวรที่ถูกใช้ในโรเตอร์ของดีซีมอเตอร์ไร้แปรงถ่าน สามารถลดการสูญเสียพลังงานได้เมื่อเปรียบเทียบกับอินดัคชั่นมอเตอร์แบบ 3 เฟสที่ควบคุมด้วยอินเวอร์เตอร์ *มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน จะช่วยลดการใช้พลังงานได้ถึง 23% ซึ่งมีส่วนช่วยในการประหยัดพลังงานได้อีกด้วย

• มีมอเตอร์ที่เหมาะสมให้เลือกตามแหล่งจ่ายไฟ และ การเชื่อมต่อการทำงานกับอุปกรณ์ต่างๆ

ในรุ่นที่ใช้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ ปกติรูปร่างจะเป็นแบบกล่อง ที่สามารถปรับความเร็วโดยใช้ลูกบิดที่กล่อง และยังสามารถต่อเข้ากับระบบเครือข่าย Factory Automation (FA) ส่วนในรุ่นที่ใช้แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงก็สามารถควบคุมได้ด้วยวงจรควบคุม