BLDC Motorlar(Fırçasız DA Motor) genel olarak çamaşır makinesi, klima, hard disk gibi bir çok yerde kullanılmaktadır ve kullanım alanı sürekli olarak genişlemektedir. Ben bu motorlarla bitirme tezime konu ararken karşılaştım ve BLDC motor kontrolü yaparak bitirme tezimi verdim. BLDC motorun temel avantajları yüksek verimli olması, az bakım istemesi ve yüksek güvenilirlikli olması, uzun ömürlü ve düşük RF gürültülü olması sayılabilir. BLDC motor komutasyon işlemi elektronik olarak yapılan bir elektrik motorudur. Üç faz bir gerilim oluşturularak bu motorlar sürülür.
Yukarıda motora giren bu üç fazın nasıl bir şekil aldığını görebilirsiniz. Bu şekil trapezoidaldir.
Sinüs olarak çalışan motorlar ise BLAC motorlardır.
BLDC motor kontrolünde iki yöntem vardır;
1)Sensörlü Kontrol : Hall Effect sensörler ile rotorun pozisyonu öğrenilerek komutasyon gerçekleştirilir.
2)Sensörsüz Kontrol
Bu kontrol şekilleri hangi durumda kullanılması gerektiği de önemli bir konudur. Sensörsüz kontrolün en apaçık avantajı ekonomik avantajdır. Bu avantaj hall pozisyon sensörlerinin bulunmamasındandır. Sensörsüz kontrolün birkaç dezavantajı da vardır. Bunlar;
1) Zıt
emk nın algılanabilmesi için motorun belirli bir minimum oranda hareket
etmesi gereklidir,
2)Motor
yükündeki ani değişmeler zıt emk yı etkiler,
3)Zıt
emk gerilimi motorun hızı sınırlı bir aralıkta ise ölçülebilir,
4)Komutasyon
oranı, ideal orandan fazla ise motorun cevabı kesintili olacaktır.
Eğer düşük maliyet öncelikli ise ve düşük hızlı
motor uygulamaları gerekli değilse ve motor yükünün ani değişimi beklenmiyorsa
sensörsüz kontrol daha uygun bir seçim
olabilir.
Ben projemde sensörsüz kontrolü seçtim ve bu konu üzerine çalıştım. Sensörsüz kontrolde rotorun pozisyonu hall effect sensörler olmadan bulunur. Bunun içinde BACK EMF SENSING kullanılır. Bu yöntem ile rotorun pozisyonu hakkında bilgi sahibi olabiliriz. Rotor pozisyon bilgisi o anda sürülmeyen fazın üzerindeki manyetik etki sayesinde bulunur. Komutasyon çemberi(1,2,3,4,5,6 olarak giden 360 derecelik sinyali oluşturan döngü)
süresince BEMF sinyali rotor mıknatısı o kutup üzerinden geçerken oluşur. Her bir elektiriksel dönüş için 6 sıfır geçiş noktası vardır. Üç yükselen, üç alçalan kenar şeklinde oluşur.
Bu şekilde de her sectorde hangi fazların aktif olduğunu ve zero-crossing (sıfır geçiş) olayları görülmektedir. Bu zero-crossing olayları hangi sargıları enerjilendirmemiz gerektiği hakkında bize bilgi verir. Bu geçişleri okuma son derece kritik bir işlemdir. Eğer sıfır geçiş noktalarını okuyarak oluşturacağımız döngü doğru ve hızlı bir şekilde gerçekleşmezse motorun dönüşü mümkün olmaz.
Her sector de, sargılardan biri pozitif
güçte, diğeri negatif güçte enerjilenir ve 3. sargıda enerji bulunmaz. Şu da gözlemlenmelidir ki her 60 derecelik sektörde bir sensör(ya da sıfır geçiş) durumu değişir. Kalıcı
mıknatıslar tarafından üretilen manyetik alan ve stator bobinleri arasındaki
etkileşimden ise tork üretilir. İdealde, 2 alan birbiriyle 90 derece olduğu
zaman maksimum tork üretilir. Motorun çalışmasını sağlamak amacıyla, sargılar
tarafından üretilen manyetik alanın pozisyonu değişmeli ve böylece rotor,
stator alanını yakalamak için hareket etmelidir. Sargıların sırayla
enerjilendirilmesi “6 adım komutasyonu“ olarak da tanımlanabilir. İkinci durum ise motorun hızının nasıl değiştirebileceğidir Motorun sargıları üzerine düşüreceğimiz gerilim ile motorun hızı kontrol edilebilir. Bu da gerilimde pwm ile ayarlanabilir.
Peki yukarıdaki üç faz sistemi oluşturmak için nasıl bir sistem kullanılmalıdır. Bunu bir mosfet dizisine ihtiyaç vardır. Her bir sürücü, bir tanesi yüksek sürücü ve bir tanesi düşük sürücü olmak üzere 2 adet pin gerektirir. Bundan dolayı mikrodenetleyicinin 6 pini, 6 motor sürücü mosfeti kontrol etmek için kullanılabilir.
Bu da yukarıdaki şekil ile olur. Bunun dışında tüm mosfetleri NMOS kullanmamız için bir high and low side driver kullanmamız gereklidir. Bu driverlar IR firmasının ürettiği özel boostrap devrelerdir. IR2101 ve IR2110 kolay bulunabilir ve çok rahatlık ile kullanılabilir. Bu mosfetlerin anahtarlama sırası ise aşağıdaki gibi olmalıdır.
Yukarıdaki şekli Barış Samancının sitesinden aldım. Bu şekilde de her bir sector 60 derecedir. Mosfetlerimizi bu şekilde anahtarlayarak ve yukarıda bahsettiğimiz kontrol şeklini uygulayarak BLDC motorumuzu kontrol edebiliriz.
Umarım yararlı bir makale olmuştur. Makalede ki yanlışlar ve takıldığınız noktalarla alakalı mail atabilirsiniz:)
Herkese iyi çalışmalar...............
(Not: Şekiller MICROCHIP firmasının BLDC motor için hazırladığı uygulama notlarından alınmıştır. Bu notlara bakarak daha ayrıntılı bilgi edinebilirsiniz.)
