Motor DC berberus tradisional (biasa digunakan dalam mainan elektrik dan kipas) bergantung pada sentuhan gelongsor mekanikal antara berus pegun dan komutator berputar. Ini secara automatik menukar arah arus dalam lilitan rotor semasa ia berputar, menghasilkan tork elektromagnet yang berterusan.
Stator adalah pegun. Dalam motor DC mudah, ia terdiri daripada magnet kekal pada kedua-dua belah selongsong (kutub N/merah di sebelah kiri, kutub S/biru di sebelah kanan), menghasilkan medan magnet mendatar yang menghala dari kiri ke kanan.
Rotor ialah pemasangan berputar di tengah, dibalut dengan lilitan wayar kuprum. Apabila ditenagakan, lilitan ini bertindak sebagai elektromagnet. Kutub magnetnya berinteraksi dengan magnet stator ("kutub yang sama menolak, kutub bertentangan menarik"), memacu rotor untuk berputar.
Dua segmen komutator kuprum separuh bulatan pada aci bersambung ke hujung gegelung. Dua berus karbon pegun pada kedua-dua belah bersambung ke sumber kuasa DC. Apabila rotor berputar, segmen komutator bergantian menyentuh berus, secara automatik membalikkan arah arus gegelung apabila ia melepasi titik mati menegak untuk mengekalkan putaran berterusan!
Dalam model interaktif ini, bahagian kiri memaparkan keratan rentas fizikal motor DC berberus, dan bahagian kanan menunjukkan litar sambungannya. Apabila motor disambungkan kepada kuasa DC, arus mengalir melalui berus pegun to dalam lilitan rotor, mewujudkan tork elektromagnet. Rotor berputar di bawah tarikan magnet. Setiap kali rotor berputar 180° dan melepasi garisan tengah, jurang antara segmen komutator melintasi berus, membalikkan kekutuban arus yang mengalir ke dalam lilitan. Ini memastikan arah tork kekal konsisten sepanjang putaran.
Memuatkan...
| Langkah | Sudut Rotor | Sentuhan Berus (+) | Sentuhan Berus (-) | Tork Elektromagnet | Arus Gegelung |
|---|
Komutator ialah satu set segmen sentuhan kuprum (dua segmen dalam model ringkas ini) yang dipasang pada aci rotor, berputar bersamanya. Berus ialah blok karbon pegun yang dipegang pada komutator oleh spring. Apabila rotor berputar, berus menyentuh segmen berbeza secara bergantian. Memandangkan satu berus adalah positif dan satu lagi negatif, arah arus melalui lilitan berbalik secara mekanikal setiap kali rotor melepasi titik tengah menegak. Ini memastikan kutub magnet rotor sentiasa menolak dan menarik magnet stator dengan cara yang menghasilkan tork mengikut arah jam yang berterusan.
Ini adalah kelebihan terbesar motor DC berberus! Komutasi dikendalikan sepenuhnya secara mekanikal oleh antara muka berus-komutator yang bertindak sebagai suis fizikal. Hanya menggunakan voltan DC ke terminal menjadikan motor berjalan secara berterusan. Ia tidak memerlukan pengawal mikro (MCU), cip pemacu (MOSFET), atau algoritma penderiaan kedudukan rotor, menjadikan sistem ini sangat murah dan mudah.
Terdapat tiga kelemahan utama:
• Keausan berus dan jangka hayat yang singkat: Geseran gelongsor yang berterusan antara berus dan komutator menyebabkan berus karbon haus dari semasa ke semasa, memerlukan penyelenggaraan atau penggantian biasa.
• Pancaran arka dan gangguan elektromagnet (EMI): Apabila berus menukar sentuhan, pancaran arka elektrik berlaku disebabkan oleh kearuhan gegelung. Ini mewujudkan percikan api kecil (tidak sesuai untuk persekitaran mudah meletup) dan menghasilkan bunyi elektrik yang ketara yang mengganggu elektronik berhampiran.
• Peleraian haba dan kecekapan yang lemah: Lilitan penjana haba berada pada rotor yang berputar, menjadikannya sukar untuk memindahkan haba secara langsung ke selongsong luar, yang mengehadkan ketumpatan kuasa motor.
Prinsip asasnya adalah sama. Walau bagaimanapun, untuk mengelakkan motor daripada tersangkut pada titik mati menegak 90° (di mana ia tidak boleh bermula dari kedudukan pegun), motor mainan praktikal biasanya menggunakan rotor 3-kutub (tiga gigi teras dan tiga segmen komutator). Reka bentuk ini memastikan sekurang-kurangnya dua fasa sentiasa ditenagakan pada mana-mana sudut tertentu, membolehkan motor dimulakan sendiri secara dipercayai dari sebarang kedudukan statik dan berjalan dengan tork yang lebih lancar dan sekata.