Menjinakkan Guncangan: Panduan untuk Mengatasi Torsi dan Riak Torsi

Saya telah menggunakan motor selama bertahun-tahun. Berdasarkan pengalaman saya, saya menemukan bahwa tidak semua torsi itu sama. Anda mungkin memiliki motor yang terlihat memiliki tenaga yang cukup. Tetapi motor tersebut dapat bergetar, mengeluarkan suara, atau tidak bergerak selancar yang Anda inginkan. Dua hal yang sering menyebabkan masalah ini: torsi cogging dan riak torsi. Saya ingin berbagi apa yang telah saya pelajari tentang kedua masalah ini. Dalam artikel ini, saya akan berbicara tentang apa itu. Saya juga akan berbicara tentang mengapa hal itu terjadi dan apa yang dapat Anda lakukan untuk memperbaikinya. Artikel ini cocok untuk Anda jika Anda ingin sistem motor Anda bekerja tanpa guncangan.

Apa Alasan Utama Torsi Cogging pada Motor?

Saya ingat saat pertama kali memegang motor DC brushless kecil. Saya memutar porosnya dengan tangan saya. Saya merasakan perasaan yang aneh dan bergelombang. Rasanya seperti rotor ingin berbunyi klik pada titik-titik tertentu. Perasaan itu, teman-teman, adalah torsi cogging. Ini adalah torsi klik yang dapat Anda rasakan bahkan ketika motor tidak memiliki daya. Efek ini terjadi karena cara magnet permanen pada rotor dan bagian baja stator bekerja bersama.

Anda dapat memikirkannya dengan cara ini. Magnet permanen pada rotor selalu bekerja. Mereka memiliki medan magnet yang kuat. Stator terbuat dari bahan yang ditarik oleh medan magnet. Magnet ingin mengambil jalur yang paling mudah. Jalur ini mengarah langsung ke gigi stator. Gaya tarik menarik ini membuat bagian-bagiannya berbaris dalam posisi alami. Ketika Anda mencoba memutar rotor, Anda perlu menggunakan sejumlah tenaga untuk menarik magnet menjauhi gigi stator. Ini adalah torsi cogging. Perasaan bergelombang ini adalah bagian normal dari cara kerja desain motor. Inilah sebabnya mengapa Anda membutuhkan sejumlah torsi hanya untuk membuat rotor mulai bergerak dari posisi diam.

Bagaimana Rotor dan Stator Bekerja Bersama-sama Menciptakan Riak Torsi?

Selanjutnya, mari kita bahas tentang riak torsi. Ini mungkin terasa sangat mirip dengan torsi cogging, tetapi berbeda. Hal ini terjadi ketika motor dihidupkan dan berjalan. Torque ripple adalah perubahan torsi yang terjadi saat poros motor berputar. Motor yang menghasilkan torsi yang tidak merata disebabkan oleh beberapa hal. Alasan utamanya adalah interaksi magnetik yang sama yang kita bicarakan dengan torsi cogging. Magnet rotor masih ditarik ke arah gigi stator. Tarikan ini menciptakan torsi riak.

Tetapi ada alasan besar lain yang terjadi ketika kita menyalakan motor. Arus listrik yang melewati belitan stator membuat medan magnetnya sendiri. Motor menghasilkan torsi dari cara medan ini dan medan dari magnet permanen rotor bekerja bersama. Bentuk bagian stator dan belitannya tidak sempurna. Karena itu, cara mereka bekerja bersama tidak mulus sempurna. Saat rotor berputar, cara kedua medan magnet berbaris terus berubah. Hal ini membuat torsi naik dan turun. Inilah yang menciptakan riak torsi. Sistem kontrol motor yang baik akan mencoba menangani riak torsi ini.

Mengapa Anda Mungkin Merasakan Torsi Cogging Bahkan Ketika Motor Dimatikan?

Ini adalah pertanyaan yang sangat bagus. Ini membantu menjelaskan apa sebenarnya torsi cogging itu. Seperti yang saya katakan sebelumnya, Anda bisa merasakan torsi cogging tanpa ada daya yang masuk ke motor. Ini adalah hal fisik yang terjadi karena magnet. Magnet permanen pada rotor selalu menyala. Medan magnetnya selalu ada. Inti stator memiliki bagian yang menonjol, yang disebut gigi. Bagian-bagian ini memberikan fluks magnet sebuah jalur untuk diikuti.

Medan magnet selalu mencari jalur yang paling mudah. Ini berarti menyusun magnet rotor tepat di sebelah gigi stator. Ini menciptakan tarikan yang sangat kuat. Hal ini juga membuat posisi istirahat yang stabil. Ketika Anda memutar poros, Anda melawan gaya magnet ini. Anda harus memberikan torsi agar magnet terlepas dari satu gigi dan berpindah ke gigi berikutnya. Inilah sebabnya mengapa terasa "bergelombang" atau seperti berbunyi klik. Ini adalah perilaku alami untuk setiap motor yang memiliki magnet permanen dan stator berlubang. Ini adalah akibat langsung dari bagaimana motor dibuat. Setiap motor jenis ini akan menunjukkan torsi cogging.

Apa Perbedaan Sebenarnya Antara Torsi Cogging dan Riak Torsi?

Saya sering melihat orang menggunakan kata torsi cogging dan torsi ripple seakan-akan keduanya memiliki arti yang sama. Keduanya memang berhubungan, tetapi tidak sama. Menurut saya, dengan menempatkannya dalam tabel, akan membantu untuk melihat perbedaannya secara lebih jelas.

Jadi, Anda bisa melihat torsi cogging sebagai salah satu bagian dari teka-teki. Ini membantu menciptakan riak torsi. Ketika motor berjalan, Anda merasakan riak torsi total. Ini adalah campuran dari torsi cogging dan riak dari cara kita mengalirkan arus. Jadi, ketika arus mengalir, riak torsi adalah apa yang Anda coba kendalikan. Torsi cogging menciptakan tingkat perubahan dasar yang kemudian harus dicoba untuk dihaluskan oleh kontrol motor. Ada kemungkinan motor memiliki torsi cogging yang rendah. Tetapi masih bisa memiliki banyak riak torsi jika sistem kontrol tidak diatur dengan baik.

Bagaimana Desain Motor Mengubah Kekuatan yang Tidak Diinginkan Ini?

Desain motor adalah bagian terpenting dalam menentukan seberapa besar torsi cogging yang dimilikinya. Saya telah menyaksikan para insinyur bekerja berjam-jam dalam hal ini. Jumlah torsi cogging tergantung pada jumlah slot stator dan kutub magnet pada rotor. Membuat perubahan pada angka-angka ini dapat membuat perbedaan besar. Metode lain yang sering digunakan adalah dengan memiringkan laminasi stator atau magnet rotor. Alih-alih lurus, slot stator atau magnet diletakkan pada sudut yang kecil. Hal ini membuat perubahan tarikan magnet lebih bertahap saat rotor berputar. Hal ini membantu memperhalus efek penahanan.

Untuk riak torsi, desain motor juga sangat penting. Bentuk magnet permanen dapat dibuat lebih baik. Cara belitan ditempatkan di slot stator juga membuat perbedaan besar. Pengaturan belitan yang baik dapat membantu membuat medan magnet yang lebih halus ketika arus menyala. Tujuan perancang motor adalah membuat motor yang menghasilkan torsi sekonstan mungkin. Hal ini membuat pekerjaan sistem kontrol motor menjadi lebih sederhana. Bahkan bahan laminasi stator dapat mempengaruhi medan magnet dan torsi riak yang terjadi.

Dapatkah Anda Mengontrol Riak Torsi Menggunakan Penggerak Motor?

Ya, Anda bisa. Di sinilah metode kontrol motor baru sangat membantu. Setelah Anda memiliki motor fisik, Anda tidak dapat mengubah torsi cogging bawaannya. Tetapi Anda dapat melakukan banyak hal untuk menurunkan riak torsi total. Penggerak motor seperti otak elektronik. Ia memberi tahu motor apa yang harus dilakukan. Ini mengontrol arus yang masuk ke belitan stator. Dengan membentuk arus ini secara hati-hati, penggerak dapat meniadakan variasi torsi.

Metode kontrol cerdas dapat mempelajari pola riak torsi motor. Sistem kontrol mengetahui bahwa pada posisi rotor tertentu, motor akan mengalami penurunan torsi. Jadi, sistem ini mengirimkan sedikit arus ekstra pada saat itu juga untuk mengimbanginya. Kemudian, ketika motor berada di titik di mana ia membuat puncak torsi, sistem kontrol menurunkan arus sedikit saja. Hal ini membutuhkan informasi yang sangat tepat pada posisi rotor dan putaran pemrosesan yang cepat. Penggerak berteknologi tinggi dapat menurunkan riak torsi secara signifikan, terkadang lebih dari 90 persen. Ini adalah target untuk banyak sistem yang harus sangat tepat.

Pada Kecepatan Berapa Riak Torsi Berubah Menjadi Masalah yang Lebih Besar?

Ini adalah pertanyaan yang sangat menarik. Anda mungkin berpikir bahwa riak torsi selalu buruk. Tetapi efeknya benar-benar tergantung pada kecepatan motor. Pada kecepatan yang sangat rendah, riak torsi mudah terlihat. Bayangkan sebuah lengan robot yang mencoba melakukan gerakan yang sangat lambat dan halus. Setiap fluktuasi torsi akan membuatnya bergerak secara tersendat-sendat. Dalam situasi ini, torsi cogging dan torsi riak adalah masalah besar. Anda memerlukan motor dan sistem kontrol yang dibuat untuk pengoperasian yang mulus pada kecepatan rendah.

Tetapi pada kecepatan tinggi, efek riak torsi tidak terlalu mengkhawatirkan. Kecenderungan rotor dan bebannya untuk terus bergerak membantu memperlancar segalanya. Motor berputar sangat cepat sehingga perubahan torsi yang kecil dan cepat tidak memiliki cukup waktu untuk membuat perubahan besar dalam kecepatan. Gerakan maju sistem itu sendiri bertindak seperti filter. Namun demikian, bahkan pada kecepatan tinggi, riak torsi bisa menyebabkan masalah yang tidak diinginkan, seperti guncangan dan kebisingan. Jadi, gerakannya mungkin terlihat mulus. Namun, riak torsi yang terjadi di bawahnya masih dapat menyebabkan tekanan pada motor dan seluruh sistem. Kecepatan motor di mana riak torsi menjadi masalah, bergantung pada penggunaan spesifiknya.

Masalah Seperti Apa yang Menyebabkan Torsi Tidak Rata?

Apabila saya membuat sistem baru, saya selalu harus memikirkan hasil riak torsi. Masalahnya bisa berupa hal-hal kecil yang mengganggu. Atau bisa juga hal-hal besar yang menyebabkan seluruh sistem gagal. Masalah yang paling umum adalah guncangan dan kebisingan. Perubahan torsi yang konstan dapat membuat seluruh motor dan bagian-bagian yang terhubung dengannya bergetar. Anda sering mendengarnya sebagai suara dengungan atau dengungan. Hal ini akan semakin memburuk saat kecepatan motor naik atau turun.

Pada sistem yang perlu lebih presisi, hasilnya lebih buruk.

• Tidak Berhenti di Tempat yang Tepat: Pada robot atau mesin pemotong, riak torsi bisa membuat motor tidak berhenti pada posisi target yang tepat. Hal ini membuatnya kurang akurat.
• Kontrol Kecepatan yang Buruk: Untuk sistem yang membutuhkan kecepatan yang sangat konstan, riak torsi adalah masalah yang sangat besar. Ini menciptakan perubahan kecil dalam kecepatan, kadang-kadang disebut "riak kecepatan". Hal ini tidak baik untuk hal-hal seperti pemindai, printer, atau pemutar rekaman.
• Memakai Suku Cadang: Guncangan konstan dari torsi riak dapat membuat bantalan dan bagian mesin lain dari sistem lebih cepat aus. Hal ini dapat menyebabkan stres dan kerusakan dalam waktu yang lama. Motor dengan riak torsi tinggi akan membutuhkan sistem kontrol yang lebih sulit dan mahal untuk mendapatkan respons yang mulus.

Bagaimana Magnet Permanen Mempengaruhi Perilaku Ini?

Magnet permanen adalah bagian yang sangat penting dari topik ini, terutama untuk motor DC tanpa sikat. Motor ini sangat bertenaga dan menggunakan lebih sedikit energi karena medan magnet yang kuat dari magnet jenis baru. Tetapi medan kuat yang sama itulah yang membuat torsi cogging terjadi. Kekuatan, atau kerapatan fluks, magnet memiliki pengaruh langsung pada seberapa kuat torsi cogging. Motor yang memiliki magnet yang lebih kuat biasanya akan memiliki jumlah torsi cogging yang lebih tinggi.

Bentuk magnet permanen dan di mana magnet tersebut ditempatkan pada rotor juga merupakan bagian yang sangat penting dari desain motor. Desainer dapat membentuk magnet untuk membuat medan magnet lebih halus. Hal ini membantu menurunkan torsi cogging dan riak torsi. Misalnya, alih-alih magnet persegi sederhana, mereka mungkin menggunakan bentuk yang lebih bulat. Cara pemasangan magnet di sekitar rotor juga dapat digunakan. Misalnya, pengaturan khusus dapat memfokuskan medan magnet di satu sisi dan membuatnya lebih lemah di sisi lain. Ini adalah alat lain untuk membuat motor bekerja lebih baik dan mengurangi variasi torsi yang tidak diinginkan. Jenis motor penting, karena tidak semua motor menggunakan magnet permanen dengan cara yang sama.

Apa Saja Cara Terbaik untuk Menurunkan Torsi Cogging dan Torsi Riak?

Saya menemukan bahwa untuk memperbaiki masalah ini, diperlukan cara yang dapat menyelesaikan masalah dalam dua langkah. Anda harus membuat motor menjadi lebih baik, dan Anda harus menggunakan metode kontrol yang lebih cerdas. Anda tidak bisa hanya memperbaikinya dengan program komputer jika motor memiliki torsi cogging yang sangat tinggi sejak awal. Ini semua tentang desain sistem yang baik.

Pertama, Anda harus memilih motor yang tepat. Jika pekerjaan Anda membutuhkan gerakan yang sangat halus pada kecepatan rendah, Anda harus menemukan motor yang dibuat untuk memiliki torsi cogging yang rendah. Ini bisa berarti motor yang "tanpa inti" atau "tanpa celah". Pada motor ini, tidak ada gigi stator untuk menarik magnet. Atau, bisa juga motor dengan laminasi stator yang miring, lebih banyak kutub, atau magnet dengan bentuk khusus. Fitur-fitur ini membantu mengatasi penyebab fisik dari masalah tersebut. Motor standar mungkin lebih murah, tetapi mungkin bukan motor yang tepat untuk pekerjaan itu.

Kedua, Anda perlu menerapkan kontrol cerdas. Drive baru dengan prosesor cepat dapat menggunakan instruksi khusus untuk secara aktif menghilangkan riak torsi. Hal ini biasanya membutuhkan perangkat untuk umpan balik, seperti encoder. Bagian ini memberi tahu loop kontrol posisi rotor yang tepat. Dengan pengetahuan ini, drive dapat mengubah arus ratusan atau ribuan kali setiap detik. Hal ini dilakukan untuk memperhalus torsi. Menggunakan motor yang baik dan penggerak yang cerdas secara bersamaan memberi Anda peluang terbaik untuk mendapatkan gerakan yang mulus, kontinu, dan tepat.

Hal-hal Penting yang Dapat Dipetik

Setelah bertahun-tahun bekerja dengan setiap jenis motor yang dapat Anda bayangkan, berikut ini adalah hal-hal terpenting yang saya yakini harus Anda ingat tentang torsi cogging dan riak torsi:

• Cogging Torque adalah torsi klik magnetik. Anda dapat merasakannya ketika motor tidak memiliki daya. Hal ini disebabkan oleh daya tarik antara magnet permanen rotor dan gigi stator.
• Riak Torsi adalah perubahan naik dan turunnya torsi saat motor menyala. Ini adalah campuran dari torsi cogging dan riak yang berasal dari bagaimana arus dikirim ke belitan motor.
• Anda tidak dapat menghilangkan torsi cogging dengan program kontrol. Tetapi Anda dapat memilih motor yang didesain untuk mengurangi torsi tersebut. Laminasi miring dan desain tanpa slot adalah dua cara untuk melakukannya.
• Anda dapat melawan riak torsi dengan penggerak motor yang cerdas. Metode kontrol berteknologi tinggi dapat membentuk arus untuk meniadakan perubahan torsi. Tetapi hal ini membutuhkan informasi posisi yang tepat.
• Masalah dari riak torsi paling terlihat pada kecepatan rendah. Pada rpm yang lebih tinggi, gerakan motor sendiri membantu menghaluskan segalanya. Tetapi guncangan dan kebisingan masih bisa menjadi masalah.