Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Отличия коллекторных и бесколлекторных двигателей

Отличия коллекторных и бесколлекторных двигателей

Каждый, кто впервые видел искрящие щетки внутри дрели или болгарки, наверняка задавался вопросом, чем же отличается такой двигатель от других двигателей, например от тех, что стоят в сверлильных станках. Двигатели, установленные в не очень мощных станках, обычно не искрят, и работают они не так шумно, как та же дрель, обладающая меньшей чем станок мощностью.

В чем же дело? Дело в том, что двигатель с щетками — это коллекторный двигатель, а двигатель без щеток — бесколлекторный. Для решения разных задач подойдет свой тип двигателя — где-то лучше подойдет коллекторный, а где-то можно установить только бесколлекторный.

Коллекторный двигатель

Двигатель коллекторный имеет, как правило, всего два провода питания, он прост в управлении, достаточно регулировать постоянное или переменное напряжение питания и обороты станут соответственно меняться. Управлять коллекторным двигателем можно даже при помощи нехитрого диммера. Главное достоинство коллекторного двигателя — высокие обороты (десятки тысяч в минуту) при высоком крутящем моменте.

Принцип работы коллекторного двигателя очень прост. По сути, ротор его представляет собой набор медных рамок в магнитопроводе, которые поочередно коммутируются к источнику питания на коллекторно-щеточном узле. Статор может быть как из постоянных магнитов, так и с обмоткой, питаемой от того же источника, что и ротор, или от отдельного источника, а иногда статор и ротор включены в единую последовательную цепь (как например двигатели стиральных машинок-автоматов).

На каждую из секций обмотки ротора, через коллекторно-щеточный узел, поочередно, в процессе вращения ротора, подается электрический ток, в результате ротор перемагничивается, приобретая четко выраженные северный и южный магнитные полюсы, благодаря которым и происходит вращение ротора внутри статора (полюсы ротора выталкиваются полюсами статора, затем ротор дальше перемагничивается и вновь выталкивается). Поскольку ротор каждый раз коммутируется к источнику питания очередной секцией, вращение не останавливается, пока на коллектор подается питание.

Основной недостаток коллекторного двигателя

Обороты коллекторного двигателя очень удобно регулировать, но когда они достаточно высоки, щетки дают о себе знать. Поскольку щетки все время плотно прилегают к коллектору, на высоких оборотах они быстро изнашиваются, со временем так или иначе засоряются, и в конце концов начинают искрить.

Износ щеток, и вообще коллекторно-щеточного узла, ведет к снижению эффективности коллекторного двигателя. Таким образом, сам коллекторно-щеточный узел — это и есть главный недостаток коллекторных двигателей. Сегодня от коллекторных двигателей стараются отказываться в пользу бесщеточных шаговых.

Бесколлекторный (бесщеточный) двигатель

У бесколлекторного двигателя нет ни коллектора, ни щеток. Простейший пример бесколлекторного двигателя — асинхронный трехфазный двигатель с ротором типа «беличья клетка». Еще один пример бесколлекторного двигателя — более современный — шаговый двигатель с магнитным ротором. Обмотки статора бесколлекторного двигателя сами перемагничиваются так, чтобы ротор все время разворачивался и непрерывно таким образом вращался.

Чаще всего современные бесколлекторные двигатели оснащаются датчиком положения ротора, по сигналам с которого работает регулятор скорости вращения двигателя. Сигнал с датчика положения ротора передается на процессор более 100 раз в секунду, в результате получается точное позиционирование ротора и высокий крутящий момент. Бывают, конечно, бесколлекторные двигатели и без датчика положения ротора, яркий пример — тот же асинхронный трехфазный мотор. Моторы без датчика положения стоят дешевле чем с датчиком.

Достоинства бесколлекторных двигателей

Поскольку ресурс подшипников ротора крайне велик, можно сказать, что в бесколлекторном двигателе практически отсутствуют изнашиваемые со временем детали, и он вообще не требует обслуживания в процессе эксплуатации. Здесь сведено к минимуму трение, отсутствует проблема перегрева коллектора, в целом надежность и эффективность бесколлекторных двигателей очень высоки.

Нет искрящих щеток, датчик положения ротора поможет сделать управление точным, — недостатков практически нет, одни достоинства. Разве что цена качественных шаговых двигателей выше чем у коллекторных (плюс драйвер), но это ничто по сравнению с регулярной заменой пружин, щеток и коллекторов у коллекторных двигателей.

Digitrode

цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы

  • Вычислительная техника
    • Микроконтроллеры микропроцессоры
    • ПЛИС
    • Мини-ПК
  • Силовая электроника
  • Датчики
  • Интерфейсы
  • Теория
    • Программирование
    • ТАУ и ЦОС
  • Перспективные технологии
    • 3D печать
    • Робототехника
    • Искусственный интеллект
    • Криптовалюты

Чтение RSS

Чем отличается бесщеточный (бесколлекторный) электродвигатель от щеточного (коллекторного)

Электродвигатели сегодня широко распространены во многих отраслях, в частности в промышленности и робототехнике. Кроме того, существует большой спрос на малые, эффективные электромоторы с высоким и низким крутящим моментом, а также на электродвигатели различных мощностей для автомобильного сектора.

Инженеры, работающие в этих областях, могут выбирать между коллекторными (щеточными) и бесколлекторными (бесщеточными) электродвигателями. Все они работают в соответствии с законом индукции Фарадея, тем не менее, между этими моторами есть ключевые различия, которые могут быть неочевидны для новичков в электроприводе.

Коллекторные и бесколлекторные электродвигатели постоянного тока различаются тем, как электрический ток передается на коммутатор или электромагниты, которые заставляют ротор продолжать вращаться. По сути, в щеточном двигателе ток передается механически через металлические щетки, тогда как в бесколлекторном двигателе ротор поворачивается благодаря электронике, без необходимости физических контактов.

Читать еще:  Что то цокотит в двигателе на приоре

Электродвигатели постоянного тока функционируют посредством создания магнитных полей, притяжение и противодействие которых поддерживают центральное вращение. В щеточном двигателе фиксированные магниты располагаются с обеих сторон вращающегося электромагнита, один ориентирован на положительный полюс, а другой — на отрицательный. Электромагнит формируется рядом катушек или обмоток (обычно три обмотки, размещенные в равноотстоящих точках вокруг ротора), и называется коммутатором. Когда электрический ток проходит через эти обмотки, они генерируют собственное магнитное поле, которое отталкивается и притягивается к магнитным полям, генерируемым фиксированными магнитами. Ток передается на обмотки коммутатора металлическими щетками, которые вращаются вместе с ротором. Когда двигатель включен, ток подается на электромагниты, магнитные поля которых отталкиваются одним неподвижным магнитом и притягиваются к другому, заставляя ротор вращаться. Когда ротор вращается, металлические щетки контактируют с каждой обмоткой последовательно, поэтому сопротивление и притяжение между полученными магнитными полями и полями статических магнитов поддерживают вращение электромагнита.

В бесщеточном двигателе постоянного тока позиции фиксированных магнитов и электромагнитных катушек меняются на противоположные. Теперь фиксированные магниты размещаются на роторе, а обмотки размещаются в окружающем его корпусе. Двигатель работает благодаря току, проходящему через каждую обмотку последовательно. Это отталкивает и притягивает поля неподвижных магнитов и поддерживает вращение ротора, к которому они прикреплены. Для работы такого двигателя обмотки коммутатора необходимо синхронизировать с неподвижными магнитами, чтобы поля постоянно находились в оппозиции, а ротор продолжал вращаться. Для этого требуется электронный контроллер или микропроцессор для координации приложения тока к каждой электромагнитной катушке.

Главным преимуществом бесщеточных двигателей является то, что передача тока в коммутатор не является механической. Поскольку коллекторные двигатели зависят от физического контакта металлических щеток с обмотками коммутатора, они подвержены снижению эффективности из-за трения с контактами, а также, как и все механические детали, изнашиваются после длительного периода использования. Поскольку бесщеточные двигатели меньше греются (из-за отсутствия трения), они могут работать на больших скоростях (потому что большое тепло мешает магнитным полям).

Главным преимуществом коллекторных двигателей постоянного тока является то, что они дешевле и проще в конструкции и обслуживании, чем бесколлекторные двигатели, поскольку их механизм менее сложный.

Бесщеточные шуруповерты: плюсы и минусы

С появлением аккумуляторной дрели-шуруповерта выполнять работы по сборке мебели, установке панелей из гипсокартона, а особенно монтажу сайдинга на фасадах зданий, стало намного проще и безопаснее. Аккумуляторный инструмент не имеет мешающего работе электрического шнура питания, который при повреждении изоляции представляет для работающего серьезную опасность.

Бесщеточный шуруповерт

Привычные всем аккумуляторные шуруповерты оснащены коллекторными электродвигателями с переключением тока в обмотках якоря при помощи щеток. Бесщеточные шуруповерты, в отличие от них, комплектуются бесколлекторными электродвигателями. Функции коллекторно-щеточного узла (КШУ) выполняются электронным узлом управления. Разница состоит в том, что он переключает ток в обмотках статора, а не ротора. Якорь же не имеет катушек. Для исключения из конструкции скользящих контактов его магнитное поле создается постоянными магнитами. Момент подачи тока в статорные обмотки определяется при помощи датчиков положения ротора (ДПР), которые работают на основе эффекта Холла.

Импульсы ДПР совместно с сигналом регулятора скорости вращения обрабатываются микропроцессором. Результатом обработки является формирование электрических импульсов, модулированных по ширине. Это так называемый сигнал ШИМ. Результирующая последовательность импульсов подается на усилители тока (инверторы). Их выходы связаны с обмотками статора. Инверторы, в соответствии с выходным сигналами микропроцессорного узла, коммутируют ток в катушках статора. Переменное магнитное поле, вызванное импульсами этого тока, взаимодействуя с постоянным магнитным полем ротора, приводит к вращению якоря.

Достоинства и недостатки электроинструмента без щеток

Плюсами шуруповертов без щеток являются следующие качества:

  1. Простота регулировки частоты вращения. Возможность изменения ее в широких пределах.
  2. Отсутствие коллекторно-щеточного узла. Это исключило возникновение связанных с ним неисправностей и упростило техобслуживание инструмента.
  3. Хорошая переносимость кратковременных перегрузок по крутящему моменту.
  4. Экономный расход энергии. КПД бесщеточных двигателей около 90%.
  5. Более длительная наработка на отказ, чем у инструмента с КШУ.
  6. Отсутствие электрического искрения и, как следствие, безопасность работы во взрывоопасных смесях газов.
  7. Небольшие размеры и вес.
  8. У моделей с реверсом – одинаковая мощность в обоих направлениях вращения.
  9. Отсутствие падения скорости вращения при увеличении нагрузки на патрон.

Из минусов этих инструментов замечен только один. Они несколько дороже своих коллекторных конкурентов.

Какой шуруповерт выбрать

Сравним основные характеристики бесщеточных и коллекторных аккумуляторных дрелей:

  • КПД бесщеточных выше почти в 1,5 раза (90 против 60%). Значит, при одинаковой емкости аккумуляторных батарей бесщеточный будет работать без подзарядки значительно дольше.
  • Среднее время безотказной работы бесщеточных двигателей больше, чем коллекторных.
  • Масса и размеры первых меньше, чем вторых.
Читать еще:  Шевроле круз не работает двигатель печки

Проанализировав достоинства и недостатки аккумуляторных шуруповертов, можно с уверенностью сказать, что модели с бесщеточным двигателем – лучше. Если б стоимость сравниваемых шуруповертов была близка, выбирать следовало бы лучший.

Но преимущества бесщеточных довольно дорого стоят. Вопрос состоит в том, нужны ли они вам за эту разницу в цене.

Есть люди, которые работают исключительно дешевым китайским инструментом. Они объясняют это тем, что вечный инструмент еще не придумали. И любой, даже самый дорогой, когда-нибудь выйдет из строя, тогда нужно будет тратить время и деньги на его ремонт.

Недорогой инструмент до выхода из строя обычно успевает отработать деньги, потраченные на его покупку. Поэтому его не жалко выбросить, недорого купить такой же и опять работать новым. Как говорится, сколько людей – столько и мнений. Выбор за вами!

Чем отличается бесщеточный двигатель от щеточного

Бесщеточный двигатель vs щеточного двигателя

Уже несколько лет мы наблюдаем, как бесщеточный двигатель доминирует в индустрии передовых электродвигателей. Действительно ли имеет значение использовать бесщеточный мотор? Да, конечно. Между ними есть существенная разница.

Давайте посмотрим на основы двигателя постоянного тока. Двигатель постоянного тока — все о магнитах и ​​электромагнетизме.

Противоположно заряженные магниты притягивают друг друга. Основная идея двигателя постоянного тока заключается в том, чтобы удерживать противоположный заряд вращающегося компонента, притянутого к неподвижным магнитам (статору) перед ним, чтобы он генерировал постоянное притяжение. Это движение тяги вперед вызвано физическим поведением электромагнетизма.

Принцип работы мотора

Он основан на том принципе, что, когда токопроводящий проводник помещается в магнитное поле, он испытывает механическую силу, направление которой задается правилом левой руки Флеминга, а его величина определяется
силой, F = BI l ньютон
Где B — магнитное поле / м2.
I — ток в амперах, а
l — длина катушки в метрах.
Сила, ток и магнитное поле находятся в разных направлениях.

Различия в конструкции щеточного и безщеточного двигателя

Щетки внутри электродвигателей используются для подачи тока на обмотки двигателя через контакты коммутатора. Бесщеточный мотор не имеет токоведущих коммутаторов. Поле внутри бесщеточного двигателя переключается через усилитель, запускаемый коммутирующим устройством, таким как оптический датчик.

В щеточном двигателе постоянного тока используется конфигурация витых проволочных катушек, якоря, действующего как двухполюсный электромагнит. Направленность тока меняется дважды за цикл с помощью коммутатора, механического поворотного переключателя. Это облегчает протекание тока через якорь; таким образом, полюса электромагнита тянут и давят на постоянные магниты вдоль внешней стороны двигателя. Затем коммутатор меняет полярность электромагнита якоря, когда его полюса пересекают полюса постоянных магнитов.

В отличие от бесщеточного двигателя, в качестве внешнего ротора используется постоянный магнит. Кроме того, он использует три фазы катушек и специальный датчик, который отслеживает положение ротора. Когда датчик отслеживает положение ротора, он отправляет опорные сигналы на контроллер. Контроллер, в свою очередь, активирует катушки структурированным образом — одна фаза за другой.

Бесщеточный мотор преимущества и недостатки

Бесщеточный мотор гарантирует более длительный срок службы, поскольку на самом деле нет щетки, чтобы его изнашивать. Они могут работать более 1000 часов. Безщеточные моторы более энергоэффективны, чем щеточные.

Однако они изначально стоят дороже, чем щеточные моторы. Вам также необходимо коммутировать устройства, такие как кодировщики и контроллеры.

Щеточный двигатель сильно шумит, тогда как их бесщеточные аналоги менее шумные. Бесщеточный двигатель также предлагает более высокое отношение крутящего момента к весу. Что еще? Нет необходимости иметь дело с ионизирующими искрами от коммутатора и электромагнитными помехами.

В чем разница между коллекторным и бесщёточным электромотором?

Прошло уже несколько лет с того дня, как появились бесщёточные электромоторы и начали вытеснять электрические машины с коллекторным узлом. Сейчас уже можно говорить о доминировании такого привода в аккумуляторном инструменте. Прогресс это, конечно, неплохо, но в чём реальная причина такого превосходства? Можем ли мы продолжать пользоваться традиционным электрифицированным столярным инструментом или он уже бесповоротно устарел? Исходя из опыта применения инструмента с двигателями со щётками и без них, однозначно видно, что между ними есть существенная разница. И результаты работы так же различаются.

Прежде, чем погрузиться в дебри различий между электродвигателем с щёточно-коллекторным узлом и без него, давайте рассмотрим принцип работы электрической машины постоянного тока. Основным элементом её конструкции, обеспечивающим вращение якоря, являются магниты. Их свойство состоит в том, что разноимённые полюса притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Чтобы вал начал вращаться, полюса магнитов, которые находятся друг против друга, должны быть постоянно одинаковы по знаку! Тогда они будут стремиться переместиться к тем, что имеют иной знак заряда. Это выглядит примерно так же, как если бы перед носом осла повесить морковку, до которой он не может дотянуться, но всегда будет пытаться это сделать.

Осталось только решить вопрос о том, что в конструкции электромотора будет играть роль палки, на которой висит морковка перед носом осла. Задача эта весьма сложна, у неё нет простых решений. Основной путь – постоянно менять полярность магнита на роторе электрической машины, оставляя неизменным их на статоре. Щёточно-коллекторный узел производит эту коммутацию механическим путем. А в бесщёточном электродвигателе её выполняет электронная схема.

Читать еще:  Датчик холостого хода дизельного двигателя

Бесщёточный и коллекторный двигатель, в чём разница?

Конструкция коллекторного двигателя состоит из четырёх основных частей:

  • Статора с несколькими постоянными магнитами.
  • Ротора (якоря) с обмоткой.
  • Коллектора – набора изолированных друг от друга пластин, закрепленных на валу якоря.
  • Графитовых щёток.

Постоянные магниты статора создают поле, полюса которого положения не меняют. Катушка якоря становится магнитом при подаче на неё электрического питания, что осуществляется посредством щёток, обладающих электрической проводимостью. В простейшем случае коллектор состоит из двух медных пластин, чаще их делают не менее четырех, но их количество всегда четное!

Все дело в схеме коммутации

Щётки соприкасаются с парой пластин на коллекторном узле, которые припаяны к концам обмотки ротора. При повороте якоря, происходящего по причине притягивания разноименных полюсов ротора и статора, пары меняются местами, а полярность на щётках остается прежней. В результате этого меняется полярность магнитного поля якоря. Процесс повторяется, его результатом является вращение вала электродвигателя.

Если представить процесс образно, то роль морковки играет обмотка ротора, которую коллекторно-щёточный узел (палка) располагает то перед носом, то перед хвостом осла, но так, чтобы он этот процесс видел. Вы можете спросить, почему же тогда движется вал электромотора, а не корпус. Во-первых, всё дело в принципе относительности – магнитному полю без разницы что и относительно чего движется, важен лишь процесс. Во-вторых, есть такие электромоторы, в которых движется деталь, условно называемая статором, а то, что мы привыкли считать валом, остаётся неподвижным.

Электронный коммутатор вместо щёток и коллектора

Бесщёточный электродвигатель можно представить, как вывернутый наизнанку коллекторный. Это позволяет сделать уже упомянутый выше принцип относительности движения. В этой схеме на статоре установлены катушки (соленоиды), полярность магнитного поля которых меняется. А на роторе закреплен постоянный магнит.

Электронная схема коммутации отслеживает положение полюсов ротора и в момент прохождения одного из них через ось магнитного поля статора переключает его полярность. Но в этом не вся ее особенность. Она может сделать ещё кое-что: в тот момент, когда полюс ротора устремился на соединение с ближайшим разноименным на статоре, переключается полярность уже пройденного. В результате якорь получает своеобразный пинок для ускорения движения. Механический коллекторный узел такого действия совершить не может, он только тянет ротор за статором.

Для осла, привлекаемого морковкой на палке, такая схема оборачивается принудительной стимуляцией его интереса несильным «поглаживанием» хворостиной по крупу.

Чем мы платим за электронное управление?

Коллекторный двигатель постоянного тока довольно прост, его изготовление, даже несмотря на то, что электротехническая медь перманентно дорожает, не слишком дорого. В бесщёточном двигателе же присутствует высокотехнологичное устройство – электронный коммутатор, по своим способностям сравнимый с первыми компьютерами на процессорах типа Intel Pentium, имеющих тактовую частоту 133 МГц.

В чем преимущества управления электроникой, выгодно ли это?

Благодаря своей конструкции, бесщёточные электромоторы имеют явные преимущества над коллекторными. В первую очередь из-за отсутствия трущихся частей. Ведь щётка, через которую передаётся электрический ток на катушку якоря, имеет вполне реальный коэффициент трения. А он является причиной нагрева. Попробуйте покататься на велосипеде с зажатым тормозом, и вы поймёте, о чем идёт речь. Захотите сберечь силы – поедете медленнее, попробуете разогнаться – надолго сил не хватит. Еще и почувствуете запах сгоревших колодок. Так что бесщёточный двигатель тратит меньше энергии на вращение, он почти не нагревается, а «волшебный пендель» от уже пройденного соленоида на статоре добавляет ему порцию вращающего момента.

Дополнительно неприятной особенностью угольных (графитовых) щёток является то, что они не только изнашиваются, но ещё и искрят во время работы. Постоянно существующая необходимость следить за их состоянием и опасность работы в присутствие легковоспламеняющихся паров – вот плата за относительную простоту конструкции.

Несмотря на присутствие микроконтроллера, габариты ротора и статора можно уменьшить. Благодаря чему снижается вес и размер инструмента. Вот почему на рынке электрифицированного инструмента сейчас так много моделей, выглядящих легко и изящно, при этом обладающих огромной мощностью.

Бесщёточный электромотор – срок службы и возможностей больше

Перечисленные выше преимущества бесщёточного электродвигателя значительно увеличивают срок службы инструмента. Несмотря на то, что гарантийный срок работы производителем указан тот же, что и у моделей с щёточно-коллекторным узлом, реальный «моторесурс» гораздо больше. Инструмент может безаварийно работать ещё и годы спустя после истечения гарантии.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector