Коллекторный и бесколлекторный двигатель отличия: Чем отличается коллекторный двигатель от бесколлекторного?

В современных электроприборах может применяться коллекторный и бесколлекторный двигатель, отличия которых заключаются в конструкции.

Содержание

• 1 Устройство коллекторного мотора
  • 1.1 Преимущества и недостатки
• 2 Особенности конструкции бесколлекторных двигателей
  • 2.1 Преимущества и недостатки
• 3 Сравнение типов двигателей

Электродвигателем называется узел, преобразующий электрическую энергию в механическую. Тип конструкции каждого мотора спроектирован с учетом потребностей того или иного оборудования.

Различные механизмы и автоматические системы прочно вошли в жизнь человека. Питаемые электроэнергией, приборы и агрегаты используют для работы один из типов главного узла, которым может быть коллекторный и бесколлекторный двигатель. Отличия этих устройств по большей части заключаются в конструкции и особенностях эксплуатации, проистекающие из этих особенностей сборки.

Определить, какой двигатель в конкретном случае будет лучше, можно путем изучения свойств прибора-потребителя. Также поможет прямое сравнение технических характеристик разных моделей двигателей. Например, если нужно установить мотор в систему с низкой нагрузкой и высокой скоростью вращения, подойдет коллекторный двигатель в конфигурации для переменного тока. Это может быть питание радиоуправляемой модели или маломощный бытовой прибор. Большинство современных систем используют преимущества бесколлекторного двигателя.

Устройство коллекторного мотора

В данных устройствах роторный датчик и переключатель тока представлены одним узлом. Выбирая, коллекторный или бесколлекторный двигатель ставить в прибор, стоит помнить, что через коллекторный узел обеспечивается более качественное соединение электрических цепей внутри мотора. Это основное, чем отличается коллекторный двигатель от бесколлекторного.

Эти электроприводы являются простыми в использовании и техническом обслуживании. Однако у них есть особенность: при сравнительно низком весе они выдают большой КПД, что накладывает необходимость в использовании редуктора, так как уровень быстроходности мешает нормальной работе. Попытка снизить скорость вращения ротора приведет к потере производительности. Кроме того, на малых оборотах этот мотор начнет перегреваться. Если это недопустимо, рекомендуется замена коллекторного двигателя на бесколлекторный для повышения эффективности работы агрегата.

Чтобы понять, чем отличаются коллекторные двигатели от бесколлекторных, зачастую достаточно обратить внимание на сферу использования. Коллекторный мотор можно встретить повсюду, где применяются электроинструменты, бытовые приборы с большой скоростью вращения и бытовая техника. Стабильно функционируя как на переменном, так и постоянном токе, коллекторный двигатель обеспечивает небольшой прирост массы агрегата и не занимает много места в корпусе.

Простейший двигатель коллекторного типа состоит из нескольких базовых компонентов:

• трехполюсный ротор, установленный в корпусе посредством подшипников скольжения особой конструкции;
• двухполюсный статор, относящийся к категории оснащенных постоянными магнитами.
  Эти элементы имеют изогнутую форму и соответствуют конфигурации статора;
• медные пластины играют роль щеток в компактных моделях коллекторных двигателей. Как правило, в большинстве разновидностей щетки выполняются из графита.

Эти три составные части являются основой концепции двигателя с минимальными мощностными характеристиками (обычно используются в детских игрушках). Более производительные вариации, такие как в электроинструменте, включают в себя:

• коллектор;
• якорь;
• индуктор;
• статор и ротор с увеличенным числом полюсов и пр.

Коллекторные и бесколлекторные двигатели могут иметь измененную конструкцию в зависимости от поставленных перед ними задач. При этом принцип их действия остается прежним; меняются только выходные характеристики. Определить, в чем разница между ними, можно путем изучения условий эксплуатации, а также свойств источника энергии и характера нагрузки.

Преимущества и недостатки

Несмотря на свою распространенность и универсальность, применение коллекторного двигателя обосновано не всегда. Иногда более рациональным выбором станет именно бесколлекторный узел запуска.

Выгодные стороны коллекторных моторов:

• пусковой ток может иметь малую силу и напряжение, что незаменимо в бытовой технике, которая не может создавать мощные импульсы;
• есть возможность подключения двигателя непосредственно к источнику энергии, в роли которого выступает общая сеть. При этом нет потребности в использовании частотного преобразователя и другой периферии;
• быстроходность;
• работа на постоянном или переменном токе;
• совместимость с различными схемами управления вращением.

Чаще всего коллекторный мотор кажется полностью универсальным, однако у него есть и недостатки:

• эти двигатели не отличаются надежностью из-за наличия компонентов, подверженных быстрому расходу своей прочности: например, постоянно прилегающие к коллектору щетки на высоких скоростях могут начать искрить и оставлять продукты износа;
• малая продолжительность работы между сеансами технического обслуживания;
• производительность всегда является сниженной в отличие от бесколлекторного двигателя. Это происходит из-за индукционных явлений в моторе и расхода энергии для перемагничивания обмоток статора;
• крутящий момент остается сравнительно низким даже в современных моделях, что бывает критично для работы электроинструментов.

Коллекторным двигателем удобно управлять, задавая обороты до 10 тысяч в минуту. Однако бесколлекторные разновидности также могут предложить ряд выгодных преимуществ.

Особенности конструкции бесколлекторных двигателей

Сравнение двух конкурирующих концепций позволяет заметить, что по своей сути коллекторная и бесколлекторная конструкции полностью друг от друга отличаются. Разница прослеживается уже при изучении внутреннего устройства:

• отсутствуют щетки и коллектор – главные детали в коллекторном двигателе;
• магниты расположены вокруг вала, взяв на себя функции и задачи ротора;
• оснащенная магнитными полюсами обмотка находится вокруг роторной системы;
• ротор оборудован датчиком положения вала, который связан с управляющим процессором.

Бесколлекторный двигатель имеет несколько периферийных электронных систем, облегчающих управление работой и контролем состояния. Центральным узлом является процессор, который работает параллельно с системой изменения скорости и обменивается с ним информацией примерно 100 раз за минуту. Эта связка позволяет обеспечить более плавную работу мотора с одновременным извлечением максимального КПД.

При этом наличие второстепенных электросетей не является обязательным. Бесколлекторный двигатель не потеряет работоспособности при отключении массива датчиков и управляющих систем. Однако выведение из строя периферии негативно отразится на общем уровне производительности.

Чтобы определить наличие датчика положения ротора, нужно обратить внимание на количество питающих проводов. В стандартной конструкции их должно быть три; если присутствует сенсор, к трем основным линиям добавится шлейф, собранный из тонкой проводки и идущий от двигателя к регулятору вращения.

Преимущества и недостатки

Отсутствие щеток позиционирует эти двигатели как практически неспособные изнашиваться.

Подверженными износу точками остаются подшипники, однако их замена проводится достаточно редко, а при установке усиленной модели срок эксплуатации дополнительно увеличится. Наличие датчика положения вала повышает точность управления работой двигателя и его производительность.

Щеточный массив, используемый в коллекторных двигателях, генерирует большие объемы продуктов износа, что влияет на уровень создаваемых при работе помех, а также увеличивает степень искрения. Конструкция бесколлекторного мотора эффективно устраняет эти проблемы.

В процессе работы под нагрузкой бесколлекторный электродвигатель не создает повышенное трение деталей, отсутствует риск перегрузки узлов, что является весомым преимуществом. В конструкции нет легко изнашивающихся компонентов, что позволяет проводить техническое обслуживание не чаще, чем предписано производителем двигателя.

Единственный наблюдаемый недостаток – ощутимая стоимость бесколлекторного мотора. Однако стоит принимать во внимание отсутствие потребности в частой замене отдельных деталей, таких как коллектор, щетки, пружины либо якорь целиком. Поэтому данный недостаток является условным.

Сравнение типов двигателей

Оборудованные коллектором движущие агрегаты повсеместно применяются в изготовлении игрушек, а также автомобилестроении, производстве бытовой техники и электрического инструментария. Это обусловлено следующим:

• низкая стоимость;
• легкость управления вращением;
• адаптация к непосредственному подключению в сеть;
• широкий диапазон скоростей;
• запуск на малом импульсе.

Кажущаяся несложной эксплуатация характерна также рядом недочетов:

• общая ненадежность двигателя;
• потребность в частом техническом вмешательстве, в частности замене быстро изнашивающихся деталей;
• малый срок эксплуатации до полной замены двигателя;
• низкая производительность.

Выгодные стороны установки в агрегат бесколлекторного двигателя превосходят таковые у конкурента, оснащенного щетками:

• крайне быстрый разгон;
• применение в агрессивной среде ввиду отсутствия источника искр;
• значительно больший срок службы;
• корпус двигателя может быть рабочим органом;
• минимальные потери мощности.

Что касается недостатков бесколлекторного двигателя, здесь их всего два – высокая цена и необходимость применения второстепенных систем для подключения и управления, таких как драйверы-коммутаторы. Эти устройства меняют скорость, направление вращения и общий режим работы.

В чем разница между коллекторным и бесколлекторным мотором?

27 августа 2021

3007 заинтересовались

Статью подготовила

Катерина Помазан

Контент-менеджер, управляющая отделом

Радиоуправляемые модели оснащаются двумя типами моторов: электрическими или двигателями внутреннего сгорания. Вторые в последнее время получили меньшее распространение, так как требуют специального ухода и для их работы необходимо топливо.

С электрическими моторами все гораздо проще, им нужен только аккумулятор или одноразовые батарейки. В свою очередь электромоторы делятся на два типа:

• коллекторные,
• бесколлекторные.

Профи отлично знают разницу между этими двумя типами, а вот новички всегда задают вопрос: чем отличается коллекторный двигатель от бесколлекторного? И модель с каким мотором предпочтительнее купить?

Поэтому мы составили краткий ликбез по этим вопросам.

Основные отличия

Принцип работы обоих типов моторов одинаков: необходимость на выходе получить вращение вала. Внутри же они максимально различны, коллекторные оснащаются щеточно-коллекторным узлом, отсюда второе название — щеточные. Состоит двигатель из ротора (коллектор, подвижная часть) и статора (неподвижная часть). С коллектором соприкасаются щетки статора.

Коллектор подводит ток к обмотке ротора, последовательно соединенной с обмоткой статора. Простые двигатели этого типа имеют всего два провода с положительным и отрицательным зарядом, с их помощью мотор подключают к регулятору скорости. Такие двигатели можно запитать напрямую от источника питания (аккумулятора или батареек с допустимым для двигателя напряжением), но без регулятора скорости мотор будет работать на максимальных для такого напряжения оборотах.

Бесколлекторные в свою очередь не имеют щеток, поэтому их еще называют бесщеточными, для их работы необходим трехфазный переменный ток. Поэтому регулятор коллекторного мотора сюда не подойдет. Для подключения этого мотора имеются три провода. Его конструкция сложнее, поэтому и стоимость значительно выше.

Принцип работы существенно отличается — в этом случае статор подвижный, а ротор зафиксированный с трехфазной обмоткой. Именно за переключение обмоток отвечает регулятор.

Преимущества и недостатки коллекторных моторов

В первую очередь принято считать основным преимуществом стоимость таких механизмов, из-за простоты конструкции щеточные двигатели значительно дешевле. Но это не единственное достоинство, кроме дешевизны можно еще отметить: компактность, меньший вес и возможность использовать во влажной среде.

Основной недостаток заключается в низком уровне износоустойчивости. Щеточный механизм имеет ограниченный ресурс и быстро выходит из строя. Под словом “быстро” подразумеваем что по запасу времени работы коллекторные электродвигатели значительно уступают бесколлекторным. Но, при этом, при правильной эксплуатации могут прослужить долгое время.

Достоинства и недостатки бесколлекторных электродвигателей

Если радиоуправляемая модель оснащается бесщеточными моторами, ее стоимость значительно возрастет. Это связано не только с дороговизной самого мотора, но и регулятор для него стоит дороже. Пожалуй, именно стоимость является существенным недостатком.

Основные достоинства:

• высокий уровень надежности (износостойкости),
• большая мощность и тяга,
• большая скорость (частота вращения),
• долговечность.

К тому же бесщеточные моторы, как правило, имеют более надежный корпус закрытого типа, который защищает внутренности от пыли и влаги.

Ликбез по техническим характеристикам

Внешне электромоторы легко различимы, коллекторные более вытянуты и в основном имеют простую цилиндрическую форму с двумя проводами. Бесколлекторные более бочкообразные и имеют три провода для подключения.

Основной параметр для щеточных — это класс. Значение класса состоит из длины корпуса х 10.  Например, моторы 300-го класса имеют длину корпуса 30 мм. Кроме этого может быть указано для модели какого масштаба подходит мотор, его направление вращения и другие параметры.

Бесщеточные электродвигатели тоже имеют свою маркировку, обычно это 4 цифры — диаметр и длина статора. Для примера возьмем электродвигатель iFlight XING2 1806 FPV Motor Unibell (1600KV) 6S для квадрокоптеров. Это бесколлекторный мотор постоянного тока, разработанный для радиоуправляемых FPV квадрокоптеров (можно применять для самолетов). Маркировка 1806 говорит нам о том, что диаметр статора составляет 18 мм, а его длина — 6 мм.

Следующим идет значение количества оборотов двигателя на 1 Вольт напряжения. В данном случае на 1V приходится 1600 об/мин. Это значение достигается без нагрузки. Используя пропеллер или другой элемент, скорость вращения изменится в меньшую сторону.

6S — указывает на максимальное количество элементов (ячеек ) в подключенном литиевом аккумуляторе. Таким образом можно узнать наибольшее рабочее напряжение мотора (номинал: 6 x 3,7v = 22,2v).

В других электродвигателях маркировка может отличаться, встречаются наименования содержащие информацию о количестве витков, например 12T — говорит о том, что на статоре  мотора 12 оборотов проводника (проволоки).

Возможно вы встречали такой набор как 12N14P. Это сокращение обозначает количество магнитов. В данном случае имеется 12 электромагнитов , а цифра 14 указывает на количество постоянных магнитов.

Вращение

Оба типа моторов, как щеточные, так и бесщеточные могут иметь  свое направление вращения. Определить в какую сторону вращается вал можно посмотрев в технические характеристики. Некоторые модели имеют маркировку с указанным направлением вращения. За это обычно отвечают литеры CW и CCW.

Прямое направление обозначается CW, от английского слова Clockwise, что значит — по часовой стрелке. В свою очередь CCW — Counter Clockwise, против часовой стрелки, то есть обратное вращение.

В случае с бесколлекторными моторами, если речь идет о вращении, то это значит что на валу мотора нарезана резьба в определенную сторону. Ведь изменить направления вращения вала можно изменив полярность двух из трех проводов. А резьба левая или правая отвечает за надежное крепление пропеллеров на валу — против движения лопастей, для надежной их фиксации.

Inrunner и Outrunner

Эти два слова скажут вам о схеме двигателя. Inrunner — обмотка расположена по внутренней поверхности корпуса, магнитный ротор вращается внутри. Соответственно, Outrunner — вращается внешняя часть, и внутренняя — стационарна.

Коллекторные (щеточные) моторы имеют схему Inrunner, безколлекторные (бесщеточные) — разные в зависимости от назначения: моторы для квадрокоптеров, самолетов, вертолетов — Outrunner, для автомоделей и катеров — Inrunner.

БК моторы для автомоделей  бывают сенсорными и безсенсорными. В этом случае лучше отдать предпочтение первым, так как они более ровно работают, обеспечивают плавный запуск и разумно используют энергию, но нуждаются в таком же сенсорном регуляторе оборотов и имеют цену выше, чем у безсенсорных.

Вот и все что мы хотели сказать, если у вас остались вопросы всегда можете задать их нашим менеджерам по телефону или написать на нашу почту. Всю информацию для связи найдете в разделе Контакты.

В чем разница между бесщеточным и щеточным двигателем?

Бесщеточные и щеточные двигатели, по существу, выполняют одну и ту же функцию. Они преобразуют электрический ток во вращательное движение.

В то время как коллекторные двигатели доступны уже более 100 лет, бесщеточные двигатели появились в 1960-х годах, когда твердотельная электроника сделала возможным их проектирование. Только в 1980-х годах бесщеточные двигатели стали более распространенными в инструментах и ​​​​электронике. Сегодня обе конструкции используются во всем мире для бесконечных приложений.

Механический и электронный привод

Основное различие между щеточными и бесщеточными двигателями заключается в том, что щеточные двигатели имеют механический привод, а бесщеточные — электронный.

В щеточных двигателях , статор (неподвижная часть) содержит постоянные магниты, а ротор (подвижная часть) содержит электромагниты. Угольные щетки при физическом контакте с коммутатором в роторе передают на него электрическое напряжение. Это напряжение создает электромагнитное поле в роторе. Постоянно меняя полярность магнитного поля через коммутатор, достигается вращательное движение. Конструкция проста, но имеет свои недостатки:

• Меньшая эффективность
• Более горячая
• Меньший срок службы
• Требует больше обслуживания

В бесколлекторных двигателях все наоборот. Ротор содержит постоянные магниты, а статор создает электромагнитное поле. Вместо щеток электронный контроллер создает трехфазный переменный ток, который последовательно питает катушки двигателя. Это формирует вращающееся магнитное поле в статоре, которое питает магниты ротора и создает вращательное движение.

У бесщеточной конструкции есть несколько недостатков:

• Требуется электронный контроллер
• Более дорогой
• Более сложный

Что лучше: щеточный или бесщеточный?

Обе конструкции имеют свои преимущества, и ни одна из них не обязательно лучше. Когда дело доходит до этого, стоимость, вероятно, является самым важным фактором. Коллекторные двигатели производятся серийно и дешевле. Преимущества коллекторных двигателей помимо цены:

• Простота в эксплуатации
• Надежный
• Доступен во многих размерах и номиналах
• Простое управление
• Подходит для более низких рабочих циклов

Если ваше приложение требует более высокого уровня контроля, а полезность перевешивает затраты, бесщеточный двигатель может быть лучшим вариантом. Преимущества бесщеточных технологий:

• Точное регулирование скорости
• Лучше подходит для непрерывных или длительных рабочих циклов
• Более длительный срок службы
• Меньше обслуживания
• Высокая эффективность

Хотя можно использовать контроллер на щеточном двигателе, стоимость может сделать бесщеточный двигатель лучшим вариантом.

Щеточные или бесщеточные варианты для вашего применения

Есть вопросы? Мы знаем электрические двигатели. Свяжитесь с одним из наших компетентных торговых представителей, чтобы узнать больше. Позвольте нам подобрать вам электродвигатель, который лучше всего подойдет для вашего применения и вашего бюджета. Мы поставляем двигатели на заказ вовремя уже более тридцати лет. Звоните 763-383-6936 или свяжитесь с нами сегодня.

Этот веб-сайт использует файлы cookie для улучшения вашего опыта. Мы предполагаем, что вы согласны с этим, но вы можете отказаться, если хотите. Настройки файлов cookieПРИНЯТЬ

Бесщеточные и щеточные электроинструменты: в чем разница?

Когда дело доходит до электроинструмента, то, как он спроектирован, может иметь большое значение в мощности и долговечности. Хотя бесщеточные двигатели постоянного тока относительно новы для электроинструментов, эта технология существует уже несколько десятилетий. Бесколлекторные двигатели постоянного тока впервые появились на рынке в 1960-х годов, помогая питать конвейерные ленты. В 2003 году они начали использоваться в промышленных машинах и впервые были использованы в электроинструментах примерно в 2009 году. Бесщеточные двигатели значительно улучшили функциональность традиционных щеточных двигателей. Хотя оба двигателя работают путем преобразования электричества в механическую силу, щеточные и бесщеточные двигатели имеют уникальные различия в производительности, стоимости и обслуживании.

Как работают коллекторные двигатели?

Чтобы понять, как работают бесщеточные двигатели, полезно сначала объяснить, как работают щеточные двигатели, поскольку они использовались в различных приложениях с конца 1800-х годов до появления бесщеточных технологий.

Коллекторные двигатели содержат   четыре основные части : 

Статор:  Неподвижная часть двигателя, содержащая постоянные магниты, обеспечивающие движение ротора.

Ротор: Вращающаяся часть двигателя, также известная как якорь, содержащая медную катушку, которая становится электромагнитной при подаче питания.

Коммутатор:  Металлическое кольцо, которое помогает ротору продолжать вращаться за счет изменения полярности на каждом пол-оборота ротора. 9№ 0003

Щетки: Изготовлены из углерода и напрямую подключены к источнику питания, помогая передавать питание на кольцо коммутатора и активировать ротор.

Угольные щетки создают сильное трение, вращаясь и постоянно соприкасаясь с коллектором, и в этом заключается основное различие между этим традиционным типом двигателя и более новой технологией бесщеточного двигателя.

Как работают бесщеточные двигатели?

Бесщеточные двигатели, для сравнения, содержат статор, якорь и ротор, но не имеют физического коммутатора или щеток. Вместо этого инструменты с бесщеточными двигателями полагаются на магниты и электронную схему для соединения статора и ротора и создания энергии. Эта конструкция устраняет трение, присутствующее в щеточном двигателе, что дает несколько преимуществ, в том числе:

Повышенная оперативность 

Бесщеточные двигатели иногда называют интеллектуальными двигателями, поскольку они содержат компьютерные микросхемы и внутренние датчики, которые регулируют их скорость, крутящий момент и подачу питания в зависимости от применения. Например, при использовании бесщеточного инструмента для забивания гвоздя в гипсокартон по сравнению с более плотным материалом электронная схема бесщеточного двигателя позволяет ему использовать только необходимое количество энергии, необходимое для выполнения работы.

Меньше тепла

Чрезмерное тепло может привести к износу двигателей и аккумуляторов. Бесщеточные инструменты работают холоднее, чем инструменты с щетками, поскольку заводной механизм, который часто выделяет тепло, расположен на корпусе инструмента, а не внутри. Трения меньше, а значит и тепла меньше.

Более низкое техническое обслуживание

Бесщеточные электроинструменты служат дольше, чем инструменты с щетками, потому что не нужно заменять щетки. Щеточные электроинструменты часто требуют замены щеток каждые два-семь лет, потому что трение приводит к быстрому износу щеток, в зависимости от рабочей среды и рабочих температур.

Бесщеточные инструменты также лучше защищены от грязи и мусора, поскольку им не нужны вентиляционные отверстия для охлаждения благодаря меньшему выделению тепла.

Меньше, легче и тише 

Без щеток и коммутаторов в двигателе бесщеточные инструменты часто легче и компактнее, что позволяет пользователям работать в ограниченном пространстве. Меньшее трение и вибрация позволяют бесщеточным электроинструментам работать более тихо и комфортно в течение более длительных периодов времени. Коллекторные двигатели также могут генерировать искры во время работы; поэтому бесщеточные двигатели часто предпочтительнее в опасных условиях.