Коллекторный или бесколлекторный двигатель что лучше: Отличия коллекторных и бесколлекторных двигателей

Бесщеточный двигатель принцип работы

Как устроен бесщеточный двигатель

Работа бесщеточного электродвигателя основывается на электрических приводах, создающих магнитное вращающееся поле.

В настоящее время существует несколько типов устройств, имеющих различные характеристики.

С развитием технологий и использованием новых материалов, отличающихся высокой коэрцитивной силой и достаточным уровнем магнитного насыщения, стало возможным получение сильного магнитного поля и, как следствие, вентильных конструкций нового вида, в которых отсутствует обмотка на роторных элементах или стартере.

Обширное распространение переключателей полупроводникового типа с высокой мощностью и приемлемой стоимостью ускорило создание подобных конструкций, облегчило исполнение и избавило от множества сложностей с коммутацией.

Использование

Бесщеточный двигатель постоянного тока с постоянными магнитами встречается в основном в устройствах с мощностью в пределах 5 кВт.

В более мощной аппаратуре их применение нерационально.

Магниты в двигателях данного типа отличаются особой чувствительностью к высоким температурам и сильным полям.

Двигатели активно используются в электрических мотоциклах, автомобильных приводах благодаря отсутствию трения в коллекторе. 

Описание и принцип работы

Бесщеточный (бесколлекторный) двигатель постоянного тока очень похож на двигатель постоянного тока с постоянными магнитами, но не имеет щеток для замены или износа из-за искрения коммутатора.

Поэтому в роторе выделяется мало тепла, что увеличивает срок службы двигателей.

Конструкция бесщеточного двигателя устраняет необходимость в щетках благодаря более сложной схеме привода, в которой магнитное поле ротора является постоянным магнитом, который всегда синхронизирован с полем статора, что позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент.

Управление бесщеточными двигателями постоянного тока очень отличается от обычного щеточного двигателя постоянного тока тем, что этот тип двигателя включает в себя некоторые средства для определения углового положения роторов (или магнитных полюсов), необходимые для получения сигналов обратной связи, необходимых для управления переключением полупроводников. Появление процессорной техники и силовых транзисторов позволило конструкторам отказаться от узла механической коммутации и изменить роль ротора и статора в электромоторе постоянного тока.

Принцип работы БДКП

В бесколлекторном электродвигателе роль механического коммутатора выполняет электронный преобразователь. Это позволяет осуществить «вывернутая наизнанку» схема БДКП — его обмотки расположены на статоре, что исключает необходимость в коллекторе.

Иными словами, основное принципиальное различие между классическим двигателем и БДКП в том, что вместо стационарных магнитов и вращающихся катушек последний состоит из неподвижных обмоток и вращающихся магнитов. Несмотря на то что сама коммутация в нём происходит похожим образом, её физическая реализация в бесщёточных приводах гораздо более сложна.

Как работает коллекторная машина

Чтобы произвести запуск коллекторного двигателя, потребуется подать напряжение на обмотку возбуждения, которая расположена непосредственно на якоре. При этом образуется постоянное магнитное поле, которое взаимодействует с магнитами на статоре, в результате чего проворачиваются якорь и коллектор, закрепленный на нём. При этом подается питание на следующую обмотку, происходит повтор цикла.

Как осуществляется управление

Электронный блок управления позволяет провести коммутацию обмоток привода. Для определения момента переключения при помощи драйвера отслеживается положение ротора по датчику Холла, установленном на приводе.

В том случае, если нет таких устройств, необходимо считывать обратное напряжение.

Оно генерируется в катушках статора, не подключенных на данный момент времени.

Контроллер — это аппаратно-программный комплекс, он позволяет отслеживать все изменения и максимально точно задавать порядок коммутации.

Трехфазные бесколлекторные электродвигатели

Очень много бесколлекторных электродвигателей для авиамоделей выполняется под питание постоянным током.

Но существуют и трехфазные экземпляры, в которых устанавливаются преобразователи.

Они позволяют из постоянного напряжения сделать трехфазные импульсы.

Работа происходит следующим образом:

1. На катушку «А» поступают импульсы с положительным значением. На катушку «В» — с отрицательным значением. В результате этого якорь начнет двигаться. Датчики фиксируют смещение и подаётся сигнал на контроллер для осуществления следующей коммутации.
2. Происходит отключение катушки «А», при этом импульс положительного значения поступает на обмотку «С». Коммутация обмотки «В» не претерпевает изменений.
3. На катушку «С» попадается положительный импульс, а отрицательный поступает на «А».
4. Затем вступает в работу пара «А» и «В». На них и подаются положительные отрицательные значения импульсов соответственно.
5. Затем положительный импульс опять поступает на катушку «В», а отрицательный на «С».
6. На последнем этапе происходит включение катушки «А», на которую поступает положительный импульс, и отрицательный идет к С.

И после этого происходит повтор всего цикла.

Преимущества использования

Изготовить своими руками бесколлекторный электродвигатель сложно, а реализовать микроконтроллерное управление практически невозможно. Поэтому лучше всего использовать готовые промышленные образцы.

Но обязательно учитывайте достоинства, которые получает привод при использовании бесколлекторных электродвигателей:

1. Существенно больший ресурс, нежели у коллекторных машин.
2. Высокий уровень КПД.
3. Мощность выше, нежели у коллекторных моторов.
4. Скорость вращения набирается намного быстрее.
5. Во время работы не образуются искры, поэтому их можно использовать в условиях с высокой пожарной опасностью.
6. Очень простая эксплуатация привода.
7. При работе не нужно использовать дополнительные компоненты для охлаждения.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 2 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Коллекторный двигатель: устройство, управление, регулирование

Мы часто встречаемся с электродвигателями. Они обеспечивают работу бытовой и строительной техники, являются составной частью производственного оборудования. Немалая часть устройств имеет в составе коллекторный двигатель. Это один из простых и недорогих движков, который имеет хорошие характеристики. Именно этим, да ещё невысокой ценой, обусловлена его популярность. 

Содержание статьи

Что такое коллекторный двигатель и его особенности

Коллектором называют часть двигателя, контактирующую со щётками. Этот узел обеспечивает передачу электроэнергии в рабочую часть агрегата. Коллекторным называется двигатель, у которого хотя бы одна обмотка ротора соединена со щётками и коллектором. Коллекторные электродвигатели бывают:

• постоянного тока;
• переменного тока;
• универсальные.

Коллекторный двигатель может быть постоянного и переменного тока.

Есть универсальные модели, которые могут работать от источника напряжения любого типа

Последние универсальные, работают как от постоянного, так и от переменного тока. Они сохраняют популярность, даже несмотря на то, что наличие щёток отрицательный момент, так как щётки стираются и искрят. За этим узлом требуется постоянное наблюдение, техническое обслуживание. К плюсам коллекторных двигателей относят возможность плавной регулировки скорости в широких пределах, невысокую стоимость.

Как и другие электромоторы, коллекторный состоит из статора и ротора (часто называют «якорь»). Его отличительной чертой является наличие на валу коллекторного узла, через который на машину передаётся электропитание. Устройство коллекторных моторов постоянного и переменного тока похожи, но имеют определённые отличия, потому рассмотрим подробнее их по отдельности.

Общее устройство коллекторных двигателей

Как и любой электродвигатель, коллекторный преобразует электрическую энергию в механическую.

Он состоит из неподвижной части – статора и подвижной – ротора. В статоре располагаются обмотки возбуждения, ротор отвечает за передачу возникающей механической энергии. Одна из составляющих частей ротора – вал. С одной стороны, на валу размещён коллекторный узел, с помощью которого на обмотки ротора передаётся электрическая энергия.

Коллекторный двигатель: устройство

Статор состоит из корпуса, который защищает компоненты мотора от повреждений. Сверху и снизу корпуса крепятся магнитные полюса. Они необходимы для поддержания магнитного потока между статором и ротором.

Ротор коллекторного двигателя

Ротор коллекторного двигателя состоит из вала, на который насаживается сборный магнитопровод. С одной стороны, на вал крепится коллекторный узел, с другой, лопасти вентилятора. Для обеспечения лёгкого вращения и для фиксации в корпусе на вал с двух сторон надеваются подшипники.

Для нормальной работы электродвигателя, необходимо чтобы ротор был отлично сбалансирован. Потому к изготовлению этой части подходят особенно скрупулёзно.

Подвижная (вращающаяся) часть

Роторная обмотка

Сердечник ротора собирается из металлических пластин, отштампованных из магнитного металла. Толщина пластин 0,35-0,5 мм, каждая из них залита слоем диэлектрического лака, для избавления от паразитных токов. Пластины по внешнему краю имеют пазы, в которые затем укладываются витки медной проволоки. Эти пластины насаживаются на вал и закрепляются на нём, собирается пакет требуемого размера. Эта система является магнитопроводом.

Так выглядит ротор коллекторного двигателя

В пазы магнитопровода укладывается витки медного обмоточного провода. Выходы обмоток выводятся на коллекторный узел, где и происходит их переключение.

Как устроен коллекторный узел и как он работает

Коллекторный узел стоит рассмотреть подробнее. Иначе понять, как вращается ротор, сложно. Коллектор имеет цилиндрическую форму и набран из медных пластин (иногда называют ламелями), которые изолированы друг от друга слюдяными или текстолитовыми прокладками. Нет электрического контакта и с осью вала, к которому  он крепится.

Коллектор имеет вид цилиндра, который набран из медных пластин. Пластины сделаны в виде секторов, разделены диэлектрическими прокладками

Получается, коллектор собран из медных секторов и без обмотки электрически друг с другом не связанных. К каждой пластине коллектора крепится вывод одной рамки обмотки ротора. К плоскости двух противоположных рамок коллектора прижимается две щетки. Они плотно прилегают к поверхности медной пластины коллектора, что даёт хороший контакт. На эти щётки подаётся потенциал, который и передаётся в тот виток обмотки ротора, который подключён к этим пластинам.

К парным пластинам коллектора прижимаются графитовые щетки

Так как ротор с некоторой скоростью вращается, одна пара пластин сменяется другой. Таким образом, напряжение передаётся на все обмотки ротора. При этом возникающие друг за другом поля поддерживают вращение ротора, «проталкивая» его в нужном направлении.

Принцип работы

Вот теперь, после того как рассмотрели устройство ротора, можно поговорить о том, как работает коллекторный двигатель. Собственно, принцип действия не отличается от других моторов, ротор начинает вращаться в магнитном поле благодаря наведенным на нём токам. Но как именно и почему эти тока наводятся? Для понимания надо вспомнить, как возникает электродвижущая сила в постоянном магнитном поле. Если в поле постоянного магнита ввести прямоугольную рамку, под действием возникающего в ней тока она начинает вращение. Направление вращения определяется по правилу буравчика. Для постоянного поля оно гласит так, если ввести правую руку в поле так, чтобы магнитные линии входили в ладонь, вытянутые пальцы укажут направление движения.

Иллюстрация к пояснению принципа работы коллекторного двигателя постоянного тока

Если посмотреть на устройство ротора, то видим, что каждая обмотка представляет собой такую рамку. Только состоит она не из одного провода, а из нескольких, но сути это не меняет. При помощи коллекторного узла, в какой-то момент времени, обмотка подключается к питанию, по ней протекает ток и вокруг проводника возникает магнитное поле. Оно взаимодействует с полем статора. В зависимости от типа, стоят там постоянные магниты или тоже протекает постоянный ток в обмотках, генерируя на полюсах собственное магнитное поле. Поля ротора и статора рассчитаны так, что при взаимодействии они «проталкивают» ротор в нужном направлении. Вот, коротко и без особых подробностей описание работы коллекторного двигателя постоянного тока.

Обмотки на роторе подключаются к пластинам коллектора. Когда с пластинами контактируют щетки, получаем замкнутый контур, по которому течет ток

Если немного вдуматься, можно понять, почему коллекторный двигатель позволяет легко и плавно регулировать скорость. Чем больше напряжение подается на обмотки ротора, тем более мощное поле генерирует статор, тем сильнее их взаимодействие и быстрее крутится ротор, так как его толкают с большей силой. Если напряжение уменьшить, взаимодействие меньше, результирующая скорость вращения тоже. Так что все что нужно регулировать напряжение, а это может даже простой потенциометр (переменное сопротивление).

Достоинства и недостатки

Как водится, начнём с перечисления плюсов. Достоинства коллекторных электромоторов такие:

• Простое устройство.
• Высокая скорость до 10 000 об/мин.
• Хороший крутящий момент даже на малых оборотах.
• Невысокая стоимость.
• Возможность регулировать скорость в широких пределах.
• Невысокие пусковые токи и нагрузки.

Схема коллекторного двигателя

Неплохие качества, но есть и недостатки, причём они не менее серьёзные. Минусы коллекторных электродвигателей такие:

• Высокий уровень шумов при работе. Особенно на высоких скоростях. Щетки трутся о коллектор, дополнительно создавая шумы.
• Искрение щёток, их износ.
• Необходимость частого обслуживания коллекторного узла.
• Нестабильность показателей при изменении нагрузки.
• Высокая частота отказов из-за наличия коллектора и щёток, малый срок службы этого узла.

В целом, коллекторный двигатель неплохой выбор, иначе его не ставили бы на бытовой технике. Справедливости ради стоит сказать, что при нормальном качестве исполнения, работают такие двигатели годами. Могут и 10-15 лет проработать без проблем.

Коллекторный двигатель постоянного тока с магнитами

В коллекторных двигателях постоянного тока постоянное магнитное поле обеспечивают:

• постоянные магниты;
• обмотки возбуждения.

Магниты и обмотки располагаются на корпусе статора, и чаще всего, вверху и внизу. Если говорить о маломощных моторах, то более популярны коллекторные двигатели с постоянными магнитами. Они проще в производстве, дешевле, быстро реагируют на изменение напряжения, что позволяет плавно регулировать скорость. Недостаток моторов с постоянными магнитами является их невысокая мощность, а еще то, что со временем или при перегреве магниты теряют свои свойства и это приводит к ухудшению характеристик двигателя.

Устройство коллекторного двигателя постоянного тока

 

Такие моторы имеют небольшую мощность, от единиц до сотен Ватт. Они используются в технике, для которой важна плавная регулировка скоростей. Это обычно детские игрушки, некоторые виды бытовой техники (в основном вентиляторы). Недостатком коллекторного мотора с магнитами является постепенная потеря мощности, магниты со временем становятся слабее, и без того небольшая мощность падает. Но в последнее время появились новые магнитные сплавы с большой магнитной силой, позволяющие создавать двигатели с большой мощностью.

С обмотками возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока с обмотками возбуждения нашли более широкое применение. От двигателей этого типа работает аккумуляторный электроинструмент: болгарки, дрели, шуруповерты т.д. Обмотки возбуждения делают из изолированного медного провода (в лаковой оболочке). В качестве основы используются канавки в полюсных наконечниках. На них как на основу наматываются обмотки.

Коллекторный двигатель с системой обмоточного возбуждения

Если посмотреть на устройство коллекторного двигателя, мы видим два несвязанных между собой устройства, ротор и обмотки возбуждения. От способа их подключения зависят характеристики и свойства двигателя. Различают четыре способа соединения ротора и обмоток возбуждения. Эти способы называют способами возбуждения. Вот они:

• Независимое. Возможно только если напряжения на обмотке возбуждения и на якоре неравны (бывает очень редко). Если они равны, используется схема параллельного возбуждения.
• Параллельное. Хорошо регулируется скорость, стабильная работа на низких оборотах, постоянные характеристики, независимы от времени. К недостаткам подключения этого типа относится нестабильность двигателя при падении тока индуктора ниже нуля.
• Последовательное. При таком подключении нельзя включать двигатель с нагрузкой на валу ниже 25% от номинальной. При отсутствии нагрузки скорость вращения сильно возрастает, что может разрушить двигатель. Потому с ременной передачей такой тип подключения не используют, при обрыве ремня мотор разрушается. Схема последовательного возбуждения имеет высокий момент на низких оборотах, но не слишком хорошо работает на высоких, управлять скоростью сложно.
• Смешанное. Считается одним из лучших. Хорошо управляется, имеет высокий крутящий момент на низких оборотах, редко выходит из-под контроля. Из недостатков самая высокая цена по сравнению с другими типами.

Способы подключения обмоток возбуждения

Коллекторные двигатели постоянного тока могут иметь КПД от 8-10% до 85-88%. Зависит от типа подключения. Но высокопродуктивные отличаются высокими оборотами (тысячи оборотов в минуту, реже сотни) и низким моментом, так что они идеальны для вентиляторов. Для любой другой техники используют низкооборотистые модели с малым КПД, либо к продуктивным моделям добавляют редуктор, другого решения пока не нашли.

Универсальные коллекторные двигатели

Несмотря на то, что коллекторный узел можно назвать самым слабым местом электродвигателя, подобные модели нашли широкое применение. Все благодаря невысокой цене и легкости управления скоростью. Коллекторные двигатели переменного тока стоят практически в любой бытовой технике, как крупной, так и мелкой. Миксеры, блендеры, кофемолки, строительные фены, даже стиральные машины (привод барабана).

Универсальный коллекторный двигатель работает от постоянного и переменного напряжения

По строению универсальные коллекторные двигатели не отличаются от моделей постоянного тока с обмотками возбуждения. Разница, безусловно есть, но она не в устройстве, а в деталях:

• Схема возбуждения всегда последовательная.
• Магнитные системы ротора и статора для компенсации магнитных потерь делают шихтованного типа (единая система без сплошных разрезов).
• Обмотка возбуждения состоит из нескольких секций. Это необходимо, чтобы режимы работы на постоянном и переменном напряжении были схожи.

Работа коллекторных электродвигателей универсального типа основана на том, что если одновременно (или почти одновременно) поменять полярность питания на обмотках статора и ротора, направление результирующего момента останется тем же. При последовательной схеме возбуждения полярность меняется с очень небольшой задержкой. Так что направление вращения ротора остается тем же.

Достоинства и недостатки

Хотя универсальные коллекторные двигатели активно используются, они имеют серьёзные недостатки:

• Более низкий КПД при работе на переменном токе (если сравнивать с работой на постоянном такого же напряжения).
• Сильное искрение коллекторного узла на переменном токе.
• Создают радиопомехи.
• Повышенный уровень шума при работе.

Во многих моделях строительной техники

Но все эти недостатки нивелируются тем, что при частоте питающего напряжения в 50 Гц они могут вращаться со скоростью 9000-10000 об/мин. По сравнению с синхронными и асинхронными двигателями это очень много, максимальная их скорость — 3000 об/мин. Именно это обусловило использование этого типа моторов в бытовой технике. Но постепенно они заменяются современными бесщеточными двигателями. С развитием полупроводников их производство и управление становится всё более дешёвым и простым.

Устройство и отличия от бесколлекторного двигателя

Большое количество оборудования имеет силовые установки, работающие от электрической сети питания. Коллекторный двигатель это силовая установка, преобразующая  электрическую энергию в физическую силу. Отличие коллекторного двигателя от бесколлекторного состоит в наличии коллекторно-щеточного узла.

Виды коллекторных двигателей

В зависимости от источника тока, к которому подключается мотор, коллекторные установки делят на два вида:

• Работающий от источника постоянного тока. Используются в автомобилях, самоходной технике, детских игрушках и т.д. Отличаются простотой конструкции. Подключаются только к источнику постоянного тока;
• Универсальный коллекторный двигатель. Работает как от постоянного, так и от переменного тока. Применяется в бытовых электрических приборах.

СПРАВКА: Универсальный коллекторный силовой агрегат  отличается простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами. Благодаря этому может быть использован в качестве силовой установки ручного инструмента.

В зависимости от максимальной мощности силовые установки делятся на три типа:

1. Небольшой мощности. Используются в детских игрушках, аудио – видеотехнике и т.д. Напряжение питания таких установок составляет от 1.5 до 9 Вольт. Оси якоря устанавливаются на специализированные втулки. Они играют роль подшипников скольжения. Токопроводящие щетки выполнены в виде двух пластин;
2. Средней мощности. Якорь устанавливается на втулках или подшипниках. Применяются на автомобильной и самоходной технике. Напряжение питания составляет от 12 до 24 вольта;
3. Высокой мощности. Отличаются высокими показателями мощности и наличием электрических магнитов.

Устройство коллекторного двигателя

Для того чтобы понять как работает коллекторный двигатель, необходимо разобраться в его конструкции. Независимо от вида силового агрегата он состоит из следующих основных элементов:

• Якорь. Состоит из металлического вала,  на который установлены обмотки. Вал устанавливается на подшипниках скольжения или качения в корпусе мотора. Якорь является движущейся частью мотора, которая передаёт крутящий момент к необходимому оборудованию;
• Коммутатор (коллектор). Необходим для определения положения якоря. Располагается на роторе. Выполнен в виде медных контактов трапециевидного сечения;

• Щётки. Изготовлены из графита. Щетки используются для подачи напряжения к обмоткам ротора;
• Держатели щёток. Изготавливаются из металла или пластика. Держатели щёток устанавливаются на корпус мотора при помощи не проводящих ток прокладок. Такая конструкция исключает  подачу напряжения на корпус мотора;

ВАЖНО: Щётки или держатели оснащаются пружинами. Они необходимы для прижимания щетки к коллектору во время работы силовой установки.

• Подшипники. На небольших моторах используются пластиковые или металлические втулки. Мотор оборудован двумя подшипниками. Они необходимы для нормального вращения вала якоря;
• Сердечник статора. Изготавливается из большого количества металлических пластин;
• Обмотки. Необходимы для создания магнитного поля.

Принцип работы коллекторного двигателя

Коллекторный двигатель переменного тока 220 Вольт и мотор постоянного тока, преобразуют электрическую энергию в физическую силу. Создание физической силы осуществляется путём раскручивания якоря, установленного на двух подшипниках в корпусе мотора.

Ротор и статор силового агрегата имеют обмотки. Они изготовлены из провода. Во избежание замыкание витков обмотки между собой провод выполнен в изолирующей оболочке. Напряжение подается на обмотку статора при помощи провода.

Якорь коллекторного мотора подвижный. Для передачи напряжения на обмотку якоря используется коллектор.

Он выполнен в виде медных контактов. На них передаётся напряжение через графитовые щетки. Такая конструкция позволяет передавать напряжение на обмотку якоря независимо от скорости его вращения.

При прохождении электрического тока через обмотки возникает магнитное поле. Обмотка якоря имеет магнитное поле противоположной полярности полю обмотки статора. Под воздействием электромагнитных полей разной полярности якорь двигателя начинает вращаться.

ВНИМАНИЕ: Коллекторный двигатель может быть использован в качестве генератора постоянного тока.

Варианты обмоток возбуждения

Подключить коллекторный двигатель постоянного тока можно несколькими способами. Возбуждение мотора зависит от способа подключения обмоток.

• Независимое подключение. Обмотки мотора постоянного тока подключаются отдельно. Для подключения используется два источника постоянного тока. Обмотка статора оснащается реостатом. Он необходим для установки необходимой частоты вращения ротора. Обмотка  ротора оборудуется пусковым реостатом. Он нужен для контроля над силой тока в обмотке ротора при запуске силовой установки;
• Параллельное подключение. Питание обмоток якоря и статора осуществляется от одного и того же источника питания. Обмотки оснащены регуляторами;
• Последовательно-соединенное. Электродвигатель такой конструкции имеет обмотку статора, последовательно подключенную с обмоткой якоря. Ротор может быть оснащен регулятором, необходимым для ограничения силы тока при запуске. Статор оснащается реостатом, регулирующим в частоту вращения вала.

ВАЖНО: Использование коллекторного мотора с последовательным подключением без нагрузки, может привести  к выходу его из строя.

• Смешанное возбуждение. Данная конструкция использует две катушки подключенные параллельно, и последовательно одновременно.

Преимущества и недостатки коллекторного двигателя

Однофазный коллекторный двигатель переменного тока или аналогичный работающий от источника постоянного тока имеют плюсы и минусы.

Плюсы

1. Однофазный мотор коллекторного типа ( универсальный), можно подключить к любой сети питания. Такая конструкция позволяет использовать мотор от источника питания переменного тока, без использования выпрямителей;
2. В отличие от бесколлекторных двигателей, модели с коллекторами имеют небольшие размеры. Это позволяет использовать силовые установки  для монтажа на электрический инструмент, детские игрушки, и т.п;
3. Небольшая сила тока при запуске. Позволяет использовать моторы от бытовой сети питания;
4. Простота регулировки вращения вала ротора. Для управления оборотами применяется реостат. При выходе из строя регулятора, мотор останется работоспособным;

Недостатки

1. Необходимость регулярного обслуживания. Графитовые щетки при длительной работе стираются. Необходимо вовремя менять щетки на новые. Нарушение этого правила может привести к выходу из строя коллектора;
2. Отсутствие стабильности показателей мощности. При изменении нагрузки на якорь показатели мощности силового агрегата могут изменяться.

Возможные поломки и способы их ремонта

В результате работы коллекторного двигателя могут возникнуть неисправности. Большинство из них самостоятельно сможет устранить человек не имеющий специализированных технических знаний и оборудования. Ниже представлены наиболее часто возникающие неисправности.

Повышенный шум при работе узла. Сильный уровень шума при работе мотора может свидетельствовать о выходе из строя подшипников, на которые установлен якорь.

При выходе из строя подшипников качения необходимо заменить изношенные детали новыми.

Износ щёток. Критическая изношенность щёток сопровождается повышенным уровнем шума при работе. Несвоевременная замена может привести к поломке коллектора. При возникновении неисправности необходимо заменить графитовые щётки. При выборе щёток необходимо обратить внимание на их толщину. Новые детали не должны застревать в держателях.

Отсутствие вращения якоря при подключении мотора к сети питания. Отсутствие вращения может возникнуть в результате обрыва цепи питания. Обрыв может произойти в результате поломки пружины прижимающей щётку к коллектору или при обрыве провода. При поломке пружины необходимо заменить ее новой деталью. При обрыве провода необходимо восстановить его целостность.

Отсутствие вращения ротора может возникнуть в результате выхода из строя предохранителя. Для восстановления работоспособности необходимо установить новый предохранитель. Перед установкой предохранителя необходимо определить причину, по которой старое устройство вышло из строя. После устранения причины можно установить предохранитель и провести испытание двигателя.

Отсутствие регулировки вращения вала якоря. После запуска агрегат работает на максимальных оборотах. Такая неисправность возникает в результате поломки реостата. Для восстановления работоспособности двигателя необходимо заменить регулятор.

Медленное вращение ротора. Снижение частоты вращения вала может возникнуть в результате низкого напряжения в сети питания. Необходимо проверить напряжение. Снижение оборотов якоря может быть спровоцировано высокой нагрузкой. Необходимо снизить нагрузку на якорь.

Из вышеперечисленного следует, что коллекторный мотор  преобразовывает электрическую энергию в физическую силу. Для передачи напряжения к обмоткам якоря используются щётки. Моторы отличаются простотой конструкции и небольшими габаритно массовыми параметрами.

Универсальный коллекторный двигатель — это… Что такое Универсальный коллекторный двигатель?

Схема одного из вариантов УКД. Допускается работа и от постоянного, и от переменного тока

Универсальный коллекторный двигатель (УКД) — разновидность коллекторной машины постоянного тока, которая может работать и на постоянном, и на переменном токе. Получил большое распространение в ручном электроинструменте и в некоторых видах бытовой техники из-за малых размеров, малого веса, лёгкости регулирования оборотов, относительно низкой цены.

Особенности конструкции

Строго говоря, универсальный коллекторный двигатель является коллекторным электродвигателем постоянного тока с последовательно включенными обмотками возбуждения (статора), оптимизированным для работы на переменном токе бытовой электрической сети. Такой тип двигателя независимо от полярности подаваемого напряжения вращается в одну сторону, так как за счёт последовательного соединения обмоток статора и ротора смена полюсов их магнитных полей происходит одновременно и результирующий момент остаётся направленным в одну сторону.

Для возможности работы на переменном токе применяется статор из магнитно-мягкого материала, имеющего малый гистерезис (сопротивление перемагничиванию). Для уменьшения потерь на вихревые токи статор выполняют наборным из изолированных пластин.

Особенностью (в большинстве случаев — достоинством) работы такого двигателя именно на переменном токе (а не на постоянном такого же напряжения) является то, что в режиме малых оборотов (пуск и перегрузка) индуктивное сопротивление обмоток статора ограничивает потребляемый ток и соответственно максимальный момент двигателя (оценочно) до 3—5 от номинального (против 5—10 при питании того же двигателя постоянным током). Для сближения механических характеристик у двигателей общего назначения может применяться секционирование обмоток статора — отдельные выводы (и меньшее число витков обмотки статора) для подключения переменного тока.

Реверсирование УКД осуществляется переключением полярности включения обмоток только статора или только ротора.

Достоинства и недостатки

Сравнение приведено для случая подключения к бытовой однофазной электрической сети 220 вольт и одинаковой мощности двигателей. Разница в механических характеристиках двигателей («мягкость-жёсткость», максимальный момент) может быть как достоинством, так и недостатком в зависимости от требований к приводу.

Достоинства в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

• Прямое включение в сеть, без дополнительных компонентов (для двигателя постоянного тока требуется, как минимум, выпрямление).
• Меньший пусковой (перегрузочный) ток (и момент), что предпочтительнее для бытовых устройств.
• Проще управляющая схема (при её наличии) — тиристор (или симистор) и реостат. При выходе из строя электронного компонента двигатель (устройство) остаётся работоспособным, но включается сразу на полную мощность.

Недостатки в сравнении с коллекторным двигателем постоянного тока:

• Меньший общий КПД из-за потерь на индуктивность и перемагничивание статора.
• Меньший максимальный момент (может быть недостатком).

Достоинства в сравнении асинхронным двигателем:

• Быстроходность и отсутствие привязки к частоте сети.
• Компактность (даже с учётом редуктора).
• Больший пусковой момент.
• Автоматическое пропорциональное снижение оборотов (практически до нуля) и увеличение момента при увеличении нагрузки (при неизменном напряжении питания) — «мягкая» характеристика.
• Возможность плавного регулирования оборотов (момента) в очень широком диапазоне — от ноля до номинального значения — изменением питающего напряжения.

Недостатки в сравнении с асинхронным двигателем:

• Нестабильность оборотов при изменении нагрузки (где это имеет значение).
• Наличие щёточно-коллекторного узла и в связи с этим:
  • Относительно малая надёжность (срок службы)
  • Сильное искрение на коллекторе из-за коммутации переменного тока и связанные с этим радиопомехи
  • Высокий уровень шума
  • Относительно большое число деталей коллектора (и соответственно двигателя)

Следует отметить, что в современных бытовых устройствах ресурс электродвигателя (щёточно-коллекторного узла) сопоставим с ресурсом рабочих органов и механических передач.

Сравнение с асинхронным двигателем

Двигатели (УКД и асинхронный) одной и той же мощности, независимо от номинальной частоты асинхронного двигателя, имеют разную механическую характеристику:

• УКД — «мягкая» характеристика, момент прямо, а обороты обратно пропорциональны нагрузке на валу (потребляемой мощности) — практически линейно — от режима холостого хода до режима полного торможения. Номинальный момент выбирается примерно в 3-5 раз меньшим максимального. Обороты холостого хода ограничиваются только потерями в двигателе и могут разрушить мощный двигатель при включении его без нагрузки.
• Асинхронный двигатель — «жёсткая» характеристика — двигатель поддерживает близкую к номинальной частоту вращения, резко (десятки процентов) увеличивая момент при незначительном снижении оборотов (единицы процентов). При значительном снижении оборотов (до полного торможения) момент двигателя не растёт, а даже падает, что вызывает полную остановку. Обороты холостого хода постоянны и слегка превышают номинальные.

Механическая характеристика в первую очередь и обуславливает (разные) области применения данных типов двигателей.

Из-за малых оборотов, ограниченных частотой сети переменного тока, асинхронные двигатели той же мощности имеют значительно бо́льшие вес и размеры, чем УКД. Если асинхронный двигатель запитывается от преобразователя (инвертора) с высокой частотой, то вес и размеры обеих машин становятся соизмеримы. При этом остаётся жёсткость механической характеристики, добавляются потери на преобразование тока и, как следствие увеличения частоты, повышаются индуктивные и магнитные потери (снижается общий КПД).

Аналоги без коллекторного узла

Ближайшим аналогом УКД по механической харатеристике является бесколлекторный электродвигатель (вентильный электродвигатель, в котором электронным аналогом щёточно-коллекторного узла является инвертор с датчиком положения ротора (ДПР).

Электронным аналогом универсального коллекторного двигателя является система: выпрямитель (мост), синхронный электродвигатель с датчиком углового положения ротора (датчик угла) и инвертором (другими словами — вентильный электродвигатель с выпрямителем).

Однако из-за применения постоянных магнитов в роторе максимальный момент вентильного двигателя при тех же габаритах будет меньше.

Применение

Ручной электроинструмент:

Бытовая техника:

См. также

Ссылки

Матовые двигатели постоянного тока против. Бесщеточные двигатели постоянного тока

Любой специалист по управлению движением должен понимать разницу между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока. Щеточные моторы когда-то были очень распространены. Хотя они в значительной степени вытеснены своими бесщеточными аналогами, правильный двигатель постоянного тока любого типа может сделать проект намного более эффективным.

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока?

В щеточном двигателе постоянного тока используется конфигурация катушек с намотанной проволокой, якорь , действующий как двухполюсный электромагнит.Направленность тока меняется дважды за цикл переключателем , механическим поворотным переключателем. Это облегчает прохождение тока через якорь; таким образом, полюса электромагнита притягиваются к постоянным магнитам, расположенным снаружи двигателя, и давят на них. Затем коммутатор меняет полярность электромагнита якоря, когда его полюса пересекают полюса постоянных магнитов.

Бесщеточный двигатель, напротив, использует постоянный магнит в качестве внешнего ротора.Кроме того, он использует три фазы приводных катушек и специализированный датчик, отслеживающий положение ротора. Когда датчик отслеживает положение ротора, он отправляет контрольные сигналы на контроллер. Контроллер, в свою очередь, активирует катушки структурированным образом — одну фазу за другой.

Каковы преимущества щеточных и бесщеточных двигателей постоянного тока?

Матовый

• Низкие общие затраты на строительство;

• Часто можно перестраивать для продления срока службы;

• Простой и недорогой контроллер;

• Контроллер не нужен для фиксированной скорости;

• Идеально подходит для экстремальных условий эксплуатации.

Бесщеточный

• Меньше общего обслуживания из-за отсутствия щеток;

• Эффективно работает на всех скоростях с номинальной нагрузкой;

• Высокая эффективность и высокое соотношение выходной мощности и размера;

• Уменьшенный размер с намного лучшими тепловыми характеристиками;

• Более высокий диапазон скоростей и меньшее генерирование электрического шума.

В каких областях применения используются щеточные и бесщеточные двигатели постоянного тока?

Сегодня бесщеточные двигатели гораздо более распространены, чем щеточные. Однако и то, и другое можно найти в широком спектре приложений. Щеточные двигатели постоянного тока все еще часто используются в бытовых приборах и автомобилях. Они также занимают прочную промышленную нишу благодаря способности изменять отношение крутящего момента к скорости исключительно для щеточных двигателей.

Благодаря надежности и долговечности бесщеточный двигатель постоянного тока нашел применение во многих областях.Это распространено в широком спектре отраслей: производство, вычислительная техника и многое другое. Их используют электромобили нового поколения и даже некоторые электроинструменты! Из-за сильно различающихся потребностей и условий для проектов управления движением может быть полезен любой из двигателей.

Минусы и плюсы мотора (бесщеточный и щеточный мотор)

В настоящее время безвоздушные краскораспылители могут иметь один из двух типов двигателя: щеточный и бесщеточный.
До недавнего времени наиболее часто встречающимся двигателем был щеточный двигатель, который работает за счет наличия небольших контактных щеток
внутри двигателя, которые заставляют его вращаться. Их нельзя регулировать или настраивать. Однако существуют также нефиксированные двигатели
, преимущество которых заключается в том, что вы можете регулировать и заменять щетки для достижения наилучших результатов.
Матовые двигатели имеют то преимущество, что они широко доступны и относительно дешевы. Они оснащены почти всеми
видами безвоздушных распылителей краски с поршневым насосом и диаграммным насосом.
Теперь бесщеточные двигатели становятся все более популярными среди безвоздушных распылителей краски. Поскольку они предлагают несколько преимуществ
по сравнению с щеточными двигателями постоянного тока, в том числе больший крутящий момент на ватт (повышенная эффективность), повышенная надежность,
снижение шума, более длительный срок службы (отсутствие эрозии щеток и коллектора), устранение ионизирующих искр от коммутатора
и общее сокращение электромагнитных помех.
Ниже приводится таблица минусов и плюсов этих двух типов двигателей:

Матовый электродвигатель постоянного тока

Плюсы:

* Двухпроводное управление

* Восстановите новую щетку для увеличения срока службы

* Низкая стоимость строительства

* Простое и недорогое управление

* Для фиксированных скоростей контроллер не требуется

* Работает в экстремальных условиях из-за отсутствия электроники

Минусы:

* Требуется периодическое обслуживание

* Скорость / крутящий момент умеренно ровные.На более высоких скоростях трение щетки увеличивается, что снижает полезный крутящий момент

* Плохой отвод тепла из-за внутренней конструкции ротора

* Повышенная инерция ротора ограничивает динамические характеристики

* Более низкий диапазон скоростей из-за механических ограничений щеток

* Искра в щетке будет генерировать шум, вызывающий электромагнитные помехи (EMI)

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Плюсы:

* Электронная коммутация на основе датчиков положения по сравнению с механическим переключателем для щеточного

* Меньше обслуживания из-за отсутствия щеток

* Скорость / крутящий момент — без изменений, позволяет работать на всех скоростях с номинальной нагрузкой

* Высокая эффективность, отсутствие падения напряжения на щетках

* Высокое соотношение выходной мощности к размеру.

* Уменьшенный размер благодаря превосходным тепловым характеристикам. Поскольку обмотки подключены к корпусу

отвод тепла лучше

* Более высокий диапазон скоростей — отсутствие механических ограничений щеток / коллектора

* Низкое генерирование электрического шума (EMI)

Минусы:

* Рост стоимости строительства

* Управление сложное и дорогое

* Электрический контроллер (ESC) необходим для поддержания работы двигателя, который иногда стоит дороже, чем двигатель.

• Сопутствующие товары
• Похожие сообщения
• Комментарии
• FAQ

Часто задаваемые вопросы о нашем бизнесе

Q1: Каков ваш минимальный объем заказа MOQ для официального заказа?

A: Наш MOQ составляет 10-100 единиц в зависимости от модели.Для небольшого насоса или краскопультов минимальный объем заказа составляет 100. Для насоса большой мощности минимальный объем заказа может составлять 10. Мы можем принять 1 или 2 единицы для заказа на тестирование образца.

Q2: каковы ваши условия оплаты?

A: Мы можем принять аккредитив, T / T и Paypal или Western Union, а также принять оплату против копии B / L. Мы можем предложить срок оплаты кредита нашим представителям, сотрудничающим на протяжении долгого года.

Q3: Что такое время выполнения заказа?

A: Образец заказа: 3-5 дней, массовое производство 20-40 дней для официального заказа.

Q4: Можно ли разместить наш логотип на вашей продукции? Есть ли за это дополнительная плата?

A: Да, мы принимаем заказы OEM в зависимости от количества заказа. Пакет цветной коробки требует дополнительной стоимости для меньшего количества контейнеров.

Q5: Какая у вас гарантия?

A: наша гарантия составляет 12 месяцев ограниченной гарантии, за исключением легко изнашиваемых деталей. а на мотор мы даем гарантию 2 года.

Q6. В какой порт вы отправляете свои машины?

A: Мы отправляем товар из порта Нинбо в Китае.по цене FOB мы будем нести местный фрахт и гонорар экспедитора / таможенные сборы, а также все расходы на доставку / страхование / стоимость экспедитора в порту назначения / налог на импорт … все будет нести покупатель (или импортер).

Q7. как я могу купить вашу продукцию?

A: если вы являетесь конечным пользователем, оставьте нам свой номер мобильного телефона, и мы попросим нашего дистрибьютора / дилера позвонить вам напрямую. Если вы хотите стать нашим дистрибьютором или представителем, свяжитесь с нами по электронной почте или в WhatsApp.мы можем обсудить более подробную информацию один за другим, мы уверены, что вы останетесь довольны нашим качеством / сервисом и ценой.

Что такое бесщеточная дрель и нужна ли она вам?

Обзоры продуктов

• Лучшие товары
• Бытовая техника
• Младенцы и дети
• Автомобили
• Электроника
• Здоровье
• Дом и сад
• Деньги
• Все продукты AZ

Все обзоры продуктов

Бытовая техника

• Посудомоечные машины
• Холодильники
• Пылесосы
• Стиральные машины

Младенцы и дети

• Велосипедные шлемы
• Автокресла
• Увлажнители
• Коляски

Автомобили

• Исследования новых и подержанных автомобилей
• Покупка автомобилей и цены
• Техническое обслуживание И ремонт
• Шины

Электроника

• Наушники
• Ноутбуки
• Принтеры
• Телевизоры

Здоровье

• Глюкометры
• Мониторы артериального давления
• Слуховые аппараты
• Беговые дорожки

Сад

• Газонокосилки
• Воздуходувки
• Генераторы
• Матрасы

Деньги

• Авиакомпании
• Страхование автомобиля
• Страхование домовладельцев
• Багаж

Все обзоры продуктов Техника

Самые популярные

• Руководство CR Коронавирус
• Кондиционеры
• Очистители воздуха
• Хлебопечки
• Центральное кондиционирование
• Кофеварки
• Сушилки для одежды
• Варочные панели
• Посудомоечные машины
• Электрочайники
• Увлажнители
• Микроволновые печи
• Диапазоны
• Обогреватели
• Пылесосы
• Настенные печи
• Стиральные машины
• Водонагреватели

Вся бытовая техника

Подробнее о бытовой технике

Лучшие посудомоечные машины 2020 годаНовостиВидеоВсе обзоры товаровДети и дети

M ost Popular

• Справочник CR по коронавирусу
• Очистители воздуха
• Детские мониторы
• Велосипедные шлемы
• Автокресла
• Здоровье детей
• Детские кроватки
• Еда
• Медицинская страховка
• Детские стульчики
• Увлажнители
• Насекомые Репелленты
• Коляски
• Солнцезащитные кремы
• Термометры

Все младенцы и дети

Подробнее о младенцах и детях

Решаем, когда пора обновить автокресло вашего ребенкаНовостиВидеоОбзоры всех продуктовАвтомобили

Исследовательские автомобили

• Все новые и подержанные автомобили Рейтинги
• Кабриолеты
• Гибриды / электромобили
• Роскошные автомобили
• Минивэны
• Пикапы
• Седаны
• Малые автомобили
• Внедорожники
• Фургоны

Покупка автомобилей и цены

• Build & Buy
• Buying Service®
Рынок подержанных автомобилей
• Руководство по покупке автомобилей
• Оценщик стоимости автомобиля
• Покупка всех автомобилей и ценообразование

Техническое обслуживание и ремонт

• Шины
• Автомобильные аккумуляторы
• Помощник по ремонту автомобилей
• Все обслуживание и ремонт

Все автомобили

Подробнее об автомобилях

Best Новые предложения автомобилейНовостиВидеоПодкаст Talking CarsВсе обзоры продуктовЭлектроника

Самые популярные

• Руководство CR по коронавирусу
• Компьютеры
• Камеры
• Клавиатуры Ergo
• Мыши Ergo
• Наушники
• HDTV Антенны
• Ноутбуки
• Ноутбуки
• Смартфоны
• Смарт-часы
• Звуковые панели
• Плееры потокового мультимедиа
• Планшеты
• Телевизоры
• Беспроводные маршрутизаторы

Вся электроника

Подробнее об электронике

Лучшие ноутбуки 2020 года НовостиВидео Все обзоры продуктов Здоровье

Самые популярные 90 173

• Руководство CR по коронавирусу
• Измерители уровня глюкозы в крови
• Мониторы артериального давления
• Электровелосипеды
• Электрические зубные щетки
• Эллиптические тренажеры
• Магазины очков и контактных линз
• Фитнес-трекеры
• Этикетки для пищевых продуктов
• Красители для волос
• Слуховые аппараты
• Увлажнители
• Репелленты от насекомых
• Солнцезащитные кремы
• Беговые дорожки
• Витамины и добавки

Все о здоровье

Подробнее о здоровье

Будьте в курсе о коронавирусе НовостиВидео Все обзоры продуктов Дом и сад

2 Самые популярные

2 Самые популярные Коронавирус

Надувные матрасы

Сиденья для биде и принадлежности для биде

Полы

Генераторы

Газовые грили

Краски для внутренней и внешней отделки

Газонокосилки

Воздуходувки

Камеры домашней безопасности

Системы домашней безопасности

Домашние окна

Матрасы

Подушки

Листы

Детекторы дыма и CO

Снегоуборочные машины

Руководство для штормов и аварийных ситуаций

Триммеры для струн

Туалеты

Фильтры для воды

All Home И сад

Подробнее о доме и саду

Лучшие матрасы 2020 года НовостиВидеоВсе обзоры продуктовДеньги

Самые популярные

• Справочник CR по коронавирусу
• Авиакомпания
• Страхование автомобиля
• Кредитные карты
• Магазины очков и контактных линз
• Продуктовые магазины и Супермаркеты
• Страхование домовладельцев
• Багаж
• Аптеки
• Карты предоплаты
• Руководство по пенсионному планированию
• Карты вознаграждений

Все деньги

Подробнее о деньгах

Лучшие бренды регистрируемого багажаНовостиВидеоНовостиВопросы, имеющие значениеКорон КонфиденциальностьПродукция безопасностиПримите мерыО нас

Войти

Войти

Стать участником Пожертвовать

• Ежемесячное пожертвование
• Единовременное пожертвование
• Другие способы сделать взнос

ПоискВсе продукты AZ

Войти

Войти

Стать участником

Ежемесячное пожертвование

Единовременное пожертвование

Другие способы пожертвовать

Маленькие моторы для роботов для тяжелых обязанностей | Сервоприводы постоянного тока от Rozum Robotics

Как и любая компания, участвующая в инженерном проекте по созданию роботизированной руки, Розум однажды также получил задание получить сверхмощный, но небольшой мотор для робота.Мы исследовали рынок и конструкции, предлагаемые потенциальными конкурентами, изучили спецификации различных типов приводов и, наконец, остановились на сервомеханизмах. Прочтите, чтобы узнать почему.

Моторы для малых роботов: проблемы

Из-за меньшего размера малые двигатели обычно имеют ограниченную нагрузочную способность, поэтому миниатюрные приводы предпочтительнее в системах, где компактность более важна, чем мощность. Однако в робототехнике одинаково важны малые размеры и значительный выходной крутящий момент.Большинство инженеров также упомянули бы отличную динамику, отзывчивость и операционную эффективность в качестве основных стандартов для решения роботизированного управления движением.

Чтобы максимизировать плотность крутящего момента и эффективность без увеличения массы или занимаемой площади, обычно используют высококачественные подшипники и редкоземельные магниты или добавляют редуктор. Вышеуказанные меры удорожают работу, но влекут за собой определенные нюансы, влияющие на производительность робототехнических систем. Например, люфт зубчатой ​​передачи может отрицательно сказаться на точности и воспроизводимости.

Итак, возможно ли получить «маленький», «мощный» и «экономичный» в одном и том же двигателе?

Меньшие варианты с большими преимуществами

Принимая во внимание огромное разнообразие доступных приводов, выбор двигателя для привода робота всегда является трудным решением. Гидравлический, пневматический или электрический — зависит от типа энергии, подаваемой для движения машины. По большому счету, наиболее часто выбираемые варианты соответствуют трем электродвигателям:

• щеточный или бесщеточный двигатель постоянного тока (DC)
• шаговый
• сервомеханизм

Привод постоянного тока с щеткой

Основными элементами щеточного двигателя являются статор с постоянными магнитами и щетками, а также ротор, состоящий из выходного вала, токопроводящих катушек и коммутатора.Принцип работы следующий:

• Установленный в фиксированном положении по окружности ротора, статор создает постоянное магнитное поле.
• Ротор также генерирует электромагнитное поле, но только при наличии тока. Привлекательное взаимодействие двух полей заставляет ротор вращаться. Последовательность включения отдельных катушек синхронизирована с движением полюсов статора.
• Коммутаторы, обычно сделанные из меди, контактируют с угольными щетками, расположенными на статоре.Механическая коммутация меняет направление тока через катушки, что позволяет непрерывному вращению генерировать крутящий момент.
Очевидные преимущества этого типа двигателя — простота логики управления, низкая стоимость и общедоступность. В приложениях с высокими требованиями к крутящему моменту, таких как роботизированные манипуляторы, использование двигателя означает не ту лошадь: трение щетки имеет тенденцию увеличиваться с увеличением скорости, а момент силы падает. Существуют также потенциальные риски искрообразования, что снижает безопасность.

Бесщеточный привод постоянного тока

В бесщеточном механизме составные части по существу такие же, как и в щеточном приводе, за исключением того, что узел коммутатора отсутствует.Расположение магнитов и катушек обратное: постоянный тип находится на роторе, а электромагниты — на статоре. Управление последовательностью подачи питания осуществляется не через контакт щеточного коммутатора, а через управляющую электронику, взаимодействующую с катушками статора.

Хотя бесщеточные двигатели более эффективны, менее шумны и меньше по размеру, чем щеточные аналоги, они более дорогие. С одной стороны, отсутствие механической коммутации исключает механический износ и гарантирует безискровую работу.С другой стороны, это требует использования датчика для отслеживания положения магнита, что затрудняет переключение тока.

Двигатель достаточно мал, чтобы быть приводом робота-манипулятора, но ему не хватает точной обратной связи по параметрам движения и контроллера, обеспечивающего динамическое управление. Добавление шестерни к двигателю постоянного тока — это жизнеспособный метод увеличения крутящего момента, повышающий способность робота справляться с нагрузками.

Шаговый

Шаговые приводы управляются посредством электрических импульсов, которые заставляют устройства двигаться на определенное количество шагов — отсюда и произошло название.Порядок сигналов определяет ход дополнительных ходов. Частота импульсов влияет на частоту вращения, тогда как общее количество импульсов соответствует общему расстоянию, которое должен пройти механизм.

Постепенно перемещаясь, шаговые двигатели обеспечивают точное позиционирование — даже без использования энкодера или любого другого датчика, что упрощает как интеграцию, так и работу. Вместе с выдающимся крутящим моментом и небольшими размерами эта функция делает двигатели идеальной альтернативой для использования в роботизированной руке или в любом другом аналогичном приложении, требующем точного управления.

Устройства могут работать в нескольких режимах — с полным или половинным шагом или микрошагом. Полный шаг позволяет передать максимальное количество вращательной силы и улучшить скоростные характеристики. Меньшее угловое разрешение в полушаговом режиме приводит к более плавной работе. Микрошаг уменьшает вибрацию, шум и рывки.

Что касается недостатков, шаговые двигатели потребляют значительную мощность, что сказывается на их общей эффективности. Механизмы имеют низкое отношение крутящего момента к моменту инерции и становятся неустойчивыми к верхнему пределу допустимого диапазона скоростей.

Точность механизмов несколько снижена из-за отсутствия обратной связи, сигнализирующей о пропущенных шагах. По этим причинам двигатель с разомкнутым контуром управления не всегда является лучшей альтернативой для создания робота, особенно если машина имеет сложную конструкцию или требует быстрого ускорения.

Использование сервоприводов в роботе: плюсы и минусы

Подобно шаговым двигателям, сервомеханизм работает на командных импульсах, сообщающих ему, куда двигаться. В зависимости от конструкции двигатель может переключаться линейно или поворачиваться на определенные углы.В отличие от обычных двигателей, вращение является непрерывным, что важно, если вы хотите установить робота на колеса.

Точность позиционирования выдающаяся благодаря регулированию с обратной связью на основе обратной связи от энкодера или аналогичного преобразователя, что является ключевым преимуществом в робототехническом проекте. Двигатель имеет небольшие размеры, но обеспечивает значительный крутящий момент. Такое соотношение размеров и усилий достигается за счет интегрированного расположения шестерен.

Утверждается, что сервомеханизмы

обеспечивают быстрый и динамичный отклик, обрабатывая очень частые запуски и остановки.В отличие от шаговых двигателей, устройства не демонстрируют снижения производительности на повышенных скоростях. Более того, серводвигатели способны поддерживать точность движения во время нескольких операций, что, несомненно, является преимуществом для роботизированной руки в промышленном применении.

Самый большой недостаток — дороговизна. На самом деле азиатские продавцы продают более дешевые модели, но качество в основном некачественное. Когда это двигатель от известного европейского или американского производителя, цена начинается от тысячи долларов, достигая ста тысяч долларов за полностью индивидуальное решение.Еще один недостаток — увеличиваются сроки выполнения индивидуальных заказов.

Серводвигатели от Rozum Robotics

Принимая во внимание аргументы в пользу цены и времени, Rozum Robotics решила спроектировать и построить собственный двигатель, адаптированный к роботизированной руке PULSE. Поставляемые приводы RDrive представляют собой бесщеточные двигатели переменного тока со встроенным контроллером, двумя магнитными энкодерами и двумя подшипниками под капотом.

Помимо небольших размеров и выдающегося момента силы, механизмы обладают рядом характеристик, желаемых в робототехническом проекте:

• Интеграция с минимальными усилиями: конструкция корпуса сервопривода с полым валом предлагает средства для реализации различных монтажных схем при прокладке кабелей и других инженерных сетей через отверстие в центре.
• Идеальное позиционирование и повторяемость с точностью до дюйма: обратная связь от двух магнитных абсолютных энкодеров в сочетании со встроенным контроллером позволяет быстро реагировать на команды и оперативно регулировать аномальные параметры.
• Гибкость и возможность подключения: можно настроить несколько сервомеханизмов для работы на одной шине CAN, обмениваясь данными друг с другом и с мастером сети. Вариантов настройки достаточно, что дает пользователю возможность создавать роботов разной конфигурации.
• Отсутствие влияния зубчатой ​​передачи на точность: зубчатая передача с волновой деформацией, помещенная в корпус сервопривода, позволяет существенно увеличить момент силы, при этом отсутствие движения становится на дюйм менее точным.

Ничто не мешает вам повторить эксперимент и разработать сервопривод самостоятельно, но будьте готовы инвестировать в проект большие суммы времени, усилий и денег. Или же вы можете просто приобрести двигатель RDrive от Rozum Robotics по привлекательной цене. Наши специалисты установят для вас стандартную модель или адаптируют ее под ваши требования.

Характеристики бесщеточного двигателя

| Бесщеточный клинок

Что касается бесщеточных двигателей, вам следует знать и понимать несколько спецификаций.

Эти характеристики помогут вам выбрать правильный мотор для вашего коптера и помогут сравнить моторы друг с другом.

В этой статье я буду обсуждать только бесщеточные двигатели , так как это тип бесщеточного двигателя , с которым мы имеем дело исключительно в увлечении квадрокоптерами.

1. Внутренние выработки
2. Внешний вид
3. Электрооборудование
4. Выбор мотора

Внутренние выработки

Бесщеточные двигатели состоят из двух основных частей: ротора и статора .В зависимости от положения этих компонентов у вас есть либо ведомый, либо ведомый двигатель.

Статор — это часть двигателя с намотанными на него обмотками, а также неподвижная часть. Ротор — это часть с магнитами и, как следует из названия, вращающаяся часть.

В двигателях с внешними побегами статор находится внутри, а ротор (раструб) — снаружи. С внутренними двигателями все наоборот. Двигатель Inrunner обычно используется в автомобилях RC.

Внешний вид

Наиболее очевидные характеристики относятся к внешнему виду двигателей.Практически каждый двигатель имеет размер , размер статора — диаметр , а точнее высота статора .

Давайте посмотрим на некоторые размеры двигателей: 0802, 1103 или 2207 . Первые две цифры обозначают диаметр статора. Вторая пара цифр указывает высоту статора.

В случае 0802 08 указывает, что статор имеет диаметр 8 мм и высоту 2 мм 08 02 . 1103 указывает, что диаметр статора составляет 11 мм, а высота статора — 3 мм.

На большинстве бесщеточных двигателей вы можете найти эту числовую последовательность где-нибудь на звонке, обычно вместе с номиналом KV.

Есть также последовательности, которые символизируют доли миллиметра. Здесь вы должны догадываться из контекста, как их интерпретировать. Возьмем, например, двигатель со следующей спецификацией: 08028

Первые два числа — это снова диаметр, поэтому 8 мм, последние три числа — это высота, то есть 2,8 мм. Обычно производители используют полные миллиметры и просто округляют размеры в меньшую сторону, но, поскольку я знаю хотя бы один двигатель такого «уродливого» размера, я подумал, что упомянул бы об этом.

Диаметр вала

Диаметр вала чрезвычайно важен, когда речь идет о двигателях большого размера. Большинство 3-, 4- и 5-дюймовых двигателей имеют диаметр вала 5 мм — это легко и просто.

Электродвигатели

размером с крик имеют диаметр вала 0,8, 1,0 и 1,5 мм — это измерение чрезвычайно важно, поскольку оно ограничивает количество опор, которые вы можете использовать на своем двигателе.

Обычно больший диаметр вала также указывает на большую прочность, но это также зависит от материала, из которого изготовлен вал.

Я настоятельно рекомендую использовать вал диаметром 1,0 мм или 1,5 мм. С 2S я определенно выбрал бы 1,5 мм, так как вы получаете больший удар при столкновении и можете использовать дополнительную жесткость вала.

Вес

Это очевидно — вес мотора. Но легче не всегда значит лучше. Иногда более тяжелый двигатель может быть лучшим выбором, потому что его компоненты могут быть более прочными, например, двигатель может иметь более толстый вал.

Будьте осторожны при сравнении веса, некоторые производители указывают вес без учета проводов двигателя, который может составлять до 1.5 г, в зависимости от длины и наличия разъема двигателя.

Монтажный образец

Схема установки указывает на то, как разнесены отверстия в нижней части двигателя и какие винты используются. У двигателей большего размера обычно есть четыре монтажных отверстия для винтов M3.

Для двигателей меньшего размера, выполненных в стиле «крик», очень часто имеют три монтажных отверстия . Чаще всего используются винты M1.4 или M1.6 . Особенно при наличии 3 монтажных отверстий все эти отверстия будут одного диаметра.В более старых, более крупных двигателях было обычным делом иметь два отверстия на одном диаметре и два на другом, просто для совместимости с более широким диапазоном рам, но в настоящее время все четыре отверстия имеют одинаковый диаметр.

Обычно производитель предоставляет технический чертеж двигателя, на котором вы можете увидеть диаметр и размер винта монтажной схемы.

Шариковые подшипники или втулки

Это не столько тема для двигателей большего размера, поскольку в основном все они имеют шарикоподшипники.Но с двигателями меньшего размера довольно много, в которых вместо шариковых подшипников используются втулки. Это не обязательно означает, что моторы плохие. В некоторых случаях втулка будет работать так же хорошо, как и шариковые подшипники, а для двигателей некоторых размеров просто нет шарикоподшипников, которые подошли бы.

Обычно двигатели с шарикоподшипниками более плавные и долговечные, с другой стороны, шарикоподшипник может заклинивать, а с втулкой этого не случится. Втулки обычно изготавливаются из бронзы, и их следует время от времени смазывать.

По определению втулка является подшипником, но не все подшипники являются втулками.

Электрооборудование

Хотя большинство из следующих характеристик также основаны на внешнем виде, может быть не так просто определить их значение, просто взглянув на сам двигатель, поскольку они также зависят, например, от типа и количества обмоток на статоре.

КВ

Многие путают это с киловольт , что не имеет смысла даже в контексте бесщеточного двигателя.Рейтинг KV указывает на об / мин / об / об или, другими словами:

Оборотов в минуту на один вольт, приложенный к двигателю без нагрузки.

Когда в уравнение добавляется пропеллер, фактическое число оборотов / об / мин должно снизиться примерно до 75-80% от указанного значения — тогда это считается соответствующей нагрузкой для двигателя.

Например: двигатель с номинальной мощностью 15000 кВ совершит 15000 оборотов на каждый приложенный вольт. Когда этот двигатель питается от батареи 1S, он составит 15000 * 3.7 = 55500 оборотов в минуту без нагрузки.

Таким образом, с соответствующим винтом, питаемым от батареи 1S, двигатель должен совершить где-то между 42000 и 44000 оборотов в минуту.

Чтобы выбрать правильный KV, вы должны сначала решить, на скольких элементах вы хотите работать, а значит, сколько вольт будет запитывать двигатель.

Для низкого количества ячеек вы выбираете более высокое значение KV, а для большого количества ячеек — более низкое KV. Есть некоторые диапазоны KV, которые будут хорошо работать для нескольких подсчетов ячеек (например, с 1S или 2S), но обычно каждый рейтинг KV имеет свою золотую середину с определенным количеством ячеек.

Во многом это личные предпочтения, а также сильно зависят от выбранной опоры.

То же самое ощущение может быть достигнуто с помощью разных комбинаций, например, двигатель с 1600 кВ на 6S будет очень похож на двигатель 2400 кВ на 4S — оба они приводят к одинаковым оборотам.

Тяга

Тяга сильно зависит от выбранной стойки и подаваемого напряжения. Иногда двигатель поставляется с такими характеристиками, если это так, то обычно для пары различных конфигураций пропеллеров и положений дроссельной заслонки.

Например: двигатель, питаемый от батареи 2S с винтом 1220, имеет тягу 20g при 50% дроссельной заслонке. Это означает, что при дроссельной заслонке 50% двигатель может двигаться на 20g.

Тяга обычно увеличивается с увеличением газа, то есть чем быстрее вращается двигатель, тем выше тяга. Тяга визуализируется в виде кривой, ось Y представляет собой тягу, а ось x — положение дроссельной заслонки — это может быть линейным, но в большинстве случаев имеет более синусоидальную форму.

Чтобы получить общую тягу для вашего коптера, вы умножаете тягу одной комбинации двигателей с винтами на четыре, так как у вас четыре двигателя, и тогда вы знаете, какой вес ваши двигатели могут двигаться в лучшем случае.

Отношение тяги к массе

Отношение доверия к весу является показателем мощности вашего квадрокоптера. Вы берете общую тягу и делите ее на AUW ( A ll U p W восемь) вашего квадрокоптера.

Продолжая пример, приведенный выше, у нас есть четыре двигателя с тягой 20 г каждый при половинном открытии дроссельной заслонки, таким образом, общая тяга 80 г и вес коптера 40 г.

Это означает, что отношение тяги к весу составляет 80/40 = 2.Поскольку соотношение тяги к весу зависит от положения дроссельной заслонки, она перемещается относительно кривой дроссельной заслонки.

Практическое правило: отношение тяги к весу должно быть не менее 2.

Выбор мотора

Выбор двигателя можно сделать разными способами. Вы либо уже знаете компоненты, которые будете использовать, и выбираете двигатель на основе этого, либо сначала выбираете двигатель, а затем основываете все остальные компоненты на своем выборе двигателя.

Выбор двигателя зависит от рамы, предполагаемого рабочего напряжения, регуляторов скорости и стоек.

При создании нового коптера я обычно сначала выбираю рабочее напряжение и размер батареи, затем выбираю раму и, исходя из этого, выбираю двигатель. После выбора двигателя я перехожу к ESC и полетному контроллеру. К сожалению, в большинстве случаев это будет контроллер полета AIO, который также содержит ESC.

Я знаю, что другие делают наоборот — некоторым сначала нравится выбирать двигатель, а потом двигаться дальше.На самом деле нет правильного или неправильного пути — я думаю, это зависит от того, какой компонент, по вашему мнению, является для вас наиболее важным, и, следовательно, какой из них вы выберете в первую очередь и основываете остальные компоненты.

Что такое бесщеточный двигатель постоянного тока? > ENGINEERING.com

Что такое бесщеточный двигатель постоянного тока?
Курт Уилсон отправлено 24 июля 2014 г. |
Бесщеточный двигатель постоянного тока на самом деле является синхронным двигателем переменного тока с постоянными магнитами.

Бесщеточный двигатель постоянного тока — это двигатель переменного тока.В частности, это синхронный двигатель с постоянными магнитами (AC) (PMSM).

Так почему, спросите вы, он называется бесщеточным двигателем постоянного тока?

Термин «бесщеточный двигатель постоянного тока» — это маркетинговый термин. Намерение состояло в том, чтобы продать эти двигатели в качестве замены щеточных двигателей постоянного тока в сервоприводах. Предполагалось, что эти двигатели с соответствующими сервоприводами станут заменой щеточных двигателей постоянного тока и их приводов. Двигатель предназначен для работы от шины постоянного тока через схему электронного инвертора, а не напрямую от линий переменного тока.

Почему вы хотите заменить щеточный двигатель постоянного тока на «бесщеточный» двигатель постоянного тока?
Управлять щеточными двигателями постоянного тока легко и недорого, поскольку коммутация фаз осуществляется механически внутри двигателя за счет ориентации щеток на статоре относительно сегментов стержня коллектора на роторе.

Однако у них есть несколько важных недостатков. Щетки изнашиваются, требуют периодической замены, а частицы износа делают их непригодными для использования в чистой среде.Искрение означает, что их нельзя использовать во взрывоопасных средах. В высокоточных приложениях трение затрудняет быстрое и точное позиционирование. Тот факт, что ток проходит через ротор, где трудно рассеять образующееся тепло, значительно ограничивает номинальный постоянный ток.

Бесщеточные двигатели с обмотками на статоре устраняют все эти проблемы. Коммутация тока в фазах должна производиться электронным способом. Раньше это было сложно и дорого, но теперь это просто, и комбинация двигатель / привод с заданным рейтингом часто дешевле, чем сопоставимая пара щеточный двигатель / привод.

В чем разница между бесщеточным двигателем постоянного тока и бесщеточным двигателем переменного тока?
Опять же, это маркетинговые термины. Оба являются AC PMSM. Бесщеточный двигатель постоянного тока оптимизирован для максимально плавной работы с прямоугольными (но все же переменными) входами тока на фазы. Бесщеточный двигатель переменного тока оптимизирован для наиболее плавной работы с синусоидальным переменным током, подаваемым на фазы.

Более наглядная терминология обозначает «бесщеточные» двигатели постоянного тока как «с трапециевидной намоткой», при этом обратная ЭДС и кривые крутящего момента в зависимости от угла имеют (примерно) трапециевидную форму, а «бесщеточные двигатели переменного тока» — как «синусоидальные» причем эти кривые имеют синусоидальную форму.

Как выбрать между бесщеточным двигателем постоянного тока и бесщеточным двигателем переменного тока?
Бесщеточные двигатели постоянного тока оптимально управляются с помощью простой коммутационной логики переключения, направляя команды в соответствующие фазы на основе датчика угла с низким разрешением, часто на эффекте Холла. Бесщеточные двигатели переменного тока оптимально управляются с помощью более сложных алгоритмов, требующих математических возможностей. Хотя логика переключения, обычно называемая «шестиступенчатой» коммутацией, менее затратна, она приводит к большей пульсации крутящего момента и скорости, особенно в точках переключения.

Многие приложения пытались использовать шестиступенчатую коммутацию, чтобы сэкономить несколько долларов, но в результате оставляли какой-то след на детали, с которой работают, в каждой точке переключения. Переход на двигатель с синусоидальной обмоткой с более сложной синхронизацией с синусоидальной коммутацией мгновенно устранил проблему. В сервоприводах позиционирования уже есть датчик положения с высоким разрешением для контура обратной связи, поэтому использование этого датчика для коммутации также не требует дополнительных затрат.

В чем разница между этими бесщеточными двигателями и двигателями, продаваемыми как синхронные двигатели переменного тока?
Как ни странно, двигатели, продаваемые как синхронные двигатели переменного тока, также имеют механизм генерации асинхронного крутящего момента, а эти бесщеточные двигатели — нет. «Синхронный двигатель переменного тока» предназначен для использования с источником питания фиксированной частоты, обычно 50 или 60 Гц, поэтому требуется отдельный механизм для включения синхронизма. (Чаще всего он действует как асинхронный двигатель, пока не заблокируется на синхронной скорости.) «Бесщеточный двигатель» предназначен для использования с каким-либо инвертором переменной частоты, обычно с обратной связью, поэтому этот другой механизм не нужен.

Об авторе:
Курт Уилсон — вице-президент по проектированию в Delta Tau Data Systems, фирме, занимающейся промышленным управлением.

Курт является членом Гильдии инженеров-писателей по адресу www.eng-tips.com . Он также является членом Форума Eng-Tips, MVP и членом их Круглого стола.Следуйте за Куртом (cswilson) по телефону http://www.eng-tips.com/userinfo.cfm?member=cswilson .

.

No related posts.