Чем отличается коллекторный мотор от бесколлекторного: Чем отличается коллекторный двигатель от бесколлекторного?

Преимущества бесколлекторных двигателей

Лучшие Цены и СрокиЛучшие ЦеныЛучшие СрокиЛучшее Количество

Опт

Розница

Искать по совпадению

Оптовая цена доступна при обороте от 300 т.р. в месяц. Срок доставки указан в рабочих днях начиная со следующего дня до нашего склада (Новосибирск, Москва).

Замены (кроссы) на сайте используются только в виде справочной информации. Просьба перепроверять их с помощью оригинальных программ, каталогов и сайтов производителей з/ч.

Чтобы лучше понять, что такое бесколлекторные двигатели и как они работают, нам нужно взглянуть на их классических предшественников коллекторные двигатели.

Двигатели постоянного тока существуют уже более ста лет и долгое время считались стандартной технологией двигателей. Несмотря на развитие бесколлекторных двигателей, коллекторные двигатели остаются актуальными до сегодняшнего дня, особенно для недорогих применений.

Бесколлекторные двигатели были впервые разработаны в 1960-х годах и считались более эффективной альтернативой коллекторным двигателям. В настоящее время бесколлекторные двигатели можно найти в высококлассных приложениях и устройствах, таких как компьютерные жесткие диски, электромобили и DVD-плееры. Они особенно предпочтительны для устройств с батарейным питанием, таких как беспроводные инструменты, из-за их повышенной эффективности, что приводит к более длительным циклам работы батареи.

Бесколлекторные двигатели имеют роторы и статоры. Как следует из их названий, ротор-это компонент двигателя, который вращается, в то время как статор-это компонент, который остается неподвижным.

В коллекторном двигателе ротор расположен в центре двигателя, окруженный статором, который имеет пару магнитов с противоположной полярностью.

Вращение ротора коллекторного двигателя приводится в движение изменяющимся магнитным полем. Это изменяющееся магнитное поле становится возможным благодаря коллектору со щетками, которые входят в контакт с источником тока при вращении центрального вала.

Бесколлекторные двигатели используют совершенно иной подход к созданию изменяющегося магнитного поля. Вместо центрального ротора ротор бесколллекторного двигателя фактически окружает статор. В этом случае ротор имеет постоянный набор магнитов, который реагирует на изменение магнитного поля статора.

Статор бесколлекторного мотора может состоять из 6 или более пар электрических катушек, каждая из которых способна генерировать собственное магнитное поле. По мере вращения ротора магнитное поле каждой катушки изменяется поочередно, что еще больше стимулирует вращение ротора.

Регулирование тока в каждой электрической катушке осуществляется с помощью электронного регулятора скорости (ESC), так называемого потому, что он способен контролировать пропускную способность всего двигателя.

На поверхности легко отличить коллекторный двигатель от его бесколлекторного аналога. Коллекторные двигатели имеют более длинную и цилиндрическую форму из-за увеличенной массы. Они также часто имеют вентиляционные отверстия, так как постоянный контакт щеток через некоторое время генерирует тепло. Из них торчат два провода, которые соединяются с положительными и отрицательными клеммами источника питания.

Бесколлекторные двигатели короче и компактнее. Они имеют меньше движущихся частей, а бесконтактная технология означает, что она генерирует меньше тепла из-за трения. Бесколлекторные двигатели обычно имеют три или более проводов, выступающих из них, и они обычно подключаются к ЭКУ.

В настоящее время бесколлекторные двигатели можно найти в большинстве современных электронных устройств. Они используются в промышленных приложениях, таких как самолеты, медицинские приборы, производственное оборудование и инструменты, а также робототехника. В потребительских товарах их можно найти в электрических скутерах, беспроводных дрелях, DVD-плеерах, пылесосах и стиральных машинах. Несмотря на сохраняющуюся популярность коллекторных моторов, нетрудно представить, что это часть технологии, которая в конечном итоге будет считаться устаревшей.

Преимущества бесколлекторных двигателей

1. Меньше обслуживания

Коллекторные двигатели печально известны тем, что имеют детали, которые через некоторое время изнашиваются, требуя частого демонтажа и замены деталей. Это связано с тем, что щетки коммутатора должны поддерживать почти постоянный контакт с клеммами источника питания, даже когда коммутатор быстро вращается. Когда щетки изнашиваются и больше не могут поддерживать контакт, коллекторный двигатель постоянного тока в основном становится бесполезным. На самом деле между ротором и статором бесколлекторного двигателя практически нет контакта, поэтому износ значительно снижается.

2. Более эффективный

Постоянный контакт щеток с силовыми клеммами коллекторного двигателя необходим для поддержания его вращения. Однако трение, которое это создает, означает, что огромная часть энергии, генерируемой вращательным движением, тратится впустую в виде тепла. Как правило, КПД коллекторных двигателей ограничен в диапазоне от 75% до 80%.

С другой стороны, бесколлекторные двигатели генерируют очень мало тепла. При быстром вращении ротора все еще есть некоторая потеря энергии из-за трения воздуха, но она минимальна. Такие двигатели способны обеспечить КПД до 90%.

3. Более длительный срок службы

Ускоренный износ из-за постоянного контакта щеток и энергии, выделяемой в виде тепла, означает, что коллекторные двигатели, как ожидается, сломаются гораздо раньше, чем бесколлекторные. Без возможности остыть накопление тепла в коллекторных двигателях может легко нарушить целостность их катушек или щеток.

Было показано, что бесколлекторные двигатели служат несколько лет при минимальном техническом обслуживании, пока они не повреждаются из-за аварии. Возможно смещение центрального вала или попадание мелких частиц песка и грязи в механизм двигателя. Эти условия, безусловно, уменьшат долговечность мотора.

4. Меньше по размеру

Бесколлекторные двигатели имеют меньшее количество движущихся частей, что дает им преимущество в компактности.

5. Меньше шума

Большая часть шума, создаваемого коллекторными двигателями, происходит из-за контакта щеток с клеммами питания. Несмотря на использование смазочных материалов для уменьшения трения, это неприятность, которая неизбежна при использовании коллекторных моторов.

Бесколлекторные двигатели гораздо тише. Хотя быстрое вращение ротора все еще создает характерный “жужжащий” звук, это все еще огромное улучшение по сравнению с визжащим звуком, к которому мы привыкли с коллекторными двигателями.

Более поздние разработки также привели к появлению бесколлекторных двигателей, которые вращаются более плавно, устраняя шум.

Недостатки бесколлекторных двигателей

1. Дорого

Причина номер один, почему бесколлекторные двигатели не получили такого широкого распространения, как мы ожидали, заключается в том, что они намного дороже.

Бесколлекторные двигатели имеют более сложный набор электромагнитов. Больше электромагнитов означает больше проводящего материала катушки, который часто является одним из самых дорогих компонентов двигателя. Бесколлекторные двигатели также требуют дополнительного обслуживания.

2. Сложная проводка

Бесколлекторные двигатели не так просты, как кажется. Еще одним огромным преимуществом коллекторного двигателя является то, что он может быть легко подключен к источнику постоянного тока для его работы. Исходя из концепции работы коллекторного двигателя, все, что ему нужно, — это быть подключенным к отрицательным и положительным клеммам источника питания.

Заключительные мысли

Способность преобразовывать электрическую энергию во вращательное движение является одним из величайших технологических достижений нашего времени, открытием, которое породило многие аспекты современной технологии, как мы ее знаем. коллекторные моторы господствуют уже почти сто лет, но бесколлекторные моторы быстро находят свое место в современном мире, где приоритет отдается использованию компактных, надежных и эффективных технологий.

Трёхфазный бесколлекторный двигатель BLDC

1. Двигатель стиральной машины с прямым приводом

Пожалуй уже каждый слышал о стиральных машинах с прямым приводом барабана. Но до сих пор, даже не все специалисты по ремонту стиральных машин знают как устроен и как работает двигатель в такой машине.

Сама идея конечно не новая, ведь за основу взят шаговый двигатель, который уже давно получил распространение во многих электротехнических устройствах. А вот первое применение его в конструкции стиральной машины в качестве привода барабана, принадлежит корейскому концерну LG. С середины 2005 года, компания LG начала активно продвигать свою продукцию, заявляя о 10-ти летней гарантии на двигатель для стиральных машин с прямым приводом.

Сегодня, помимо LG, компании Samsung, Haier и Whirpool в ряде моделей стиральных машин стали применять подобные двигатели. Забегая вперёд, можно сказать, что компания LG не просчиталась и двигатель для прямого привода барабана действительно довольно надёжный и имеет преимущество по сравнению с более традиционным и распространённым коллекторным двигателем.

2. Устройство двигателя

Двигатель стиральной машины с прямым приводом, представляет собой трёхфазный бесколлекторный двигатель постоянного тока, отчасти похожий на шаговый двигатель, но это не совсем так. В иностранной литературе его ещё часто называют BLDC (Brushless Direct Current Motor — бесщёточный мотор постоянного тока), для удобства мы тоже будем применять эту аббревиатуру.

Такой двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Различают два вида подобных двигателей:

Inrunner, у которых магниты ротора находятся внутри статора с обмотками, и Outrunner, у которых магниты расположены снаружи и вращаются вокруг неподвижного статора с обмотками. В стиральных машинах с прямым приводом применяется Outrunner тип двигателя.

В этой статье мы ознакомим с устройством двигателя от стиральной машины LG.

3. Ротор

Рис.2 Ротор двигателя стиральной машины LG с прямым приводом

Ротор BLDC — вращающаяся часть двигателя (Рис.2) По форме напоминает чашу, к внутренней стороне которой специальным клеем крепятся магниты прямоугольной формы. Магниты всегда имеют чётное количество и установлены с чередованием полюсов. В нашем случае установлено 12 магнитов, размер которых зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу. В центре ротора есть специальное посадочное отверстие с насечками, что позволяет, при помощи болта или гайки, закрепить ротор напрямую к валу барабана.

С внешней стороны ротора, продавлено 10 щелей образующих на обратной его стороне небольшие лопасти для охлаждения обмоток статора.

4. Статор

Рис.3 Статор двигателя стиральной машины LG с прямым приводом

Статор BLDC — неподвижная часть двигателя и крепится к задней части бака стиральной машины (Рис.3) Статор состоит из нескольких листов магнитопроводящей стали заключённый в пластиковый каркас, который служит изолятором. В целом, каркас статора напоминает круг с прямоугольными зубьями. На каждый зуб статора наматывается катушка.

Обмотка трёхфазного бесколлекторного двигателя изготовлена из медной проволоки толщиной 1 мм. Классическая обмотка выполняется одним проводом для одной фазы, то есть все обмотки на зубьях одной фазы соединены последовательно. В данном случае статор имеет 36 зубьев — это значит по 12 зубьев на одну фазу. Сопротивление обмотки каждой фазы порядка 10 Ом.
Как известно, в трёхфазных двигателях, обмотки соединяют по схеме звезда или треугольник.
В нашем случае, обмотки статора соединены по схеме звезда, т.е. концы фаз имеют общую точку (Рис.4)

Поскольку в каждый момент времени работают только две фазы (при включении звездой), магнитные силы воздействуют на ротор неравномерно по всей окружности (Рис.5).

Силы, воздействующие на ротор, стараются его перекосить, что приводит к увеличению вибраций. Для устранения этого эффекта статор делают с большим количеством зубьев, а обмотку распределяют по зубьям всей окружности статора как можно равномернее (Рис.6)

Рис.4 Соединение обмоток по схеме «звезда»

Рис.5 Воздействие магнитных сил на ротор

Рис.6 Распределение магнитных сил в обмотке с несколькими зубьями

В двигателе стиральной машины LG, распределение фазных обмоток, а также относительное положение ротора и статора можно увидеть ниже (см. Рис.7). На схеме производителя, фазные обмотки обозначают буквами : V, W, U

Рис.7 Трёхфазный двигатель постоянного тока (BLDC) стиральной машины LG (общий вид)

Для контроля положения ротора применяется датчик работающий на эффекте Холла. Датчик реагирует на магнитное поле и поэтому его располагают на статоре таким образом, чтобы магниты ротора воздействовали на него.

5. Система управления трёхфазным двигателем (BLDC)

Стоит отметить, что система управления двигателем BLDC и схема её реализации аналогична схеме управления трёхфазным асинхронным двигателем описанной в другой нашей статье. Что бы в точности не повторяться, поясним всё же немного по другому.

Управление двигателем с прямым приводом построено на инверторе напряжения с широтно-импульсной модуляцией. Инвертор — (от лат. inverto — поворачивать, переворачивать) — элемент вычислительной схемы, осуществляющий определённые преобразования сигнала изменяемой амплитуды и частоты. К примеру, в инверторе, сетевое напряжение 220 вольт с частотой 50 Гц, преобразуется в постоянное напряжение, а параметры питания обмоток статора двигателя могут колебаться от 0 до 120 вольт с частотой до 300 Гц.

Двигатель постоянного тока имеет три вывода (т.е. три фазы), на которые в разный момент времени подаётся «+» и «-» питания. Это реализуется при помощи IGBT (биполярных транзисторов с изолированным затвором) представляющие электронные силовые ключи, включённые по мостовой схеме (Рис.8)

Рис.8 Условная схема силовой части инвертора и обмоток двигателя подключённых по схеме «звезда»

Замыкая ключ SW1 подаётся «+» на фазу V, а замыкая SW6 подаётся «-» на фазу U. Таким образом, ток потечет от «+» выпрямителя через фазы V и U. Для обеспечения обратного направления, открывается SW5 и SW2. В этом случае ток потечет от «+» выпрямителя через фазы U и V в обратном направлении. При работе двигателя одновременно должен быть открыт только один верхний и один нижний ключ.

При включении ключей, как показано выше, на двигатель подается полное напряжение питания. При этом двигатель развивает максимальные обороты (мощность). Чтобы обеспечить управление двигателем, нужно регулировать напряжение питания двигателя. Изменение действующего напряжения осуществляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ).

Дадим определение этим терминам:
Широтно-импульсная модуляция (ШИМ) — это управление средним значением напряжения на нагрузке путём изменения скважности импульсов, управляющих ключом. А скважность — это отношение периода следования (повторения) сигнала к длительности (широте) его импульса.

На (Рис.9) представлен график, иллюстрирующий применение трёхуровневой ШИМ для управления электродвигателем, которая используется в приводах асинхронных электродвигателей с переменной частотой. Напряжение от ШИ-модулятора, подаваемое на обмотку двигателя показано в виде прямоугольных импульсов. Пунктирной линией грубо изображён магнитный поток в статоре двигателя. Магнитный поток имеет приблизительно синусоидальную форму, благодаря соответствующему закону ШИМ.

Поэтому, ключи открыты не все время, а открываются, и закрываются с фиксированной частой, но изменяемой скважностью. Таким образом, изменяется действующее напряжение от нулевого до напряжения питания.

Назревает вопрос: зачем нужно менять скважность, зачем эта частота и для чего это всё нужно? Дело в том, что слишком малая частота может быть не эффективной или не обеспечивать необходимой плавности регулирования оборотов двигателя.

Рис.9 График иллюстрирующий напряжение от ШИ-модулятора, подаваемое на обмотку двигателя.

Например: если ротор двигателя имеет два полюса, то при одном полном обороте магнитного поля на статоре, ротор совершает один полный реальный оборот.

При 4 полюсах, чтобы повернуть вал двигателя на один полный оборот потребуется два оборота магнитного поля на статоре. Чем больше количество полюсов ротора, тем больше потребуется электрических оборотов для вращения вала двигателя на один оборот.

В нашем случае, имеется 12 магнитов на роторе. Для того, чтобы провернуть ротор на один оборот, потребуется 12/2=6 электрических оборотов поля. Поэтому, учитывая особенность конструкции двигателя и инверторную систему управления, для питания фаз двигателя необходима электрическая частота значительно выше 50Гц.

Чтобы добиться управления оборотами двигателя нужно наложить сигнал ШИМ, на сигналы, подаваемые на ключи. Для этого, микроконтроллер электронного блока управления, программно формирует ШИМ для каждого из ключей (IGBT). В программу контроллера, производитель закладывает определённый алгоритм и все данные для управления конкретным двигателем.

Мы пояснили немного суть системы управления двигателем, а вот детальный обзор устройства и принцип работы инверторного блока управления — очень объёмный материал и в рамках данной статьи мы рассматривать не будем.

6. Неисправности и диагностика двигателя

Как и говорилось выше, сам по себе двигатель довольно надёжный, относительно простой и в практике известны единичные случаи выхода из строя обмоток статора. Магниты на статоре имеют конечно не самое высшее качество, но их отклеивание или расколы почти не встречались.

Уязвимая деталь, пожалуй только датчик Холла. При возникновении его неисправности, отсутствует сигнал положения ротора, что приводит к некорректной работе системы питания фаз двигателя. В этом случае можно наблюдать, как ротор двигателя стопорится и издаёт дребезжащий металлический звук. В стиральных машинах LG, эта проблема зачастую сопровождается кодом неисправности «SE» на модуле интерфейса.

В отличие от коллекторного двигателя, запустить и проверить трёхфазный двигатель напрямую вне стиральной машины без каких-либо специальных приспособлений не получится, поскольку статор крепится к баку, а ротор к валу барабана стиральной машины. Поэтому, при наличии обычного цифрового мультиметра, можно проверить только сопротивление обмоток фаз статора. В связи с этим, на практике, при диагностировании неисправности, проблемную деталь двигателя или модуль управления, выявляют путём замены детали на заведомо исправную.

7. Преимущества и недостатки BLDC двигателей

Более ярким получится сравнение трёхфазного двигателя (BLDC) с традиционным коллекторным двигателем, которым оснащено большинство стиральных машин.

К преимуществу двигателей BLDC стоит отнести:

• низкий уровень шума
• относительно простая конструкция
• особое позиционирование двигателя в стиральной машине, позволяющее снизить колебание бака
• отсутствие приводного ремня, из-за которого терялась часть полезной энергии двигателя на преодоление сил трения ремня, между шкивом двигателя и шкивом барабана
• отсутствие уязвимого коллекторно-щёточного узла, имеющего ограниченный ресурс и требующего обслуживания

К недостаткам двигателя BLDC относятся:

• достаточно сложная система управления ( по сравнению с коллекторным двигателем)

Справедливости ради, стоит отметить, что двигатель стиральной машины LG с прямым приводом не идеально бесшумный. В момент пуска двигателя, из-за взаимодействия магнитных полей статора с магнитами ротора, возникают колебания последнего, сопровождающиеся характерным металлическим звоном. По мере увеличения оборотов ротора, звук становится более мягким, но всё-равно своеобразным и характерным для всех стиральных машин LG с прямым приводом барабана.

Статья подготовлена интернет-магазином A-qualux.ru

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока

Коллекторные и бесщеточные двигатели, в чем разница

Рисунок 1: Разница между щеточными и бесщеточными двигателями

Коллекторные и бесщеточные двигатели постоянного тока — это два разных типа электродвигателей. Проще говоря, разница в том, что щеточные двигатели имеют электрические контактные щетки, которые заставляют двигатель вращаться. С другой стороны, бесщеточные двигатели используют электронику, а не щетки для вращения двигателя. Другой способ описать это так: бесщеточные двигатели имеют вращающиеся магниты в центре, а щеточные двигатели имеют стационарные магниты снаружи.

На рис. 1 показаны визуальные различия между ними, однако работа каждого из них также совершенно различна. Основное различие между ними заключается в используемом типе коммутации:

1. Метод коммутации :
   • В щеточных двигателях используются механические щетки и коммутатор для переключения направления тока в обмотках, что, в свою очередь, создает магнитное поле для создания крутящего момента и вращения двигателя.
   С другой стороны, бесщеточные двигатели
   • используют электронное управление и магнитные датчики (например, датчики на эффекте Холла) для переключения направления тока в обмотках без какого-либо механического контакта. Это электронное управление часто осуществляется в виде внешнего драйвера или встроенного электронного регулятора скорости (ESC).
2. Эффективность :
   • Бесщеточные двигатели, как правило, более эффективны, чем щеточные двигатели, поскольку они не имеют потерь на трение и энергию, характерных для щеток и коллекторов. Это приводит к повышению производительности, увеличению времени работы и снижению энергопотребления.
3. Техническое обслуживание и срок службы :
   • Коллекторные двигатели требуют большего обслуживания из-за износа щеток и коллекторов, что в конечном итоге может привести к снижению производительности и отказу двигателя. Замена щеток необходима для поддержания оптимальной производительности.
   Бесщеточные двигатели
   • имеют меньше движущихся частей и не имеют механических контактов, что увеличивает срок службы и снижает потребность в техническом обслуживании.
4. Шум и вибрация :
   • Бесщеточные двигатели обычно производят меньше шума и вибрации по сравнению с щеточными двигателями, поскольку они не имеют щеток или коллекторов, которые могут вызывать механический шум.
5. Стоимость и сложность :
   • Бесщеточные двигатели, как правило, более дорогие и сложные из-за необходимости использования электронных систем управления для коммутации. Однако их преимущества с точки зрения эффективности, срока службы и технического обслуживания часто перевешивают первоначальную разницу в стоимости.

Глава 1. Бесщеточные двигатели

Конструкция бесщеточного двигателя

В роторе бесщеточного двигателя присутствуют постоянные магниты, а в статоре находятся обмотки. Это расположение противоположно расположению статора и ротора в коллекторном двигателе постоянного тока. Коллекторные двигатели постоянного тока начинают вращение, когда ток подается на обмотки через коммутатор и щетки. Когда двигатель вращается, на последующие пары коллектора и щетки подается питание, направляя ток в разные обмотки и поддерживая вращение. Бесщеточные двигатели обеспечивают коммутацию, не полагаясь на щетки или коммутаторы. Вместо этого они используют датчики магнитных полюсов (такие как элементы Холла или интегральные схемы на эффекте Холла) для определения положения магнитных полюсов постоянных магнитов. Кроме того, драйверы должны направлять ток через обмотки в соответствии с обнаруженными положениями магнитных полюсов.

Рисунок 2: Конструкция бесщеточного двигателя

Принципы бесщеточного двигателя

Чтобы описать принципы вращения бесщеточных двигателей, давайте рассмотрим упрощенную двухполюсную трехфазную модель, как показано на рисунке 2.

Магниты ротора состоят северного и южного полюсов, каждый из которых имеет угол магнитного полюса 180°. Датчики магнитных полюсов Ha, Hb и Hc расположены на расстоянии 120° друг от друга и обнаруживают северный полюс магнитов ротора, после чего вырабатывается сигнал.

Что касается статора, катушки фазы-U, катушки фазы-V и катушки фазы-W также расположены на расстоянии 120° друг от друга и смещены от датчиков магнитного полюса на 60°.

Когда ток течет от цепи привода к двигателю для каждой фазной обмотки статора, южный полюс создается на стороне внутреннего диаметра статора. И наоборот, когда ток течет в противоположном направлении, северный полюс создается на стороне внутреннего диаметра статора. На рис. 3 показано состояние, когда ток течет из фазы U в фазу V.

  Рисунок 3. Упрощенный принцип работы бесщеточного двигателя

 

Рисунок 4. Еще один пример бесщеточного двигателя

Рисунок 5: Система управления бесщеточным двигателем

Способ управления бесщеточным двигателем двигатель

Бесщеточный двигатель управляется электронным контроллером, который регулирует мощность, подаваемую на двигатель. Ниже приведены основные шаги для управления бесщеточным двигателем постоянного тока:

1. Датчики Холла: Бесщеточные двигатели используют датчики Холла для определения положения ротора и обеспечения обратной связи с контроллером.
2. Электронная коммутация: электронный контроллер использует информацию от датчиков Холла для определения правильной последовательности тока, подаваемого на обмотки статора.
3. Силовые МОП-транзисторы или БТИЗ: Контроллер использует силовые МОП-транзисторы или БТИЗ для переключения тока, подаваемого на обмотки статора.
4. Сигналы ШИМ: Контроллер использует сигналы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для регулирования скорости и крутящего момента двигателя путем регулировки рабочего цикла сигналов ШИМ.
5. Входные сигналы: Контроллер получает входные сигналы от источника управления, такого как микроконтроллер, для установки желаемой скорости и направления вращения двигателя.

Точный метод управления бесщеточным двигателем зависит от конкретного двигателя и используемого контроллера, но эти шаги дают общее представление о процессе.

Как управлять скоростью бесщеточного двигателя

Скорость бесщеточного двигателя постоянного тока регулируется путем регулировки частоты электроэнергии, подаваемой на двигатель. Ниже приведены основные этапы управления скоростью бесщеточного двигателя:

1. Электронный контроллер: Электронный контроллер используется для регулирования мощности, подаваемой на двигатель.
2. Сигналы ШИМ: Контроллер использует сигналы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для регулировки частоты питания, подаваемого на двигатель. Изменяя рабочий цикл ШИМ-сигналов, можно изменять среднее напряжение, подаваемое на двигатель, что, в свою очередь, влияет на его скорость.
3. Входные сигналы: Контроллер получает входные сигналы от источника управления, такого как микроконтроллер, для установки желаемой скорости двигателя.
4. Обратная связь двигателя: В некоторых случаях механизм обратной связи, такой как тахометр или энкодер, может использоваться для контроля скорости двигателя и предоставления обратной связи контроллеру, который затем может регулировать сигналы ШИМ для поддержания постоянной скорости.

Управление скоростью бесщеточного двигателя постоянного тока включает регулировку частоты электропитания, подаваемого на двигатель, с помощью ШИМ-сигналов и электронного управления.

Какой тип контроллера вам нужен для бесщеточного двигателя

Для бесщеточного двигателя постоянного тока требуется электронный контроллер, часто называемый электронным регулятором скорости (ESC), для регулирования мощности, подаваемой на двигатель. ESC отвечает за следующие задачи:

1. Контроль положения ротора: Бесщеточные двигатели используют датчики Холла для определения положения ротора и предоставления обратной связи контроллеру.
2. Коммутация: Контроллер использует информацию от датчиков Холла для определения правильной последовательности тока, подаваемого на обмотки статора.
3. Переключение питания: Контроллер использует силовые МОП-транзисторы или БТИЗ для переключения тока, подаваемого на обмотки статора.
4. Управление скоростью: Контроллер использует сигналы широтно-импульсной модуляции (ШИМ) для регулирования скорости и крутящего момента двигателя путем регулировки рабочего цикла сигналов ШИМ.
5. Входные сигналы: Контроллер получает входные сигналы от источника управления, такого как микроконтроллер, для установки желаемой скорости и направления вращения двигателя.

Глава 2 — Коллекторные двигатели

Конструкция щеточного двигателя

Рисунок 6: Конструкция щеточного двигателя

Коллекторный двигатель — это тип электродвигателя постоянного тока, который состоит из нескольких ключевых компонентов, работающих вместе для преобразования электрической энергии в механическую. Основными компонентами щеточного двигателя являются ротор, статор, коллектор и щетки, как показано на рис. 6. Ниже приведено описание каждого компонента и их роли в конструкции двигателя:

1. Ротор (якорь): ротор, а также известный как якорь, является вращающейся частью двигателя. Он состоит из витков проволоки, намотанных на железный сердечник, который создает электромагнит при прохождении через него тока. Магнитное поле ротора взаимодействует с магнитным полем статора, создавая крутящий момент и заставляя ротор вращаться, приводя в движение вал двигателя.
2. Статор: Статор — это неподвижная часть двигателя. В нем размещены постоянные магниты, обычно установленные на внутренней поверхности, обеспечивающие постоянное магнитное поле. Магнитное поле статора взаимодействует с магнитным полем ротора, создавая необходимый для вращения крутящий момент.
3. Коммутатор: Коммутатор является важным компонентом коллекторного двигателя, отвечающим за переключение направления тока в обмотках ротора. Это сегментированный металлический цилиндр, прикрепленный к ротору, причем каждый сегмент соединен с одним концом обмоток ротора. При вращении ротора вместе с ним вращается и коллектор, соприкасаясь со щетками.
4. Щетки: Щетки представляют собой фиксированные проводящие компоненты, поддерживающие электрический контакт с вращающимся коллектором. Обычно они изготавливаются из углерода или графита, что обеспечивает низкое трение и износ. Щетки обеспечивают электрическую связь между источником питания и обмотками ротора через коммутатор. Когда коммутатор вращается, щетки скользят по его поверхности, последовательно возбуждая различные обмотки ротора, что, в свою очередь, заставляет магнитное поле ротора переключаться и поддерживать вращение.

Коллекторный двигатель состоит из ротора с обмотками, статора с постоянными магнитами, коммутатора и щеток. Взаимодействие между магнитными полями ротора и статора создает крутящий момент, а коммутатор и щетки работают вместе, переключая ток в обмотках ротора, обеспечивая непрерывное вращение.

Принцип работы щеточного двигателя

В двигателях постоянного тока для создания магнитного поля используются витые обмотки. В щеточном двигателе эти обмотки прикреплены к ротору, который свободно вращается и приводит в движение вал. Часто катушки намотаны на железный сердечник, хотя некоторые коллекторные двигатели бывают «без сердечника» с самоподдерживающимися обмотками. Стационарная часть двигателя, известная как «статор», использует постоянные магниты для создания постоянного магнитного поля. Эти магниты обычно расположены на внутренней поверхности статора, окружая ротор. На рис. 7 показано более подробно.

Чтобы создать крутящий момент и заставить ротор вращаться, магнитное поле ротора должно непрерывно вращаться, взаимодействуя с фиксированным полем статора посредством притяжения и отталкивания. Скользящий электрический переключатель способствует этому вращающемуся полю. Этот переключатель содержит коммутатор, обычно сегментированный контакт, установленный на роторе, и неподвижные щетки, установленные на статоре.

Рис. 7:  Принципы работы коллекторного двигателя

 

Как контролировать скорость коллекторного двигателя

Поделиться этой статьей

Поделиться этой статьей

Нужна помощь в поиске подходящего привода?

Мы прецизионно проектируем и производим нашу продукцию, чтобы вы могли получать цены напрямую от производителя. Мы предлагаем доставку в тот же день и квалифицированную поддержку клиентов. Воспользуйтесь нашим Калькулятором привода, чтобы получить помощь в выборе правильного привода для вашего применения.

Калькулятор привода

Коллекторный и Бесколлекторный мотор — чем они отличаются?

Стюарт | 26 мая 2022 г. | Новости | 0 комментариев

Это вопрос, который смущает домашних мастеров и профессионалов от Банбери до Бандаберга — В чем разница между электроинструментами с щеточным и бесщеточным двигателем ?

Хотя эти два инженерных формата очень близки по конструкции, для пользователей сверлильных и расточных агрегатов это может привести к существенным различиям в производительности. И, в зависимости от вашего проекта и личных требований, любая система может подойти для ваших нужд.

Королевская битва с щеточным двигателем против бесщеточного раскрывает секреты этих двух конфигураций, раскрывая то, что вы, как потенциальный покупатель, должны учитывать при выборе лучших австралийских дрелей, ударных винтовертов и пил.

Щеточный и бесщеточный — ближе к технике

Прежде чем я перейду к сути и сравню бесщеточные дрели со щеточными машинами и что это значит для вашей работы — будет полезным краткий обзор внутренней инженерии. Дружище, не откладывай, это не очень длинно и довольно интересно — если ты борешься с этим, открой жестяную банку во время чтения, это сделает его намного более приятным.

Коллекторный двигатель постоянного тока 

Давайте начнем это исследование бесщеточных и щеточных двигателей с серьезных нарушений.

В 1832 году ученый из Помми Уильям Стерджен изобрел первый в мире бесщеточный двигатель. Будучи в полном восторге от своего творения и имея надменный вид, как и большинство помпонов, он рассказал всем, кого знал, о своем изобретении, его великолепии, о том, насколько он умен, и о том, как оно работает.

К сожалению, несмотря на то, что Стерго был феноменален в саморекламе, ему не хватило руководящего отдела — он не смог подать заявку на патент на технологию. Итак, в 1837 году американский изобретатель Томас Дэвенпорт «позаимствовал» идею, побежал в патентное бюро и заявил, что изобретение принадлежит ему. Немного хитрости, которая кажется популярной в Штатах, когда Джобс и Эдисон делают одни и те же вещи (якобы).

Теперь позвольте мне констатировать чертовски очевидное…

Коллекторные двигатели включают щетки. Бесщеточные устройства этого не делают.

В основе щеточных двигателей лежат плотно намотанные витки проволоки, окружающие якорь. Когда электричество проходит через эти медные провода, они генерируют электромагнитную силу. Катушки окружены двойными постоянными магнитами статора с противоположной полярностью (обозначены как N и S на предыдущем рисунке).

Электричество проникает в двигатель через графитовые щетки (см. изображение выше). Эти щетки контактируют с коммутатором, поглощая ток и направляя его на катушки.

Электромагнитная сила толкает сердечник в направлении, противоположном полярности «N», заставляя его вращаться. Когда ток меняется на противоположный, полярность магнита «S» отталкивает плечо ротора, завершая полный круговой оборот. Естественно, это непрерывное отталкивание вызывает вращение — основу всех двигателей.

Вот ключ, который нужно помнить — поскольку коммутатор оказывается прикрепленным к ключевому плечу ротора, он также вращается. Но щетки (касающиеся, не связанные с ним) остаются неподвижными. Следовательно, эти контакты постоянно уязвимы для тепла и трения.

Уже запутались между бесщеточным и щеточным двигателем? Посмотрите это видео о том, как работает щеточный двигатель: 

И, в качестве патриотической сноски, первая в мире электрическая сверлильная машина с щеточным двигателем была австралийской дрелью для проникновения в скалу, изобретенной мельбурнцами Уильямом Бланчем Брэйном и Артуром Джеймсом Арнотом. в 1889 г. Помам ничего не приписывают.

Бесщеточный двигатель постоянного тока

Теперь давайте обратим наше внимание на мои щеточные и бесщеточные двигатели, выставленные на бесщеточную систему, называемую BLDC техническими профессионалами, которая контрастирует со своим щеточным братом.

Первые воплощения этой системы появились примерно в девятнадцатом веке, во времена первой австралийской золотой лихорадки. К сожалению, они были гигантскими — размером с автомобиль, поэтому в электроинструментах их было мало. Именно изобретение твердотельной электроники около 70 лет назад позволило этим устройствам стать практичными.

Теперь подробно — что такое бесколлекторный двигатель ?

Подобно своим щеточным собратьям, блоки BLDC также используют электромагнитное притяжение и отталкивание, однако, как показано на изображении выше, их внутренняя конструкция отличается.

Замена щеток и коллектора коллекторного двигателя, в BLDC статор вращается посредством электронной коммутации. Сбит с толку? Откройте еще одну холодную, а затем продолжайте читать.

Позвольте мне разбить его.

В коллекторных двигателях магниты остаются неподвижными, а катушка вращается внутри этих компонентов. Как видно выше, в двигателе без щеток катушки неподвижны, а магниты вращаются.

Вот в чем секрет…

Поскольку катушки не двигаются, щеткам двигателя не нужно распределять электричество на вращающийся статор. Итак, они бесщеточные.

И, если, несмотря на внимательное прочтение вышеизложенного, вы все еще не соображаете — просто посмотрите это поясняющее видео:

Что лучше — бесколлекторный или щеточный мотор?

Сочная штука в моем щеточном двигателе против бесщеточного двигателя — какая система лучше?

Извини, приятель, я не собираюсь давать тебе новаторский ответ. По правде говоря, это просто зависит.

Преимущества и недостатки двигателей со щетками

Я знаю, что в вашем большом австралийском доме полно щеточных двигателей — в вашем вентиляторе кондиционера, кухонном венчике, краскопульте, пылесосе и детских игрушках.

Две причины такого изобилия — надежность и доступность.

Благодаря эффективности массового производства и минимальному количеству внутренних компонентов вы можете приобрести простой коллекторный двигатель примерно за австралийский доллар. И, естественно, недорогие детали означают более дешевое устройство. Если бы между щеточными двигателями и бесщеточными двигателями возникала ценовая борьба, щеточные двигатели были бы победителями.

Кроме того, поскольку эти компоненты включают в себя только пару магнитов, катушку, статор, щетки и коммутатор — ничего не выйдет из строя.

Однако, если вы человек бдительный, возможно, вы заметили что-то в приведенном выше списке приборов — ни один из них не подвергается особенно высокому сопротивлению или нагрузкам — это означает, что двигатель не должен работать так напряженно. .

Но бросьте им вызов любой жесткой яккой — и они борются. Самый большой провал среди всех щеточных систем. И именно здесь бесщеточный формат берет верх.

Преимущества и недостатки двигателей без щеток

При воздействии высоких сил все двигатели со щетками подвергаются трению и нагреву, создаваемым постоянным соприкосновением щеток с вращающимся ротором. Это приводит к быстрому износу коммутатора и контактов, что повышает вероятность поломки и выхода из строя.

Более того, эти высокотемпературные уровни за счет проводимости проникают во все компоненты двигателя, разрушая его внутренние компоненты и вызывая неприятное нагревание внешнего корпуса.

Но в бесколлекторных двигателях, поскольку у них нет щеток, постоянно контактирующих с вращающимся ротором, трение и нагрев минимальны. Таким образом, увеличивается срок службы прибора.

Кроме того, поскольку из-за тепла и сопротивления теряется мало энергии, бесщеточный двигатель имеет более высокий КПД, чем его щеточный собрат. Так что в реальных условиях при питании от равного напряжения и тока мотор без щеток будет выбивать более высокое ворчание и скорость, чем щеточная система.

Я знаю, что у тебя на уме — ну кроме пива и женщин.

Вы думаете про себя, если бесколлекторные DC такие удивительные, почему бы не оставить щеточный вариант в истории и включить бесщеточный формат в каждый электроинструмент?

Обоснование — техническое обслуживание и стоимость.

Бесколлекторные двигатели постоянного тока полны технологий, значительная зависимость от электроники (твердотельной) означает, что их производство и покупка стоят серьезных денег.

И, несмотря на низкое трение, что делает их более надежными, чем модели с щетками, когда они выходят из строя, это будет дорогостоящий ремонт. Поверьте мне, хотя любой мало-мальски опытный мастер может заменить катушку на формат со щетками — вам потребуются впечатляющие знания, чтобы починить электронную систему.

Битва бесщеточных и щеточных дрелей

Большой вопрос — лучше ли дрели без щеток? Вы держите пари, что они.

Вот три наиболее впечатляющих преимущества использования бесщеточной дрели:

Минимальное техническое обслуживание

Отсутствие изнашиваемых щеток и внутренних деталей, подверженных значительному тепловому воздействию — бесщеточные дрели отличаются особенно длительным сроком службы. Скорее всего, патрон с храповым механизмом изнашивается раньше, чем бесщеточный силовой агрегат.

Минимальная вибрация

Пренебрежимо малое трение, связанное с двигателем бесщеточной дрели, уменьшает дрожание рукоятки и корпуса, что означает приятное взаимодействие с пользователем, более высокую точность и снижение усталости кисти и руки.

Я бы предположил, что это очень важно при работе с одной из лучших перфораторов или перфораторов в Австралии, где постоянные удары по прочной каменной кладке или бетону могут вызвать серьезную нагрузку на ваши конечности и пальцы.

Впечатляющая эффективность

С точки зрения эффективности вопрос о том, что лучше бесщеточного двигателя, чем щеточный , не вызывает сомнений. Да, да и да.

Поскольку тепло и трение тратят мало энергии, вы получаете больший крутящий момент, мощность и мощность при использовании бесщеточного устройства, чем при использовании дрели со щетками, при условии, что размеры двигателей одинаковы. И хотя это фантастическая новость для проводных машин, для беспроводных она еще более важна.

Высокая эффективность приводит к меньшему потреблению энергии аккумуляторной батареи, которая приводит в действие дрель, что означает увеличение времени работы — примерно на пятьдесят процентов — по сравнению с моделями с щетками. Короче говоря, вы можете работать дольше от одного заряда — следовательно, минимальное время простоя при переключении аккумуляторов или подзарядке литий-ионного элемента.

Кроме того, в схватке бесщеточных и бесщеточных сверл бесщеточный формат превосходит щеточный из-за:

• Более высокого отношения крутящего момента к общей массе.
• Минимальная работа в децибелах.
• Устранение риска искровой ионизации коллектора.
• Полное устранение электромагнитных помех (EMI).

Щеточная дрель против бесщеточной — пора ли забыть о щеточной дрели?

После того, как вы ознакомились с приведенной выше информацией о плюсах и минусах бесколлекторных и бесщеточных двигателей, вы, вероятно, подумали, что двигатели с щетками бессмысленны и их следует избегать.

Вам не обязательно этого делать.

По общему признанию, если сравнивать лучшие щеточные и бесщеточные дрели, которые предлагает Австралия, первая выигрывает по эффективности, весу, вибрации, шуму и обслуживанию. Тем не менее, Lamborghini теоретически более впечатляет, чем Toyota, но я предполагаю, что у вас нет итальянского спортивного автомобиля.

При выборе бесщеточной или щеточной дрели обязательно учитывайте свои предпочтения и требования вашего проекта.

Изначально цена. В зависимости от модели и производителя, бесщеточные дрели могут быть примерно на 24-51% более жесткими для ваших австралийских долларов по сравнению с щеточными системами.

Тогда я бы предложил, чтобы следующим шагом при выборе бесщеточной или щеточной дрели было рассмотрение эффективности. Если вы уже решили приобрести беспроводную модель и для вас важно длительное время работы, то вам, несомненно, нужна машина без щеток.

Но если вас вполне устраивает машина с питанием от сети — или вы не планируете непрерывно сверлить в течение периода, превышающего 20 минут или около того, с помощью сотовой модели — энергоэффективность бесщеточного двигателя не так важна.

Наконец, подумайте о том, сколько раз вы собираетесь использовать свою машину. Если вы выбираете между бесщеточным и сверлильным блоком, если вы интенсивно или часто пользуетесь им, выбирайте более прочный бесщеточный инструмент. И наоборот, если вы просто случайный пользователь на выходных, скорее всего, вы не собираетесь тратить рабочее время, чтобы требовать серьезной дрели.

Бесщеточные и щеточные инструменты — заключение

Выбор между дрелью с щеточным двигателем и бесщеточным двигателем является решающим фактором при выборе нового станка для сверления отверстий.

Бесщеточные версии являются лучшими моделями, обеспечивающими более высокую эффективность, тишину, надежность и время работы (для беспроводных моделей). Но они имеют более существенную цену, их сложно обслуживать самостоятельно, а энергоэффективность не имеет большого значения для проводных устройств.

Ваша идеальная дрель для использования в австралийских домах и на предприятиях требует изучения требований вашей работы, суммы денег, которую вы готовы потратить, и интенсивности вашей работы.

Я серьезно надеюсь, что вы нашли мою статью о щеточном двигателе и бесщеточном двигателе полезной, интересной и информативной — и, если вы знаете приятеля, которому также понравилось бы проверить это вбрасывание, поделитесь с ним!

Часто задаваемые вопросы о щеточном и бесщеточном двигателе

Бесщеточный двигатель, что это значит?

Двигатель, описанный как бесщеточный, означает, что в двигателе отсутствуют щетки, которые передают электричество на коммутатор.

Щеточная дрель DeWalt или бесщеточная дрель модели DeWalt?

Дрель DeWalt без щеток, например DCD795M2 с литиевыми элементами, обеспечивает долгий срок службы благодаря высокоэффективному типу двигателя. Сетевой DeWalt DWD530KS оснащен двигателем со щетками, но в качестве инструмента с питанием от сети аспект энергоэффективности имеет минимальное значение.

Бесщеточные дрели, лучше ли они?

Если вам нужно сделать выбор между щеточной и бесщеточной дрелью, система высшего качества зависит от ваших требований. Дрели без щеток обеспечивают большую надежность и эффективность, но они значительно ударят по вашим с трудом заработанным австралийским долларам.

Бесщеточная дрель — что это?

Дрель с двигателем без щеток устраняет необходимость в щетках, создающих тепло и трение, для подачи электричества к важным внутренним компонентам. И наоборот, они используют вращающиеся магниты внутри неподвижных электромагнитов.