Содержание
в чем разница и что лучше
Наша жизнь немыслима без всевозможных механизмов. Это детские игрушки, бытовая техника сложная электроника, промышленное оборудование и т.п. Во всех этих приборах и устройствах применяются электродвигатели, работающие от различных источников питания. В этой статье мы решили рассмотреть, чем отличаются коллекторные и бесколлекторные двигатели, а также какой тип двигателей лучше и почему.
- Коллекторные двигатели
- Бесколлекторные двигатели
- Плюсы и минусы сравниваемых двигателей
- Заключение
Коллекторные двигатели
Электродвигатели, используемые в детских игрушках, имеют небольшие габариты и малую мощность. Конструктивно коллекторный двигатель представляет собой два постоянных магнита, установленных на статоре, и ротор (якорь) с обмотками. Отметим, что на статоре могут быть и обмотки возбуждения, вместо постоянных магнитов.
К обмоткам подводится постоянное напряжение через ламели коллектора. Для подачи напряжения используются графитовые щетки. В двигателях малой мощности в качестве щеток применяются медные пластины.
Питаются коллекторные двигатели как от постоянного тока, так и от переменного. Для подключения питания они имеют два провода.
Бесколлекторные двигатели
Название электродвигателя говорит об отсутствии токосъемного устройства. Что является основной конструктивной разницей. Это позволяет снизить потери на трение и повысить мощность. При этом постоянные магниты смонтированы на роторе, а обмотки размещены на статоре.
Выпускаются бесколлекторные двигатели, у которых магниты смонтированы на корпусе. В этом случае корпус выполняет функцию ротора.
Для пуска двигателя требуется специальное устройство (контроллер или коммутатор), что увеличивает стоимость бесколлекторных электродвигателей.
Плюсы и минусы сравниваемых двигателей
Электродвигатели с коллектором применяются в детских игрушках, моделях автомобиля, судомоделировании и т. п. Более мощные устройства с обмоткой возбуждения применяются в автомобилестроении, бытовой технике, в токарном станке или сверлильном и т.д.
Широкое применение обусловлено:
- Невысокой ценой.
- Простотой управления. Для регулировки скорости достаточно иметь реостат, а для осуществления реверса — изменить полярность в цепи возбуждения или якоря.
- Можно подключать непосредственно к питающей сети.
- Скорости вращения ротора можно менять в широком диапазоне.
- Небольшие пусковые токи.
Но при простоте устройства коллекторные двигатели имеют недостатки:
- Невысокий КПД.
- Ограниченный срок службы.
- Необходимость в постоянном обслуживании.
- Невысокая надежность устройства.
При этом такие двигатели применяются не во всех отраслях промышленности. Их нельзя использовать во взрывоопасных помещениях. При эксплуатации на высоких скоростях быстро выходит из строя коллектор и щетки.
В результате происходит снижение мощности, а токоподводящие щетки начинают искрить. Такое конструктивное отличие приводит к быстрому выходу из строя ламелей коллектора, создаются помехи в радиоаппаратуре.
Щетки приходится менять, а коллектор протачивать, что сокращает срок службы двигателя. Это является основным недостатком таких устройств.
В бесколлекторных электродвигателях отсутствует коллектор. В этом состоит отличие бесеколлекторных двигателей от коллекторных, в связи с чем и отсутствуют указанные выше недостатки.
Достоинствами таких электрических машин являются:
- Отсутствие трущихся частей позволяет сократить потери мощности на трение. Не требуется постоянно следить за состоянием щеток, так как они отсутствуют. Это отличие позволяет увеличить межремонтный период.
- Возможность использования корпуса в качестве рабочего органа. Эта конструктивная разница позволяет применять механизмы непосредственно в качестве колес.
- Бесколлекторные электродвигатели, в отличие от коллекторных более долговечны. При этом они менее подвержены перегреву, т. к. отсутствует коллектор и щетки, которые в процессе работы сильно нагреваются.
- Мгновенно набирают обороты.
- Могут применяться во всех отраслях промышленности, в пожаро- и взрывоопасных помещениях. Из-за отсутствия коллектора не возникает искрения, чем они и лучше.
Но у данного типа двигателя имеется существенный недостаток: бесколлекторные модели можно использовать только с драйвером-коммутатором. С помощью этого устройства задаются режимы работы, скорость и направление вращения. При этом стоимость бесколлекторных двигателей значительно выше. Разница в стоимости может быть значительной. Это то, чем отличаются они от устройств с коллектором.
Малый вес и высокая мощность — это то, что лучше сочетается в приборах с дистанционным управлением, например, для квадрокоптера, где от веса и КПД зависит дальность и время полёта.
Заключение
Итак, подведем итоги и обозначим в чем разница между коллекторным и бесколлекторным двигателем, перечислив их особенности.
Коллекторный двигатель:
- Есть щетки и коллектор, которые искрят и изнашиваются.
- Нужно чаще обслуживать, соответственно и срок службы не слишком долгий.
- Легко регулировать скорость лишь изменением напряжения.
- Для реверса нужно просто сменить полярность.
- Два предыдущих факта позволяют их использовать в бюджетных устройствах без сложных электросхем.
Бесколлекторный двигатель:
- Для запуска нужен контроллер, который хоть и не слишком дорого стоит, но увеличивает конечную стоимость, схемотехнику и вес изделия.
- Весят меньше чем коллекторные, при одинаковой мощности (но это частично компенсируется предыдущим фактом).
- Нет щеток и коллектора, поэтому не требуют обслуживания, не искрят.
- Больший срок службы, он ограничен лишь ресурсом подшипников ротора.
- Стоят обычно дороже чем коллекторные.
- Зачастую выдают больший момент на валу и обороты.
- При наличии датчиков положения вала обеспечивают большую стабильность оборотов при изменении нагрузки (жесткая механическая характеристика). Это особенно важно при использовании на станках и ручном инструменте.
От автора:
Добавлю то, что нельзя однозначно сказать какой лучше или какой мощнее, можно найти коллекторный двигатель размером с холодильник, а можно бесколлекторный размером с ноготь. При этом оба будут отлично выполнять те функции, на которые рассчитаны и использоваться в конкретных устройствах с учетом требований к их надежности и особенностям эксплуатации. Каждый вид электропривода хорош по своему и идеален по конструкции как таковой.
Теперь вы знаете, в чем разница между коллекторным и бесколлекоторным двигателем, а также какие плюсы и минусы у каждого варианта исполнения. Надеемся, предоставленная информация была для вас полезной и интересной!
Материалы по теме:
- Чем отличается трансформатор от автотрансформатора
- Разница между контактором и пускателем
- Что лучше поставить: дифавтомат или УЗО
В чем разница между коллекторным и бесколлекторным двигателем?
Покупка электромодели на радиоуправлении начинается с выбора электродвигателя. Перед покупателем стоит непростая задача, какому агрегату отдать свое предпочтение с коллекторным или бесколлекторным двигателем? Принять мудрое решение позволит детальное изучение каждого вида электродвигателя. Между ними есть удивительные сходства и потрясающие различия.
Коллекторный двигатель
Коллекторным двигателем называют электромашину, состоящею из нескольких важных деталей. Основным элементом считается коллектор – барабан медного цвета. Имеется подвижная (ротор) и неподвижная часть (статор), обмотка якоря, специальная щетка, вентилятор, сердечник и обмотка полюса.
Также наблюдаются 2 исходящих питающих провода (положительный и отрицательный). Принцип работы устройства базируется на качественном преобразовании электрической энергии в механическую. Вначале происходит создание электромагнитного поля в пределах якорных обмоток.
Образованное в якоре поле начинает взаимодействовать с полюсами статора, что приводит к движению якоря. Постепенно образовавшийся ток через щетки и коллектор попадает на следующую обмотку. Движение тока заставляет одновременно вращаться вал и якорь. Радиоуправляемые модели с подобными агрегатами работают от постоянного тока.
Коллекторные двигатели делятся на несколько видов. Классификация приборов зависит от типа их питания. Специалисты выделяют универсальные и постоянные КД.
Универсальные агрегаты способны функционировать от переменного и постоянного источника электропитания. Простые в использовании и компактные по размеру электромашины востребованы благодаря своей стоимости.
Второй вид коллекторного двигателя знаменит высоким пусковым моментом. Простая конструкция с плавным управлением частоты вращения. Функционирование агрегата осуществляется на постоянных магнитах или при помощи специальных катушек возбуждения.
Преимуществами таких двигателей считают габариты и вес конструкции. К достоинствам относят и стоимость агрегата.
Обсуждаемый КД встречается в разных бытовых электроприборах, таких как стиральная машина, пылесосы, детские игрушки, а также силовые установки.
И все же некоторые производители отдают предпочтение бесколлекторным устройствам.
Особенности бесколлекторного прибора
Бесколлекторный двигатель — популярный вид электромашины. Высокооборотный агрегат славится точным позиционированием. Конструкция состоит из якоря и статора. В роторе присутствует один или несколько постоянных магнитов. Статоры оснащены специальными катушками. Цель их существования – создание магнитного поля. Принцип работы двигателя зыблется на следующих условиях.
Для вращения двигателя требуется специальный регулятор. Так называемый контролер преобразовывает постоянный ток в переменный. Вначале на обмотке статора образовывается магнитная среда. Затем поданное трехфазное напряжение заставляет двигаться заданную систему. Взаимодействуя со статорами, ротор постепенно начинает вращаться.
Главными преимуществами бесколлекторного агрегата является:
- Высокая мощность электрического устройства.
- Высокая скорость движения. Некоторые наземные модели прибора могут функционировать со скоростью до 350 км/ч.
- Бесколлекторная электромашина не нуждается в дополнительном охлаждении.
- Высокий уровень износостойкости увеличивает срок эксплуатации БД.
- Простой в использовании прибор обладает высоким КПД (коэффициентом полезного действия).
- Имеет высокую степень влагозащиты. Не подвержен влиянию вязкой грязи и пыли.
- В процессе работы не производит искр. Такое преимущество позволяет использовать агрегат в пожароопасных условиях.
К недостаткам двигателя следует отнести сложности в ремонтировании прибора, высокую стоимость конструкции, а также вес привода.
Надежный и практичный электродвигатель на протяжении долгих лет активно используется в авиационной, судостроительной и автомобильной отрасли. Успешно применяется в качестве силовой установки дрона. Наблюдается в системе охлаждения. Бесколлекторные двигатели устойчивы к перегрузкам, поэтому подходят для медицинского оборудования.
Сравнение электродвигателей и нюансы использования
Между обсуждаемыми двигателями наблюдается несколько явных схожестей. В обоих агрегатах присутствуют специальные провода, подвижная (ротор) и неподвижная часть (статор). В коллекторных и бесколлекторных приборах работа системы начинается с образования магнитного поля. У каждого из этих устройств есть свои сильные и слабые стороны и определенная сфера использования.
И все-таки электродвигатели отличаются друг от друга. Разница касается внешних и внутренних характеристик устройств, а также затрагивает их возможности. Главное отличие кроется в наличии и отсутствии коллектора. Приборы с медным барабаном весят меньше, нежели бесколлекторные двигатели. У электромашины первой категории в арсенале два провода, у второй конструкции в запасе имеется третий. Первый вариант двигателя стоит дешевле, нежели бесколлекторный агрегат. Мощная и высокоскоростная бесколлекторная электромашина участвует в развитии авиационной и даже медицинской области, тогда как коллекторные изделия в основном используют для бытовых приборов.
Установка и применение двигателей зависит от цели его использования. Недорогие коллекторные агрегаты востребованы при создании некоторых детских игрушек, стиральных машин, пылесосов и прочих электрических устройств. Бесколлекторыне чаще встречаются в медицинском оборудовании, в системах охлаждения, самолетах, кораблях и автомобилях. Сфера применения также определяется устойчивостью двигателя к перегрузкам и способом его работы.
Электроника и техникаКомментировать
В чем разница между коллекторными и бесколлекторными моторами?
Внедрение робототехники даже в детские игрушки ставит разработчиков перед выбором – какой тип двигателя выбрать для своего приложения? Выбор довольно сложен, если учитывать специфику машин и приложений.
Коллекторный двигатель
Коллекторный двигатель – это двигатель, оснащенный щетками, или же щеточно-коллекторным узлом, который и отвечает за приведение в движение данного механизма. Иными словами, коллектор – это совокупность нескольких контактов. Коллекторный двигатель достаточно прост в управлении, а источником питания для него может быть как батарея, так и аккумулятор.
Преимущества коллекторного двигателя заключаются в следующих качествах:
- он имеет сравнительно небольшой вес и компактный размер;
- его стоимость значительно ниже стоимости бесколлекторного двигателя;
- коллекторный двигатель пригоден к ремонту.
Но наряду с преимуществами, данный вид двигателя имеет и недостатки:
- коэффициент полезного действия коллекторного двигателя не превышает 50-60%;
- слишком быстрый износ двигателя за счет высокой скорости трения его щеток.
Скорость работы коллекторного двигателя одновременно является и преимуществом данного типа механизма, и его недостатком. С одной стороны, она позволяет проводить работу на высоких оборотах, но с другой – становится причиной перегрева мотора и дальнейшего выхода его из строя.
Делаем выбор
Решение о выборе типа двигателя является простым и сложным одновременно. Даже при существовании основных принципов выбора могут возникнуть ситуации, которые будут исключением из правил. Каждый тип двигателя отличается характеристиками скорости, угла поворота против крутящего момента, остановки. При выборе необходимо сопоставить желаемые функции и ограничения готового устройства с параметрами двигателя.
В большинстве случаев коллекторный и бесколлекторный двигатели не подходят для решений, в которых необходим шаговый вариант. Он лучше подходит для постоянного чередования запуска/остановки/позиционирования, в то время как первые два более пригодны для непрерывной работы. При выборе между коллекторным и бесколлекторным двигателями рассмотрите следующие аспекты:
- коллекторные двигатели имеют меньший срок службы, чем двигатели BLDC; в первом случае срок службы зависит от износа подшипников и щеточного механизма, во втором срок ограничен только износом подшипников. Кроме того, щетки, быстро собирающие проводящую пыль, могут загрязнять другие поверхности;
- высококачественные коллекторные двигатели могут достигать скорости 10 000 об/мин, в то время как конструкции двигателей BLDC позволяют увеличить эту скорость в 5 или даже в 10 раз;
- коллекторные двигатели могут работать непосредственно от источника питания и, следовательно, нуждаются только в двух проводах, в то время как двигатели BLDC нуждаются в электронной коммутации, и в этом случае необходимо не менее трех проводов плюс провода датчика;
- КПД обоих типов примерно одинаков, а вот источники потерь в них различаются. Для коллекторных двигателей большая их часть возникает в обмотках и при трении, связанном со щеточным механизмом, в то время как двигатели BLDC испытывают те же потери в обмотках, плюс дополнительные потери от вихревых токов, которые растут с увеличением скорости;
- схема управления для шаговых двигателей изначально является гораздо более сложной, чем для коллекторных, но новые интегральные схемы, например, разработки STMicroelectronics, практически устраняют эти различия;
- маломощный коллекторный двигатель, например, для недорогой игрушки, может быть наиболее экономичным решением в плане электропроводки и электроники управления (если она есть), но при этом он может обеспечить весьма ограниченную производительность.
Вы здесь
Главная » Блог » Коллекторный или бесколлекторный двигатель радиоуправляемой модели, выбираем электродвигатель машины на р/у или квадрокоптера.
Опубликовано: 28 августа 2014
Всем привет, сегодня мы расскажем о разнице между коллекторным и бесколлекторными двигателями.
Перед покупкой радиоуправляемой модели с электроприводом, необходимо определиться с выбором электродвигателя, которые бывают двух типов: коллекторные и бесколлекторные двигатели.
Основная разница для потребителя:
коллекторные двигатели более дешевые, но модели с такими двигателями развивают меньшую скорость. Бесколлекторные двигатели – более дорогие, но способны развить большую скорость, а также более износостойкие. Далее немного подробнее:
Двигатель для квадрокоптера: как выбрать, в чем разница и где заказать
Доброго времени суток, дорогой читатель. Сегодня мы поговорим о том, что поднимет твой летательный аппарат на новые высоты… ну или хоть на какие-то. Речь пойдёт об электромоторах. Я расскажу тебе о том, как выбрать двигатель для квадрокоптера твоей мечты, и о многих других нюансах, связанных с этой темой. Поехали!
Коллекторные vs бесколлекторные
Первым, с чем ты столкнёшься при выборе будут эти два термина. Это две разных реализации двигателей. Главное отличие – расположение обмотки.
Спонтанный ликбез:Статор – неподвижная (статичная) часть движка.
Ротор – вращающаяся (rotation) часть.
Коллекторные
Обладает щеточно-коллекторным узлом. Коллектор, это набор контактов (обмоток), расположенных на роторе, и щётка – скользящий контакт, расположенный на статоре.
Как раз наличие этой щётки и убавляет ресурс коллекторного мотора, ибо создаёт трение. Двигатель начинает вращаться при подаче на него постоянного тока, а направление вращения зависит от полярности оного.
Плавно разгоняются и замедляются.
Преимущества
- Маленький вес и размер
- Низкая стоимость
- Прост в ремонте
Недостатки
- Низкий КПД
- Низкая скорость вращения
- Перегрев
- Быстрый износ
Бесколлекторные (бесщёточного типа)
Состоит из ротора с постоянными магнитами и статора, с обмотками. Изменение направления вращения осуществляется изменением полярности (Нужно поменять два провода из трёх). Разгон и замедление происходят очень быстро (рывком). Имеют разное количество полюсов. Чем их больше, тем медленнее, но с большим усилием, вращается ротор.
Преимущества
- Высокая скорость вращения
- Износостойкость
- Защищённость от внешних воздействий
Недостатки
Тут есть нюанс. Устройство двигателя бесколлекторного типа может отличаться.
- Inrunner – Стандарт. Ротор с постоянными магнитами вращается в статоре с обмотками.
- Outrunner – Нестандарт. Здесь ротором выступает корпус, который вращается вокруг статора с обмотками.
Мощность (потребляемая)
Измеряется в ваттах. Чем больше мощность, тем быстрее кончится батарея. Тут всё просто
Вес
Чем больше вес, тем мощнее и медленнее (обычно). Важно помнить, что вес самого движка нужно учитывать при расчёте веса, который он должен поднять.
Энергоэффективность (КПД)
Комплексное понятие, которое зависит ещё и от батареи, контроллера, пропеллера, и даже проводов. Тут подробно останавливаться не буду- чем выше, тем лучше. Двигатель с КПД 70% тратит 70% потреблённой энергии на полёт, а 30% на обогрев окружающей среды и приближение тепловой смерти вселенной. Для бесколлекторных нормой является 90%, а для коллекторных 70%.
Температура нагрева в работе
Как ты уже понял- напрямую зависит от КПД. Чем больше греется, тем больше тратит энергии впустую.
Балансировка и уровень вибрации
По сути, это качество исполнения. Есть такая вещь как допуск. Этот те пределы, в которых отклонение от идеала не считается проблемой. Чем выше точность изготовления, тем более соосной будет система, и тем меньше будет вибраций. Иногда лучше не брать самое дешёвое.
Вибрация в двигателе ускоряет его износ, износ прочих деталей, раскручивает винтики и шумит. Неприятное явление.
Тяга
Тяга, она же подъёмная сила. Это тот вес, который может поднять двигатель (включая самого себя). Но это не значит, что для двухкилограммового квадрокоптера нужно четыре двигателя. Нужен запас тяги, нужно учесть помехи, и банальную не идеальность моторов.
Формула будет примерно следующей.
Тяга одного мотора = (вес коптера * 2)/ кол-во движков В итоге, для квадрокоптера весом 1 кг нужно 4 двигателя с тягой 500 грамм.
KV
Это достаточно сложный параметр – обороты на вольт без нагрузки. То есть если мы имеем моторчик в 1000 kv, то при подключении его к источнику тока с напряжением 12 вольт, он выдаст 12 000 оборотов в минуту (KV*U). Однако, это всё крайне теоретически.
На практике есть нагрузка, которую создаёт пропеллер, и создаваемое им сопротивление воздуха. Из этого следует, что обороты будут ниже, или их не будет вообще, так как от КВ зависит крутящий момент. Чем выше параметр КВ, тем меньшее усилие развивает электродвигатель.
Для понимания процесса (грубый пример).
Так как электродвигатель работает из-за перемены полярности электромагнитов с определённой частотой, то кв, по сути, характеризует частоту, с которой изменяется полярность магнитов, к которым притягивается постоянный магнит. для простоты примем, что постоянный магнит на роторе. Если всё идёт по плану, то ротор проходит путь от одного переменного магнита до другого, после полярность меняется, и он идёт дальше.
Если слишком часто менять полярность, или увеличивать нагрузку, то ротор просто не успеет разогнаться и преодолеть нужный путь, и его начнёт притягивать обратно, или же он вообще не сдвинется с места. Это похоже на пробуксовку колеса авто на льду. Чем выше скорость вращения и вес авто, тем больше оно будет проскальзывать, и меньшее усилие развивать.
В итоге, никто не знает сколько нужно, ибо параметр не поддаётся простому определению. Можно просто ориентироваться на следующие цифры. Лёгкий гоночный коптер с маленькими пропеллерами имеет KV 2100—2500, а для тяжёлых, многокилограммовых аппаратов нужно брать что-то в районе 200-900 KV.
Как правильно выбрать
Есть несколько основных параметров, исходя из которых придётся выбирать. О них ниже. Прежде всего, советую перейти на сайт калькулятора Ecalc, и ознакомиться с калькулятором. Он позволит как подобрать примерную комплектацию коптера, так и рассчитать полётных характеристики уже готовой сборки. Расчёт моторов стоит начать именно с него.
Общий вес и необходимая тяга
Это пункт планировки, и возможно важнейшие характеристики. Нужно чётко понимать – сколько будет весить квадрокоптер. В общий вес идёт всё, включая пропеллеры, провода и полезную нагрузку. Исходя из формулы расчёта тяги, для достижения хороших полётных характеристик, двигатели твоего коптера должны поднимать его вес, помноженный на два.
Размер рамы и пропеллера
От размера и конфигурации рамы зависит то, сколько двигателей тебе придётся поставить, и на сколько большую диагональ пропеллеров ты сможешь использовать. Сейчас не буду вдаваться в подробности конфигурации, и рассказывать о том, как правильно подобрать раму. Просто напомню, что это ответственный узел, и на нём будет держаться всё, в том числе и тяжёлые, вибрирующие двигатели.
Запомни три простых правила.
- Тут важно не промахнуться с размером. Пропеллеры не должны наслаиваться. Проблемы доставляет и путаница с размерами. Добро пожаловать в мир дюймов
- Жёсткость рамы и её вес очень важны. Если есть возможность, то бери с запасом по прочности. Очень хорошо тебя показывают композитные материалы (карбоновая рама – предел мечтаний)
- Резьбы в пластике или вообще не могут считаться за резьбы, или являются одноразовыми. Ищи или металлические вставки, или думай, как ещё зафиксировать болты
От размера лопастей зависит поведение дрона в воздухе. Большая диагональ даст большую подъёмную силу и устойчивость, в ущерб маневренности, и наоборот. Здесь надо отталкиваться от своей цели. Так же нужно учитывать то, что пропеллер создаёт нагрузку на двигатель. Обычно рекомендованный размер будет указан в спецификации.
Питание
Рекомендуемый аккумулятор тоже можно подсмотреть в спецификации. Обычная банка имеет номинальное напряжение 3.7в. При последовательном соединении суммируется напряжение, а при параллельном – ёмкость (она же время полёта).
Это значит, что если ты видишь рекомендованный аккумулятор 2-3S Li-po (7,4-11,1V), то тебе потребуется два, или три последовательно соединённых литий-полимерных аккумулятора и соответствующая плата питания. В этом диапазоне всё будет работать (конечно, чем меньше- тем слабее).
Параллельно можно суммировать только одинаковые блоки, но зато сколько душе угодно.
Маркировка двигателей для квадрокоптеров
На самом деле стандарта нет. Каждый лепит на свою продукцию что захочет. К счастью, есть общепринятые нормы, которые соблюдает большинство.
Первая буква отражает качество изготовления.
- «V» серия специально для ответственных мультикоптеров, изготовлена из лучших материалов при высочайшей точности сборки. Обычно, это гоночные электродвигатели, которые вращаются намного быстрее обычных
- «X» серия для моделей самолётов и мультикоптеров – середнячков. Хороший КПД, качество и сборка по терпимой цене
- «A» серия – Бюджетное решение, которое будет чуть хуже, чем предыдущие, но всё так же будет хорошо работать. Не стоит её пугаться
Первые четыре цифры, это параметры магнитопровода. Первые две –диаметр, вторые две –толщина набора. Они, на самом деле тебе не очень нужны. Не заморачивайся. Их тебе нужно знать в основном для того, чтобы понимать следующий параметр.
Спонтанный ликбез: Магнитопровод, это та часть двигателя или трансформатора, на которую намотана обмотка. Он набирается из пластин.
Количество витков
От количества витков зависит толщина провода, при равных параметрах магнитопровода. На один и тот же магнитопровод можно намотать 13 или 15 витков (к примеру).
Чем больше витков, тем меньше диаметр сечения провода и выше внутреннее сопротивление. Отсюда, при равном питающем напряжении, при большем количестве витков, ток и обороты будут ниже. Это подтверждается параметром KV.
Для бесщёточного двигателя с 15 витками оно будет ниже, чем у того же мотора, но с 13 витками.
Последняя буква – вид трёхфазного подключения – звезда или треугольник (Y/* или T/Δ соответственно). Снова не буду грузить электроникой, да и в случае с квадрокоптерами подключение не так важно.
- Мотор подключенный через звезду будет более мягко и плавно разгоняться, но не сможет развить максимальную заявленную мощность
- Подключение через треугольник даст более резкий набор скорости и полную заявленную мощность, но потребует намного больший пусковой ток
Возьмём для разбора такую маркировку A2212/15T.
22 – магнитопровод диаметром 22мм12 — толщина набора 12мм15 – 15 витковА – Ширпотреб для бюджетных аппаратов
Т – (иногда заменяют на Δ) намотка типа дельта (треугольником)
Источник: https://DronGeek.ru/novichkam/vybiraem-dvigatel
Три основные топологии двигателя
Три часто используемые конфигурации маломощных DC-двигателей – коллекторные, бесколлекторные (BLDC) и шаговые. Каждый из них работает благодаря взаимодействию между токами в катушках (или обмотках) и постоянными магнитами (в большинстве конструкций), что приводит к притяжению/отталкиванию магнитного поля, вызывающему вращение. Все три вида двигателей имеют некоторые сходства, но отличаются методом управления переключением тока, протекающего через обмотки ротора и статора.
Они также отличаются возможностью выполнения определенных задач, качеством этого выполнения и гибкостью управления.
- Исторически первым был двигатель коллекторного типа. По мере вращения ротора контактные щетки, представляющие собой сплошные контакты, состоящие, как правило, из графита, касаются соответствующих областей на роторе (рисунок 1). По мере вращения ротора изменение точек контакта щетки вызывает изменение направления потока тока и, следовательно, магнитного поля. Затем взаимодействие магнитного поля между ротором и статором меняется на противоположное, что вынуждает ротор продолжать движение.
Рис. 1. Коллекторный двигатель постоянного тока
Данная механическая схема концептуально проста. Однако ее недостаток в том, что щетки изнашиваются и нуждаются в замене, реализация интеллектуального управления сложна, потому что переключить данный двигатель довольно трудно, к тому же, щетки создают электромагнитные помехи (EMI), также известные как радиочастотные помехи (RFI).
В простейшем варианте коллекторный двигатель не нуждается в электронном управлении – он просто работает в зависимости от токовой и механической нагрузок. В других вариантах силовая шина двигателя включается и выключается при помощи транзисторной схемы, что является простейшим вариантом управления. Также возможно использование микросхемы-драйвера для повышения производительности и обеспечения контроля над скоростью и вращательным моментом.
- В двигателе BLDC механическая коммутация заменена электрической с использованием транзисторов. Чаще всего используются МОП-транзисторы (MOSFET), которые управляются драйвером затвора (в некоторых конструкциях используются биполярные транзисторы с изолированным затвором – IGBT). Отдельный контроллер управляет точным переключением катушки в момент, необходимый для поддержания вращения двигателя на желаемой скорости (рисунок 2).
Рис. 2. Бесколлекторный двигатель постоянного тока
Примечание: двигатели BLDC иногда называют электронно-коммутируемыми (EC) двигателями, что является более точным определением.
В BLDC магнитное поле ротора присутствует всегда, оно генерируется постоянными магнитами. Когда ток направляется от одной фазы двигателя к другой, магнитные поля объединяются, генерируя изменяющееся поле статора.
Управление двигателем производится не только при помощи электроники. Вместо этого переключение может быть сформировано в драйвере затвора с контролируемым временем нарастания и спада для уменьшения EMI/RFI. Основная проблема заключается в том, что более мягкое переключение приводит к потере мощности и снижению КПД двигателя, и в этой ситуации разработчику необходимо найти максимально компромиссное решение. Некоторые новые драйверы затвора используют множество сложных и тонких трюков, чтобы облегчить эту задачу.
- Шаговый двигатель использует концепцию двигателя BLDC, включая в себя большое количество катушек (или полюсов), расположенных по периферии двигателя (рисунок 3). Путем поочередного включения и выключения этих полюсов индуцируется шаг и вращение ротора в прямом или обратном направлении.
Рис. 3. Шаговый двигатель
Полюсов может быть и 16, и 128 (или более), в зависимости от требуемой точности вращения, прямо пропорциональной их количеству. Шаговые двигатели доступны в однополярных двухфазных и биполярных двух-, трех- и пятифазных конфигурациях. Самый распространенный из них – биполярный двухфазный двигатель.
В шаговом двигателе магнитное поле ротора генерируется постоянным магнитом, а магнитное поле статора – током, протекающим в определенной фазе. В результате ротор будет выравниваться в соответствии с магнитным полем статора, чтобы достичь заданного положения.
Шаговый двигатель хорошо подходит для задач, где необходимы быстрые остановка/запуск, позиционирование или движение назад/вперед, однако он не подойдет для долговременной непрерывной работы. Он часто используется в принтерах и приборах с поэтапным позиционированием (это только два из его многочисленных применений). Несмотря на то, что точность позиционирования зависит от числа полюсов, использование усовершенствованного метода, в котором смежные полюсы включаются частично (так называемый «микрошаг»), позволяет более точно управлять переключением и позиционированием.
Отсутствие датчика
Для определения положения ротора необходимо проводить измерение напряжения на незадействованную обмотку. Данный способ применим при вращении двигателя, иначе он не будет действовать.
Бездатчиковые регуляторы хода изготавливаются легче, это объясняет их широкое распространение.
Контроллеры обладают следующими свойствами:
- значение максимального постоянного тока;
- значение максимального рабочего напряжения;
- число максимальных оборотов;
- сопротивление силовых ключей;
- импульсная частота.
При подключении контроллера важно делать провода, как можно короче. Из-за возникновения бросков тока на старте
Если провод длинный, то могут возникнуть погрешности определения положения ротора. Поэтому контроллеры продаются с проводом 12 — 16 см.
Контроллеры обладают множеством программных настроек:
- контроль выключения двигателя;
- плавное или жёсткое выключение;
- торможение и плавное выключение;
- опережение мощности и КПД;
- мягкий, жесткий, быстрый старт;
- ограничения тока;
- режим газа;
- смена направления.
Контроллер LB11880, изображенный на рисунке, содержит драйвер бесколлекторного двигателя мощной нагрузки, то есть можно запустить двигатель напрямую к микросхеме без дополнительных драйверов.
Принцип работы коллекторного мотора
Электрический ток (DC или direct current), поступая на обмотки якоря (в зависимости от их количества на каждую по очереди) создает в них электромагнитное поле, которое с одной стороны имеет южный полюс, а с другой стороны северный.
Многие знают, что, если взять два любых магнита и приставить их одноименными полюсами друг другу, то они не за что не сойдутся, а если приставить разноименными, то они прилипнут так, что не всегда возможно их разъединить.
Так вот, это электромагнитное поле, которое возникает в любой из обмоток якоря, взаимодействуя с каждым из полюсов магнитов статора, приводит в действие (вращение) сам якорь. Далее ток, через коллектор и щетки переходит к следующей обмотке и так последовательно, переходя от одной обмотки якоря к другой, вал электродвигателя совместно с якорем вращается, но лишь до тех пор, пока к нему подается напряжение.
В стандартном коллекторном моторе якорь имеет три полюса (три обмотки) – это сделано для того чтобы движок не «залипал» в одном положении.
Описание ВД
Этот тип двигателя создан с целью улучшения свойств электродвигателей постоянного тока . Высокие требования к исполнительным механизмам (в частности, высокооборотных микроприводов точного позиционирования) обусловили применение специфических двигателей постоянного тока: бесконтактных трехфазных двигателей постоянного тока (БДПТ или BLDC). Конструктивно они напоминают синхронные двигатели переменного тока: магнитный ротор вращается в шихтованом статоре с трехфазными обмотками. Но обороты являются функцией от нагрузки и напряжения на статоре. Эта функция реализована с помощью переключения обмоток статора в зависимости от координат ротора. БДПТ существуют в исполнении с отдельными датчиками на роторе и без отдельных датчиков. В качестве отдельных датчиков применяются датчики Холла. Если выполнение без отдельных датчиков, то в качестве фиксирующего элемента выступают обмотки статора. При вращении магнита, ротор наводит в обмотках статора ЭДС, в результате чего возникает ток. При выключении одной обмотки измеряется и обрабатывается сигнал, который был в ней наведен. Этот алгоритм требует процессора обработки сигналов. Для торможения и реверса БДПС не нужна мостовая схема реверса питания — достаточно подавать управляющие импульсы на обмотки статора в обратной последовательности.
Основным отличием ВД от синхронного двигателя является его самосинхронизация с помощью ДПР, в результате чего у ВД, частота вращения поля пропорциональна частоте вращения ротора.
Статор
Статор бесколлекторного электродвигателя
Статор имеет традиционную конструкцию и похож на статор асинхронной машины . Он состоит из корпуса, сердечника из электротехнической стали и медной обмотки,уложенной в пазы по периметру сердечника. Количество обмоток определяет количество фаз двигателя. Для самозапуска и вращения достаточно двух фаз — синусной и косинусной. Обычно ВД трёхфазные, реже- четырёхфазные.
По способу укладки витков в обмотки статора различают двигатели имеющие обратную электродвижущую силу трапецеидальной (BLDC) и синусоидальной (PMSM) формы. По способу питания фазный электрический ток в соответствующих типах двигателя также изменяется трапецеидально или синусоидально.
Ротор
Ротор изготавливается с использованием постоянных магнитов и имеет обычно от двух до восьми пар полюсов с чередованием северного и южного полюсов.
Вначале для изготовления ротора использовались ферритовые магниты. Они распространены и дёшевы, но им присущ недостаток в виде низкого уровня магнитной индукции. Сейчас получают популярность магниты из сплавов редкоземельных элементов , так как они позволяют получить высокий уровень магнитной индукции и уменьшить размер ротора.
Датчик положения ротора
Датчик положения ротора (ДПР) реализует обратную связь по положению ротора. Его работа может быть основана на разных принципах — фотоэлектрический , индуктивный, на эффекте Холла , и т. д. Наибольшую популярность приобрели датчики Холла и фотоэлектрические, так как они практически безинерционны и позволяют избавиться от запаздывания в канале обратной связи по положению ротора.
Фотоэлектрический датчик, в классическом виде, содержит три неподвижных фотоприёмника, которые поочерёдно закрываются шторкой вращающейся синхронно с ротором. Это показано на рисунке 1 (желтая точечка). Двоичный код, получаемый с ДПР, фиксирует шесть различных положений ротора. Сигналы датчиков преобразуются управляющим устройством в комбинацию управляющих напряжений, которые управляют силовыми ключами, так, что в каждый такт (фазу) работы двигателя включены два ключа и к сети подключены последовательно две из трёх обмоток якоря. Обмотки якоря U, V, W
расположены на статоре со сдвигом на 120° и их начала и концы соединены так, что при переключении ключей создаётся вращающийся градиент магнитных полей.
Бесколлекторные электродвигатели постоянного тока (BLDC)
В самом названии уже можно увидеть коренное различие между этими машинами. В BLDC машинах отсутствуют щетки, что делает их конструкцию заметно сложнее. Бесщеточная машина постоянного тока имеет четыре или более постоянных магнита в роторе.
Эффективность – основная фишка данных машин. Поскольку ротор имеет постоянные магниты, он не нуждается в источнике напряжения, следовательно, нет физического подключения. Нет подключения – нет щеточно-коллекторного узла, соответственно, исчезают все проблемы связанные с ним. Но есть и минус – такой тип электрических машин должен иметь электронную систему управления положением ротора в пространстве. Для анализа поворотов машины и выработки управляющих импульсов в нужный момент используют микроконтроллер, а для отслеживания поворота вала в пространстве – поворотные датчики или датчики на основе эффекта Холла.
Электродвигатели BLDC представляют собой синхронные машины, что означает, что магнитные поля ротора и статора вращаются с одинаковой частотой. Они могут иметь одно-, двух- и трехфазные конфигурации.
Особенности конструкции
Для лучшего понимания данного вопроса следует подробнее рассмотреть, что легло в основу представленного устройства. Тип электродвигателя коллекторный универсальный представляет собой прибор постоянного тока, имеющий последовательно включенные обмотки возбуждения, оптимизированные для работы на переменном токе бытовой сети электрического питания. Вращение двигателя происходит в одну сторону вне зависимости от полярности. Это связано с тем, что обмоток статора и ротора приводит к одновременной смене их магнитных полюсов, а благодаря этому результирующий момент направляется в одну сторону.
Бесколлекторные двигатели
Название электродвигателя говорит об отсутствии токосъемного устройства. Что является основной конструктивной разницей. Это позволяет снизить потери на трение и повысить мощность. При этом постоянные магниты смонтированы на роторе, а обмотки размещены на статоре.
Выпускаются бесколлекторные двигатели, у которых магниты смонтированы на корпусе. В этом случае корпус выполняет функцию ротора.
Для пуска двигателя требуется специальное устройство (контроллер или коммутатор), что увеличивает стоимость бесколлекторных электродвигателей.
Содержание
Все чаще на электроинструменте можно встретить надпись «Brushless motor». Это значит, что девайс оснащен бесщеточным электродвигателем постоянного тока. Действительно ли от этого есть толк или это очередная уловка маркетологов? Давайте разбираться на примере шуруповертов.
Мы будем говорить о шуруповертах как о наиболее востребованном электроинструменте в арсенале домашнего мастера (кто крутил саморезы отверткой, тот поймет). Но тезисы материала безоговорочно распространяются на весь электроинструмент, оснащенный бесщеточными двигателями.
Плюсы и минусы бесщеточного шуруповерта
Производители пишут, что основная изюминка бесщеточного шуруповерта — не нужно менять щетки, которых нет. Это на самом деле так, но так ли сложно поменять щетки?
За этим «жирным» плюсом притаился довольно коварный минус. Дело в том, что более-менее нагруженный шуруповерт потребует замены щеток на второй, а то и третий год работы. Проводя их замену, бережливый владелец наверняка заглянет и в другие узлы инструмента. Обратит внимание на состояние подшипников, очистит внутренности от пыли, заложит порцию свежей смазки — в общем, проведет полное техобслуживание инструмента. В случае с бесколлекторным инструментом, о необходимости сервисного обслуживания можно просто забыть и вспомнить о нем, когда шуруповерт начнет конкретно барахлить.
Вот по-настоящему значимые преимущества бесщеточного инструмента:
- Высокий КПД. У бесщеточного двигателя он составляет порядка 90 %, в то время как у коллекторного мотора — на уровне 60 %. Это обусловлено отсутствием потерь на трение и искрообразование, и, как следствие, повышением температуры коллекторного узла якоря мотора.
- Быстрый выход на номинальную скорость вращения двигателя. В этом опять же заслуга высокого КПД BLDC мотора.
- При тех же массогабаритных показателях, с вала бесщеточного электродвигателя снимается большая мощность, а это влечет получение большего крутящего момента.
- Лучшая энергоэффективность. Благодаря отсутствию потерь в коллекторе и щеточном узле и более высокому КПД бесщеточный шуруповерт сделает больше полезной работы на одном заряде аккумулятора. Это важно профессионалам, для которых время — деньги. Эффективность бесщеточного шуруповерта в среднем выше на 25–40 % в сравнении с его коллекторным аналогом.
- Возможность использования во взрыво- и пожароопасных средах ввиду отсутствия искр на щеточном узле.
- Грамотная защита от перегрузки. Плата управления электродвигателем просто не позволит нагрузить инструмент сверх меры, а вот коллекторный шуруповерт при должном старании можно перегреть и получить дымок из вентиляционных отверстий.
Но бесщеточным инструментам присущи и некоторые недостатки:
- Высокая цена. Наличие в конструкции дорогой силовой платы управления BLDC мотором ощутимо увеличивает стоимость шуруповерта.
- Плохая ремонтопригодность. В бесщеточном шуруповерте плата управления, кнопка включения инструмента и статор электродвигателя обычно идут единым блоком. Стоимость запчасти — от 2/3 до 3/4 стоимости нового инструмента. Если поломка произойдет по истечении гарантийного срока, то ремонтировать такой шуруповерт вряд ли целесообразно. В отличие от коллекторных экземпляров, где можно заменить кнопку или электродвигатель отдельно, и стоить это будет на порядок дешевле.
Впускные коллекторы с изменяемой геометрией
Отдельного внимания заслуживает система изменения геометрии впускного коллектора.
Двигатели с переменной длиной впускного тракта
Импульсные движения во впускном коллекторе, безусловно, помогают его работе, но процесс запускается только в диапазоне определенных частот колебаний. Длина импульса пропорциональна длине трубы коллектора. Такой принцип используется во впускных коллекторах с изменяемой длиной. Электронный блок управления двигателем контролирует число оборотов и подает сигнал на клапан для включения «малого» либо «большого» круга подачи смеси.
Устройство коллекторов с изменением сечения каналов
В случае изменения сечения впускного коллектора по ходу движения топливной смеси установлены заслонки, которые в закрытом положении не перекрывают полностью продвижение смеси, а уменьшают просвет коллектора. Изменение сечения потока приводит к завихрениям и увеличению их скорости. Управление такими устройствами осуществляет бортовой компьютер.
Пример реализации коллектора с изменяемым сечением дизельного и бензинового двигателей
Впускные коллекторы с системой рециркуляции отработанных газов
Впускные коллекторы с системами EGR Exhaust Gas Recirculatiоn (система рециркуляции отработанных газов) предназначены для уменьшения токсичных выбросов в атмосферу. Подобные конструкции коллекторов устанавливаются как на бензиновые, так и на дизельные двигатели. Принцип действия прост — отработанные газы из выхлопной системы через отдельный клапан попадают обратно во впускной коллектор, благодаря чему понижается содержание кислорода в топливовоздушной смеси, а значит, понижается интенсивность окисления и температура в камерах сгорания. Система включается только в определенных режимах, например, на холостом ходу.
Теги
Бесколлекторный двигательДвигательДвигатель постоянного токаКоллекторный двигатель постоянного токаШаговый двигательЭлектродвигатель
На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus. com.
В случае комментирования в качестве гостя (без регистрации на disqus.com) для публикации комментария требуется время на премодерацию.
Другие сравнения
При сопоставлении коллекторных и асинхронных двигателей одинаковой мощности, вне зависимости от номинальной частоты последних, получается разная характеристика. Далее это будет описано подробнее. Универсальный коллекторный электродвигатель реализует «мягкую» характеристику. В данном случае момент прямо пропорционален нагрузке на валу, при этом обороты обратно пропорциональны ей. Номинальный момент обычно меньше максимального в 3-5 раз. Ограничение оборотов холостого хода характеризуется исключительно потерями в двигателе, при этом при включении мощного агрегата без нагрузки он может разрушиться.
Характеристикой асинхронного двигателя является «вентиляторная», то есть агрегат поддерживает частоту вращения, приближенную к номинальной, увеличивая момент максимально резко при незначительном снижении оборотов. Если речь идет о значительном изменении этого показателя, то момент двигателя не только не растет, но и падает до нулевой отметки, что приводит к полной остановке. Обороты холостого хода немного превышают номинальные, при этом остаются постоянными. Характеристикой однофазного асинхронного двигателя является дополнительный набор проблем, сопряженных с запуском, так как он не развивает пускового момента в нормальных условиях. Магнитное поле однофазного статора, пульсирующее во времени, распадается на два поля с противоположными фазами, из-за чего пуск без всевозможных ухищрений становится невозможным:
— емкость, создающая искусственную фазу;
— расщепленный паз;
— активное сопротивление, формирующее искусственную фазу.
Теоретически поле, вращающееся в противофазе, снижает максимальный КПД однофазного асинхронного агрегата до 50-60% из-за потерь в перенасыщенной магнитной системе и обмотках, нагружаемых токами противополя. Получается, что на одном валу находятся две электрические машины, при этом одна работает в двигательном режиме, а вторая – режиме противовключения. Получается, что электродвигатели однофазные коллекторные не знают конкурентов в соответствующих сетях. Чем и заслужили столь высокую популярность.
Механические характеристики электродвигателя обеспечивает ему определенную сферу использования. Малые обороты, ограниченные частотой сети переменного тока, делают асинхронные агрегаты аналогичной мощности большими по весу и размеру в сравнении с универсальными коллекторными. Однако при включении в цепь питания инвертора с высокой частотой можно добиться соизмеримых размеров и веса. Остается жесткость механической характеристики электродвигателя, к которой добавляются потери на токопреобразование, а также увеличение частоты, повышаются магнитные и индуктивные потери.
Что называют коллекторным двигателем?
Коллекторным двигателем называется электрическая машина, датчик положения ротора и переключатель тока в которой — это одно и то же устройство, называемое щеточно-коллекторным узлом. Про последний можно рассказать дополнительно. Он обеспечивает электрическое соединение цепей в неподвижной части машины с цепями ротора. Конструктивно он состоит из щеток (под ними понимаются скользящие контакты, которые расположены вокруг вращающейся части двигателя) и коллектора (то, что находится на движимом элементе механизма).
К общим достоинствам можно отнести то, что коллекторный двигатель прост в изготовлении и эксплуатации, имеет значительный ресурс использования и легко может быть отремонтирован. К общим недостаткам причисляют то, что они имеют малую массу и большой коэффициент полезного действия. В большинстве случаев это только плюс, но не сейчас. Так, соединение низкой массы и быстроходности (которая достигает сотен и тысяч оборотов в минуту) приводит к тому, что для нормальной работы почти всегда требуются редукторы. А при перестройке на низкую скорость машина имеет пониженный КПД, и возникают проблемы с охлаждением. Пока изящного решения этой проблемы найти не удалось.
Разновидности
Трехполюсной ротор на подшипниках скольжения;
Двухполюсной статор на постоянных магнитах;
В качестве щеток коллекторного узла.
Этот набор характерен для самых маломощных решений, используемых обычно в детских игрушках, где не требуется большая мощность. В состав более мощных двигателей включается еще несколько конструктивных элементов:
Четыре графитовые щетки в виде коллекторного узла;
Ротор с несколькими полюсами на подшипниках качения;
Статор из постоянных магнитов с четырьмя полюсами.
Чаще всего устройство электродвигателя такого типа используется в современных автомобилях для реализации привода вентилятора системы охлаждения и вентиляции, насосов омывателей, дворников и прочих элементов. Существую и более сложные агрегаты.
Мощность электродвигателя в несколько сотен ватт предполагает использование в составе четырехполюсного статора, выполненного из электромагнитов. Для подключения его обмоток может использоваться один из нескольких способов:
Последовательно с ротором. В данном случае получается большой максимальный момент, однако из-за больших оборотов холостого хода велик риск повреждения двигателя.
Параллельно с ротором. В данном случае обороты остаются стабильными в условиях изменяющейся нагрузки, однако максимальный момент заметно меньше.
Смешанное возбуждение, когда часть обмотки подключается последовательно, а часть параллельно. В данном случае совмещены достоинства предыдущих вариантов. Используется этот тип для стартеров автомобилей.
Независимое возбуждение, при котором используется отдельный источник питания. В данном случае получаются характеристики, соответствующие параллельному подключению. Используется этот вариант довольно редко.
Коллекторный электродвигатель обладает определенными достоинствами: их просто изготавливать, ремонтировать, эксплуатировать, а их ресурс работы достаточно велик. В качестве недостатков обычно выделяется следующий: эффективные конструкции подобных устройств обычно являются быстроходными и низкомоментными, поэтому большинство приводов требует установки редукторов. Это утверждение вполне обосновано, так как электрическая машина, ориентированная на низкую скорость, характеризуется заниженным КПД, а также связанными с этим проблемами охлаждения. Последние таковы, что для них сложно найти изящное решение.
Коллекторный электродвигатель или бесколлекторный
Коллекторные и бесколлекторные двигатели постоянного тока ДПТ не теряют своей актуальности, широко применяясь в качестве электроприводов подъемных и транспортных средств, поскольку обладают наиболее подходящими для этого пусковыми и регулировочными характеристиками. В этой статье мы рассмотрим особенности конструкции и применения разных видов ДПТ. Конструкция двигателей постоянного тока со времени выпуска первых промышленных моделей 2 половина 19 века не претерпела существенных изменений. Принцип действия базируется на свойстве разноименных полюсов магнита отталкиваться, а одноименных — притягиваться. В число основных элементов, из которых состоит ДПТ, входят:.
Поиск данных по Вашему запросу:
Схемы, справочники, даташиты:
Прайс-листы, цены:
Обсуждения, статьи, мануалы:
Дождитесь окончания поиска во всех базах.
По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.
Содержание:
- Коллекторный электродвигатель
- В чем разница между коллекторными и бесколлекторными электродвигателями постоянного тока?
- Коллекторный и бесколлекторный двигатели
- Сравнение коллекторных и бесколлекторных моторов
- что такое Flux
- Радиоуправляемые модели и игрушки оптом
ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Коллекторный и бесколлекторный электродвигатели_ДжоК #2
Коллекторный электродвигатель
Чем отличаются коллекторные двигатели от бесколлекторных, главные преимущества и недостатки обоих типов. Станки и мехатроника. Станки с ЧПУ. Фрезерные станки с ЧПУ 6. Колонные бесконсольные станки с ЧПУ 1. Портальные станки с ЧПУ 4. Токарные станки. Мини-станки токарные 2. Поворотные оси. Оси на волновом редукторе 9. Оси на ременном редукторе 5. Задние бабки 3.
Линейные модули. Линейные модули оси Z 2. Линейные модули с ШВП тяжелые Модули перемещения URS 3. Модули перемещения LRS 7. Модули перемещения VRS вертикальные 2. Линейные модули с ременным приводом 1. Контроллеры и системы ЧПУ. Контроллеры Mach5 3. Автономные контроллеры 5. Контроллеры Mach4 9. Контроллеры NC Studio 5.
Контроллеры ЧПУ 3 оси. Контроллеры ЧПУ 4 оси. Системы ЧПУ фрезерные 1. Системы ЧПУ плазменная резка 1. Управление станком с ЧПУ. Платы опторазвязки 6. Интерфейсные платы 5 осей 1. Платы опторазвязки LPT 5. ПЛК 2. Платы коммутации Коммутация, переходники Конвертеры сигналов Наборы Наборы управления на сервоприводах 3.
Наборы управления на ШД 4. Пульты для станков 9. Генераторы импульсов ручные MPG 3. Пульты для Mach4 3. Пульты для NCStudio 3. Питание и кабели. Источники питания Импульсные блоки питания Трансформаторные блоки питания 5.
Аксессуары к БП 7. Трансформаторы и выпрямители 6. Кабели и проводка Провода силовые Провода сигнальные и слаботочные 8. Шлейфы, оконцованные кабели Фильтры помех 3. Разъемы и клеммники Клеммники 6. Разъемы кабель-кабель Разъемы кабель-корпус Монтажные материалы Щиты монтажные 7. DIN-рейка 4. Кнопки, педали 4. Реле, контакторы, фильтры 9. Блоки реле 3. Твердотельные реле 3. ЭМИ фильтры 3. Датчики, энкодеры, линейки. Бесконтактные датчики Индуктивные датчики Датчики высоты, щупы 7.
Концевые выключатели 1. Линейки и УЦИ Rational Линейки оптические Устройства индикации DRO 2. Энкодеры 5. Пластины и уголки для датчиков 3. Двигатели и привод. Шпиндели для ЧПУ. Шпиндели водяные Водяные шпиндели GDZ 8. Шпиндели GDL 2. Водяные шпиндели GDK 5. Шпиндели DX водяного охлаждения по металлу 5. Водяные шпиндели TDK 6. Водяные шпиндели GMT 4. Шпиндельные двигатели Шпиндельные серводвигатели CTB 5.
Драйверы шпиндельных двигателей Yuhai 2. Шпиндельные серводвигатели Yuhai 3. Шпиндели воздушные Шпиндели воздушные TDK круглые 2. Шпиндели воздушного охлаждения GMT 7. Шпиндели воздушного охлаждения Hanqi 3. Шпиндели ременные 5.
Шпиндели с автосменой ATC, ременные 4. Минишпиндели Windward 5. Фрезерные шпиндельные головки 2. Шпиндели Kress 7. Коллекторные мини-шпиндели 2.
В чем разница между коллекторными и бесколлекторными электродвигателями постоянного тока?
Задача электрического двигателя создать вращение, что приводит в движение радиоуправляемые модели. Часто одни и те же радиоуправляемые модели — автомодели, авиамодели, судомодели — сильно отличаются друг от друга по цене — почти в 2 раза. Эти модели могут быть укомплектованы коллекторными и бесколлекторными двигателями и соответственными регуляторами. Нужно понять, какой двигатель выбрать. Существует 2 основных типа электродвигателей, использующихся в радиоуправляемых моделях: коллекторные и бесколлекторные. Коллекторные двигатели brushed, щеточные дешеле, но модели с такими двигателями развивают меньшую скорость и такие моторы менее надежны. Определяющей особенностей коллекторных двигателей является наличие щеточно-коллекторного узла, который обеспечивает движение радиоуправляемой модели.
Чем отличается бесщеточный (бесколлекторный) электродвигатель от щеточного (коллекторного).
Коллекторный и бесколлекторный двигатели
Этой статьёй я начинаю цикл публикаций о бесколлекторных двигателях постоянного тока. Будут рассмотрены разные типы двигателей, приведены примеры подбора параметров регуляторов. Логическим завершением публикаций будет схема регулятора. Бесколлекторные двигатели получили широкое распространение благодаря развитию электроники и, в том числе, благодаря появлению недорогих силовых транзисторных ключей. Также немаловажную роль сыграло появление мощных неодимовых магнитов. Однако не стоит считать бесколлекторный двигатель новинкой. Идея бесколлекторного двигателя появилась на заре электричества. Но, в силу неготовности технологий, ждала своего времени до года, когда появился первый коммерческий бесколлекторный двигатель постоянного тока. Конструктивно бесколлекторный двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Обращаю Ваше внимание на то, что в коллекторном двигателе наоборот, обмотки находятся на роторе.
Сравнение коллекторных и бесколлекторных моторов
Электродвигатели сегодня широко распространены во многих отраслях, в частности в промышленности и робототехнике. Кроме того, существует большой спрос на малые, эффективные электромоторы с высоким и низким крутящим моментом, а также на электродвигатели различных мощностей для автомобильного сектора. Инженеры, работающие в этих областях, могут выбирать между коллекторными щеточными и бесколлекторными бесщеточными электродвигателями. Все они работают в соответствии с законом индукции Фарадея, тем не менее, между этими моторами есть ключевые различия, которые могут быть неочевидны для новичков в электроприводе.
Наверняка у каждого новичка, который впервые связал свою жизнь с электромоделями на радиоуправлении, после тщательного изучения начинки, появляется вопрос.
что такое Flux
Подписавшись, Вы будете оперативно получать новости Электротехнической отрасли, кабельных заводов, наличие на складе, спецпредложения. Трудно себе представить современное производство без различного оборудования и без электродвигателей, которые приводят его в действие. Исправная работа электродвигателя — гарантия качественного производственного процесса в любой промышленной отрасли. Электродвигатели постоянного тока создают регулируемые электроприводы. Устройство электродвигателя постоянного тока таково, что он может работать только от постоянного тока.
Радиоуправляемые модели и игрушки оптом
Если вы уже решили, какую именно радиоуправляемую модель хотите купить и точно знаете, что ваш будущий внедорожник, самолет, дрон или быстроходный катер будет оснащен электродвигателем, самое время задуматься, какого типа мотор лучше и надежнее. Современная RC-модель на электрической тяге может иметь коллекторный или бесколлекторный двигатель. Каждый вариант имеет свои достоинства и недостатки. И разница тут не только в цене, как могут сказать в ближайшем магазине. Итак, рассмотрим все детально, а выводы относительно того, с каким же моторчиком выбрать машинку или другую модель на радиоуправлении, пусть каждый делает самостоятельно. Ротор подвижная часть и статор неподвижная часть — это два основных элемента мотора коллекторного типа. Внутри корпуса статора вращается подвижный ротор с медной обмоткой. С одной стороны вала ротора установлена передающая шестерня, или шкив, а с другой — коллектор, который, по сути, является набором контактов.
Решено: Сравнение коллекторных и бесколлекторных моторов Электродвигатели Ответ.
Чтобы ваш четырехколесный друг на радиоуправлении долго служил вам верой и правдой, ему необходимы комплектующие и детали отменного качества. В каталоге вы найдете товары только от ведущих производителей. Выбирайте деталь требуемого типа, конструкции и назначения, заказывайте ее с доставкой на дом и наслаждайтесь гонками! Для вас создана удобная система фильтров.
Flux Brushless System состоит из электронного регулятора скорости и бесколлекторного двигателя. С таким мотором ваша модель станет сверхбыстрой на трассе и сможет развивать бешенную скорость! Особенности бесколлекторных двигателей Flux :. Регулятор скорости серии Flux имеет разъемы для подключения мотора, разъем типа Dean для подключения и трехжильный кабель с разъемом для соединения с приемником, так что вы сможете легко установить регулятор в любом удобном месте на вашей модели.
Самые маленькие двигатели данного типа единицы Ватт содержат в корпусе:. Применяются, в основном, в детских игрушках, плейерах, фенах, электробритвах, аккумуляторных отвёртках и т.
Бесколлекторный электродвигатель. В ряде отраслей промышленности и на транспорте могут существовать условия, когда коллекторные электродвигатели постоянного тока обычного исполнения неприменимы. К таким условиям в первую очередь следует отнести взрывоопасные газовые среды; различные агрессивные среды, быстро разрушающие коллектор; пониженное или повышенное давление; относительно низкую или высокую влажность. Сюда же можно отнести условия, в которых работают космические летательные аппараты, характеризующиеся наличием глубокого вакуума и отсутствием доступа к двигателю во время его эксплуатации. Кроме этого, из-за недостаточной механической прочности коллектора эти электродвигатели не находят широкого применения при создании высокооборотных электроприводов. Радикальным способом расширения областей применения электродвигателей постоянного тока является создание машины постоянного тока с бесконтактными коммутаторами, в которых хорошие пусковые качества, энергетические и регулировочные характеристики коллекторных машин с постоянными магнитами сочетались бы с высокой надежностью бесколлекторных машин переменного тока.
Вентильные двигатели в англоязычной литературе BLDC или PMSM ещё называют бесколлекторными двигателями постоянного тока , потому что коллектор такого двигателя обычно питается от постоянного напряжения. Этот тип двигателя создан с целью улучшения свойств электродвигателей постоянного тока. Высокие требования к исполнительным механизмам в частности, высокооборотных микроприводов точного позиционирования обусловили применение специфических двигателей постоянного тока: бесконтактных трехфазных двигателей постоянного тока БДПТ или BLDC. Конструктивно они напоминают синхронные двигатели переменного тока: магнитный ротор вращается в шихтованом статоре с трехфазными обмотками.
Коллекторный и бесколлекторный двигатель. Бесщеточные или коллекторные двигатели
Бытовая и медицинская техника, авиамоделирование, трубозапорные приводы газо- и нефтепроводов – это далеко не полный перечень областей применения бесколлекторных двигателей (БД) постоянного тока. Давайте рассмотрим устройство и принцип действия этих электромеханических приводов, чтобы лучше понять их достоинства и недостатки.
Общие сведения, устройство, сфера применения
Одна из причин проявления интереса к БД – это возросшая потребность в высокооборотных микродвигателях, обладающих точным позиционированием. Внутренне устройство таких приводов продемонстрировано на рисунке 2.
Рис. 2. Устройство бесколлекторного двигателя
Как видите, конструкция представляет собой ротор (якорь) и статор, на первом имеется постоянный магнит (или несколько магнитов, расположенных в определенном порядке), а второй оборудован катушками (В) для создания магнитного поля.
Примечательно, что эти электромагнитные механизмы могут быть как с внутренним якорем (именно такой тип конструкции можно увидеть на рисунке 2), так и внешним (см. рис. 3).
Рис. 3. Конструкция с внешним якорем (outrunner)
Соответственно, каждая из конструкций имеет определенную сферу применения. Устройства с внутренним якорем обладают высокой скоростью вращения, поэтому используются в системах охлаждения, в качестве силовых установок дронов и т.д. Приводы с внешним ротором используются там, где требуется точное позиционирование и устойчивость к перегрузкам по моменту (робототехника, медицинское оборудование, станки ЧПУ и т. д.).
Принцип работы
В отличие от других приводов, например, асинхронной машины переменного тока, для работы БД необходим специальный контроллер, который включает обмотки таким образом, чтобы векторы магнитных полей якоря и статора были ортогональны друг к другу. То есть, по сути, устройство-драйвер регулирует вращающий момент, действующий на якорь БД. Наглядно этот процесс продемонстрирован на рисунке 4.
Как видим, для каждого перемещения якоря необходимо выполнять определенную коммутацию в обмотке статора двигателя бесколлекторного типа. Такой принцип работы не позволяет плавно управлять вращением, но дает возможность быстро набрать обороты.
Отличия коллекторного и бесколлекторного двигателя
Привод коллекторного типа отличается от БД как конструктивными особенностями (см. рис 5.), так и принципом работы.
Рис. 5. А – коллекторный двигатель, В – бесколлекторный
Рассмотрим конструктивные отличия. Из рисунка 5 видно, что ротор (1 на рис. 5) двигателя коллекторного типа, в отличие от бесколлекторного, имеет катушки, у которых простая схема намотки, а постоянные магниты (как правило, два) установлены на статоре (2 на рис. 5). Помимо этого на валу установлен коллектор, к которому подключаются щетки, подающие напряжение на обмотки якоря.
Кратко расскажем о принципе работы коллекторных машин. Когда на одну из катушек подается напряжение, происходит ее возбуждение, и образуется магнитное поле. Оно вступает во взаимодействие с постоянными магнитами, это заставляет проворачиваться якорь и размещенный на нем коллектор. В результате питание подается на другую обмотку и цикл повторяется.
Частота вращения якоря такой конструкции напрямую зависит от интенсивности магнитного поля, которое, в свою очередь, прямо пропорционально напряжению. То есть, чтобы увеличить или уменьшить обороты, достаточно повысить или снизить уровень питания. А для реверса необходимо переключить полярность. Такой способ управления не требует специального контролера, поскольку регулятор хода можно сделать на базе переменного резистора, а обычный переключатель будет работать как инвертор.
Конструктивные особенности двигателей бесколлекторного типа мы рассматривали в предыдущем разделе. Как вы помните, их подключение требует наличия специального контролера, без которого они просто не будут работать. По этой же причине эти двигатели не могут использоваться как генератор.
Стоит также отметить, что в некоторых приводах данного типа для более эффективного управления отслеживаются положения ротора при помощи датчиков Холла. Это существенно улучшает характеристики бесколлекторных двигателей, но приводит к удорожанию и так недешевой конструкции.
Как запустить бесколлекторный двигатель?
Чтобы заставить работать приводы данного типа, потребуется специальный контроллер (см. рис. 6). Без него запуск невозможен.
Рис. 6. Контроллеры бесколлекторных двигателей для моделизма
Собирать самому такое устройство нет смысла, дешевле и надежней будет приобрести готовый. Подобрать его можно по следующим характеристикам, свойственным драйверам шим каналов:
- Максимально допустимая сила тока, эта характеристика приводится для штатного режима работы устройства. Довольно часто производители указывают такой параметр в названии модели (например, Phoenix-18). В некоторых случаях приводится значение для пикового режима, который контролер может поддерживать несколько секунд.
- Максимальная величина штатного напряжения для продолжительной работы.
- Сопротивление внутренних цепей контроллера.
- Допустимое число оборотов, указывается в rpm. Сверх этого значения контроллер не позволит увеличить вращение (ограничение реализовано на программном уровне). Следует обратить внимание, что частота вращения всегда приводится для двухполюсных приводов. Если пар полюсов больше, следует разделить значение на их количество. Например, указано число 60000 rpm, следовательно, для 6-и магнитного двигателя частота вращения составит 60000/3=20000 prm.
- Частота генерируемых импульсов, у большинства контролеров этот параметр лежит в пределах от 7 до 8 кГц, более дорогие модели позволяют перепрограммировать параметр, увеличив его до 16 или 32 кГц.
Обратим внимание, что первые три характеристики определяют мощность БД.
Управление бесколлекторным двигателем
Как уже указывалось выше, управление коммутацией обмоток привода осуществляется электроникой. Чтобы определить, когда производить переключения, драйвер отслеживает положение якоря при помощи датчиков Холла. Если привод не снабжен такими детекторами, то в расчет берется обратная ЭДС, которая возникает в неподключенных катушках статора. Контроллер, который, по сути, является аппаратно-программным комплексом, отслеживает эти изменения и задает порядок коммутации.
Трёхфазный бесколлекторный электродвигатель постоянного тока
Большинство БД выполняются в трехфазном исполнении. Для управления таким приводом в контролере имеется преобразователь постоянного напряжения в трехфазное импульсное (см. рис.7).
Рисунок 7. Диаграммы напряжений БД
Чтобы объяснить, как работает такой вентильный двигатель, следует вместе с рисунком 7 рассматривать рисунок 4, где поочередно изображены все этапы работы привода. Распишем их:
- На катушки «А» подается положительный импульс, в то время как на «В» – отрицательный, в результате якорь сдвинется. Датчиками зафиксируется его движение и подастся сигнал для следующей коммутации.
- Катушки «А» отключается, и положительный импульс идет на «С» («В» остается без изменения), далее подается сигнал на следующий набор импульсов.
- На «С» – положительный, «А» – отрицательный.
- Работает пара «В» и «А», на которые поступают положительный и отрицательный импульсы.
- Положительный импульс повторно подается на «В», и отрицательный на «С».
- Включаются катушки «А» (подается +) и повторяется отрицательный импульс на «С». Далее цикл повторяется.
В кажущейся простоте управления есть масса сложностей. Нужно не только отслеживать положение якоря, чтобы произвести следующую серию импульсов, а и управлять частотой вращения, регулируя ток в катушках. Помимо этого следует выбрать наиболее оптимальные параметры для разгона и торможения. Стоит также не забывать, что контроллер должен быть оснащен блоком, позволяющим управлять его работой. Внешний вид такого многофункционального устройства можно увидеть на рисунке 8.
Рис. 8. Многофункциональный контроллер управления бесколлекторным двигателем
Преимущества и недостатки
Электрический бесколлекторный двигатель имеет много достоинств, а именно:
- Срок службы значительно дольше, чем у обычных коллекторных аналогов.
- Высокий КПД.
- Быстрый набор максимальной скорости вращения.
- Он более мощный, чем КД.
- Отсутствие искр при работе позволяет использовать привод в пожароопасных условиях.
- Не требуется дополнительное охлаждение.
- Простая эксплуатация.
Теперь рассмотрим минусы. Существенный недостаток, который ограничивает использование БД – их относительно высокая стоимость (с учетом цены драйвера). К числу неудобств следует отнести невозможность использования БД без драйвера, даже для краткосрочного включения, например, чтобы проверить работоспособность. Проблемный ремонт, особенно если требуется перемотка.
Немного из истории:
Главная проблема всех двигателей — это перегревание. Ротор вращался внутри какого-нибудь статора, и поэтому тепло от перегрева никуда не уходило. Людям пришла в голову гениальная идея: вращать не ротор, а статор, который при вращении охлаждался бы воздухом. Когда создали такой двигатель, он стал широко использоваться в авиации и судостроении, и поэтому его прозвали Вентильным двигателем.
Вскоре был создан электрический аналог вентильного двигателя. Назвали его бесколлекторным мотором, потому что у него не было коллекторов (щеток).
Бесколлекторный двигатель.
Бесколлекторные (brushless англ.) электродвигатели пришли к нам сравнительно недавно, в последние 10-15 лет
. В отличие от коллекторных моторов они питаются трехфазным переменным током. Бесколлекторные двигатели эффективно работают в более широком диапазоне оборотов и имеют более высокий КПД
. Конструкция двигателя при этом относительно проще, в ней нет щеточного узла, который постоянно трется с ротором и создает искры. Можно сказать, что бесколлекторные моторы практически не изнашиваются. Стоимость бесколлекторных двигателей несколько выше, чем коллекторных. Это вызвано тем, что все бесколлекторные моторы снабжены подшипникам и, как правило, изготовлены более качественно.
Испытания показали:
Тяга с винтом 8х6 = 754 грамма
,
Частота вращения = 11550 об/мин
,
Потребляемая мощность = 9 ватт
(без винта), 101 ватт
(с винтом),
Мощность и КПД
Мощность можно вычислить вот таким способом:
1) Мощность в механике вычисляется по такой формуле: N= F*v
, где F — сила, а v — скорость. Но так как, винт находится в статическом состояние, то движения нет, кроме вращательного. Если этот мотор установить на авиамодель, то можно было бы замерить скорость (она равна 12 м/с) и посчитать полезную мощность:
N полез= 7. 54*12= 90.48 ватт
2) КПД электрического двигателя находится по такой формуле: КПД= N полезной/N затраченной *100%
, где N затрат= 101 ватт
КПД= 90.48/101 *100%= 90%
В среднем КПД бесколлекторных двигателей реально и колеблется около 90% (самый большой КПД достигнутый данным видом моторов равен 99.68%
)
Характеристики двигателя:
Напряжение: 11.1 вольт
Обороты: 11550 об/мин
Максимальная сила тока: 15А
Мощность: 200 ватт
Тяга: 754 грамм (винт 8х6)
Заключение:
Цена любой вещи зависит от масштабов ее производства. Производители бесколлекторных моторов множатся, как грибы после дождя. Поэтому хочется верить, что в скором будущем цена на контроллеры и бесколлекторные двигатели упадет, как упала она на аппаратуру радиоуправления… Возможности микроэлектроники с каждым днем все расширяются, размеры и вес контроллеров постепенно уменьшаются. Можно предположить, что в скором будущем контроллеры начнут встраивать прямо в двигатели! Может, мы доживем до этого дня. ..
Как только я начал заниматся авиамоделизмом, мне сразу стало интересно почему у двигателя три провода, почему он такой маленький и в то же время такой мощный и зачем ему нужен регулятор скорости… Прошло время, и я во всем разобрался. И дальше поставил перед собой задачу сделать своими руками бесколлекторный двигатель.
Принцип работы электрического двигателя:
В основу работы любой электрической машины положено явление электромагнитной индукции. Поэтому если в магнитное поле поместить рамку с током, то на неё подействует сила Ампера
, которая создаст вращательный момент. Рамка начнет поворачиваться и остановится в положении отсутствия момента, создаваемого силой Ампера.
Устройство электрического двигателя:
Любой электрический двигатель состоит из неподвижной части — Статора
и подвижной части — Ротора
. Для того чтобы началось вращение, нужно по очереди менять направление тока. Эту функцию и выполняет Коллектор
(щетки).
Бесколлекторный двигатель
— это двигатель ПОСТОЯННОГО ТОКА
без коллектора, в котором функции коллектора выполняет электроника. (Если у двигателя три провода, это не значит что он работает от трехфазного переменного тока! А работает он от «порций» коротких импульсов постоянного тока, и не хочу вас шокировать, но те же двигатели которые используются в кулерах, тоже бесколлекторные, хоть они и имеют всего два провода питания постоянного тока)
Устройство бесколлекторного двигателя:
Inrunner
(произносится как «инраннер»). Двигатель имеет расположенные по внутренней поверхности корпуса обмотки, и вращающийся внутри магнитный ротор.
Outrunner
(произносится как «аутраннер»). Двигатель имеет неподвижные обмотки (внутри) вокруг которых вращается корпус с помещенным на его внутреннюю стенку постоянными магнитами.
Принцип работы:
Для того чтобы бесколлекторный двигатель начал вращаться, напряжение на обмотки двигателя надо подавать синхронно. Синхронизация может быть организованна с использованием внешних датчиков (оптические или датчики холла), так и на основе противоЭДС (бездатчиковый), которая возникает в двигателе при его вращении.
Бездатчиковое управление:
Существуют бесколлекторные двигатели без каких либо датчиков положения. В таких двигателях определение положения ротора выполняется путем измерения ЭДС на свободной фазе. Мы помним, что в каждый момент времени к одной из фаз (А) подключен «+» к другой (В) «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, двигатель наводит ЭДС (т.е. в следствии закона электромагнитной индукции в катушке образуется индукционный ток) в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе (С) изменяется. Измеряя напряжение на свободной фазе, можно определить момент переключения к следующему положению ротора.
Что бы измерить это напряжение изпользуется метод «виртуальной точки». Суть заключается в том, что, зная сопротивление всех обмоток и начальное напряжение, можно виртуально «переложить провод» в место соединения всех обмоток:
Регулятор скорости бесколлекторного двигателя:
Бесколлекторный двигатель без электроники — просто железка, т. к. при отсутствии регулятора, мы не можем просто подключить напряжение на него, чтоб он просто начал нормальное вращение. Регулятор скорости — это довольно сложная система радиокомпонентов, т.к. она должна:
1) Определять начальное положение ротора для запуска электродвигателя
2) Управлять электродвигателем на низких скоростях
3) Разгонять электродвигатель до номинальной (заданной) скорости вращения
4) Поддерживать максимальный момент вращения
Принципиальная схема регулятора скорости (вентильная):
Бесколлекторные двигатели были придуманы на заре появления электричества, однако систему управления к ним никто не мог сделать. И только с развитием электроники: с появлением мощных полупроводниковых транзисторов и микроконтроллеров, бесколлекторные двигатели стали применятся в быту (первое промышленное использование в 60-х годах).
Достоинства и недостатки бесколлекторных двигателей:
Достоинства:
-Частота вращения изменяется в широком диапазоне
-Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде
-Большая перегрузочная способность по моменту
-Высокие энергетические показатели (КПД более 90 %)
-Большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов
Недостатки:
-Относительно сложная система управления двигателем
-Высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих материалов в конструкции ротора (магниты, подшипники, валы)
Разобравшись с теорией, перейдем к практике: спроектируем и сделаем двигатель для пилотажной модели МХ-2.
Список материалов и оборудования:
1) Проволока (взятая из старых трансформаторов)
2) Магниты (купленные в интернете)
3) Статор (барашек)
4) Вал
5) Подшипники
6) Дюралюминий
7) Термоусадка
8) Доспуп к неограниченному техническому хламу
9) Доступ к инструментам
10) Прямые руки:)
Ход работы:
1) С самого начала решаем:
Для чего делаем двигатель?
На что он должен быть рассчитан?
В чем мы ограничены?
В моем случае: я делаю двигатель для самолета, значит пускай он будет внешнего вращения; рассчитан он должен на то, что он должен выдать 1400 грамм тяги при трех-баночном аккумуляторе; ограничен я в весе и в размере. Однако с чего же начать? Ответ на этот вопрос прост: с самой трудной детали, т.е. с такой детали, которую легче просто найти, а все остальное подгонять под неё. Я так и поступил. После многих неудачных попыток сделать статор из листовой мягкой стали, мне стало понятно, что лучше найти её. Нашел я её в старой видеоголовке от видеорекоудора.
2) Обмотка трехфазного бесколлекторного двигателя выполняется изолированным медным проводом, от сечения которого зависит значение силы тока, а значит и мощность двигателя. Незабываем что, чем толще проволока, тем больше оборотов, но слабее крутящий момент. Подбор сечения:
1А — 0.05мм; 15А — 0.33мм; 40А — 0.7мм
3А — 0.11мм; 20А — 0.4мм; 50А — 0.8мм
10А — 0.25мм; 30А — 0.55мм; 60А — 0.95мм
3) Начинаем наматывать на полюса проволоку. Чем больше витков (13) намотано на зуб, тем большее магнитное поле. Чем сильнее поле, тем больший крутящий момент и меньшее количество оборотов. Для получения высоких оборотов, необходимо мотать меньшее количество витков. Но вместе с этим падает и крутящий момент. Для компенсации момента, обычно на мотор подают более высокое напряжение.
4) Дальше выбираем способ соединения обмотки: звездой или треугольником. Соединение звездой дает больший крутящий момент, но меньшее количество оборотов, чем соединение треугольником в 1. 73 раз. (впоследствии было выбрано соединение треугольник)
5) Выбираем магниты. Количество полюсов на роторе должно быть четным (14). Форма применяемых магнитов обычно прямоугольная. Размер магнитов зависит от геометрии двигателя и характеристик мотора. Чем сильнее применяемые магниты, тем выше момент силы, развиваемый двигателем на валу. Также чем больше количество полюсов, тем больше момент, но меньше оборотов. Магниты на роторе закрепляются с помощью специального термоклея.
Испытания данного двигателя я проводил на созданной мной витномоторной установке, которая позволяет измерить тягу, мощность и обороты двигателя.
Чтобы увидеть отличия соединений «звезда» и «треугольник» я соединял по разному обмотки:
В итоге получился двигатель соответствующий характеристикам самолета, масса которого 1400 грамм.
Принцип действия которого основан на частотном регулировании и самосинхронизации получил название бесколлекторного двигателя. В данной конструкции, вектор магнитного поля статора управляется относительно положения ротора. Бесколлекторный двигатель был создан для того, чтобы улучшить свойства стандартных коллекторных электродвигателей постоянного тока.
Он органично соединил в себе самые лучшие качества двигателей постоянного тока и бесконтактных электродвигателей.
Основные отличия от обычных двигателей
Бесколлекторный двигатель нередко используются в радиоуправляемых моделях летательных аппаратов. Их выдающиеся характеристики и живучесть получили широкую популярность, благодаря отсутствию трущихся деталей в виде щеток, которые осуществляют передачу тока.
Для того, чтобы более полно представить разницу, нужно вспомнить, что в стандартном коллекторном электродвигателе происходит вращение ротора с обмотками внутри статора, основой которого служат постоянные магниты. Коммутация обмоток производится с помощью коллектора, в зависимости от положения ротора. В электродвигателе переменного тока, наоборот, ротор с магнитом вращается внутри статора с обмотками. Примерно такую же конструкцию имеет двигатель.
В отличие от стандартных двигателей, в бесколлекторном в качестве подвижной части выступает статор, в котором размещены постоянные магниты, а роль неподвижной части играет ротор с трехфазными обмотками.
Принцип работы бесколлекторного электродвигателя
Вращение двигателя осуществляется путем смены направления магнитного поля в обмотках ротора в определенной последовательности. В этом случае, постоянные магниты взаимодействуют с магнитными полями ротора и приводят в движение подвижный статор. В основе этого движения лежит основное свойство магнитов, когда одноименные полюса отталкиваются, а разноименные — притягиваются.
Управление магнитными полями в обмотках ротора и их сменой, происходит с помощью контроллера. Он представляет собой достаточно сложное устройство, способное коммутировать высокие токи с большой скоростью. Контроллер обязательно имеет в своей схеме бесколлекторный электродвигатель, что в значительной степени удорожает его использование.
В бесколлекторных электродвигателях отсутствуют какие-либо вращающиеся контакты и любые контакты, способные переключаться. В этом состоит их главное преимущество перед обычными электродвигателями, поскольку все потери от трения сведены к минимуму.
Это разновидность электродвигателя переменного тока, у которого коллекторно-щеточный узел заменен бесконтактным полупроводниковым коммутатором, управляемым датчиком положения ротора. Иногда можно встретить такую аббревиатуру: BLDС — это brushless DC motor. Для простоты буду называть его двигатель-бесколлекторник или просто БК.
Бесколлекторные двигатели достаточно популярны из-за своей специфики: отсутствуют расходные материалы типа щеток, отсутствует угольная/металлическая пыль внутри от трения, отсутствуют искры (а это огромное направление взрыво и огне безопасных приводов/насосов). Используются начиная от вентиляторов и насосов заканчивая высокоточными приводами.
Основное применение в моделизме и любительских конструкциях: двигатели для радиоуправляемых моделей.
Общий смысл этих двигателей — три фазы и три обмотки (или несколько обмоток соединенных в три группы) управление которыми осуществляется сигналом в виде синусоиды или приближенной синусоиды по каждой из фаз, но с некоторым сдвигом. На рисунке простейшая иллюстрация работы трехфазного двигателя.
Соответственно, одним из специфичных моментов управления БК двигателями является применение специального контроллера-драйвера, который позволяет регулировать импульсы тока и напряжения по каждой фазе на обмотках двигателя, что в итоге дает стабильную работу в широком диапазоне напряжений. Это так называемые ESC контроллеры.
БК моторы для р/у техники бывают различных типоразмеров и исполнения. Одни из самых мощных это серии 22 мм, 36 мм и 40/42 мм. По конструкции они бывают с внешним ротором и внутренним (Outrunner, Inrunner). Моторы с внешним ротором по факту не имеют статичного корпуса (рубашки) и являются облегченными. Как правило, используют в авиамоделях, в квадракоптерах и т. п.
Двигатели с внешним статором проще сделать герметичными. Подобные применяют для р/у моделей, которые подвергаются внешним воздействиям тип грязи, пыли, влаги: багги, монстры, краулеры, водные р/у модели).
Например, двигатель типа 3660 можно запросто установить в р/у модель автомобиля типа багги или монстра и получить массу удовольствия.
Также отмечу различную компоновку самого статора: двигатели 3660 имеют 12 катушек, соединенных в три группы.
Это позволяет получить высокий момент на валу. Выглядит это примерно так.
Соединены катушки примерно вот так
Если разобрать двигатель и извлечь ротор, то можно увидеть катушки статора.
Вот что внутри 3660 серии
еще фото
Любительское применение подобным двигателей с высоким моментом — в самодельных конструкциях, где требуется малогабаритный мощный оборотистый двигатель. Это могут быть вентиляторы турбинного типа, шпиндели любительских станков и т.п.
Так вот, с целью установки в любительский станок для сверления и гравировки был взят набор бесколлекторного двигателя вместе с ESC контроллером
GoolRC 3660 3800KV Brushless Motor with ESC 60A Metal Gear Servo 9. 0kg Set
Плюсом в наборе был сервопривод на 9 кг, что очень удобно для самоделок.
Общие требования при выборе мотора были следующие:
— Количество оборотов/вольт не менее 2000, так как планировалось использование с низковольтными источниками (7.4…12В).
— Диаметр вала 5мм. Рассматривал варианты с валом 3.175 мм (это серия 24 диаметра БК двигателей, например, 2435), но тогда бы пришлось докупать новый патрон ER11. Есть варианты еще мощнее, например, двигатели 4275 или 4076, с валом 5 мм, но они соответственно дороже.
Характеристики бесколлекторного мотора GoolRC 3660:
Модель: GoolRC 3660
Мощность: 1200W
Рабочее напряжение: до 13V
Предельный ток: 92A
Обороты на вольт (RPM/Volt): 3800KV
Максимальные обороты: до 50000
Диаметр корпуса: 36mm
Длина корпуса: 60mm
Длина вала: 17mm
Диаметр вала: 5mm
Размер установочных винтов: 6 шт * M3 (короткие, я использовал М3*6)
Коннекторы: 4mm позолоченные «бананы» male
Защита: от пыли и влаги
Характеристики ESC контроллера:
Модель: GoolRC ESC 60A
Продолжительный ток: 60A
Пиковый ток: 320A
Применяемый аккумуляторные батареи: 2-3S Li-Po / 4-9S Ni-Mh Ni-Cd
BEC: 5. 8V / 3A
Коннекторы (Вход): T plug male
Коннекторы (вызод.): 4mm позолоченные «бананы» female
Размеры: 50 х 35 х 34mm (без учета длины кабелей)
Защита: от пыли и влаги
Характеристики сервомашинки:
Рабочее напряжение: 6.0V-7.2V
Скорость поворота (6.0V): 0.16sec/60° без нагрузки
Скорость поворота (7.2V): 0.14sec/60° без нагрузки
Момент удержания (6.0V): 9.0kg.cm
Момент удержания (7.2V): 10.0kg.cm
Размеры: 55 х 20 х 38mm (Д * Ш * В)
Параметры комплекта:
Размер упаковки: 10.5 х 8 х 6 см
Масса упаковки: 390 гр
Фирменная упаковка с логотипом GoolRC
Состав комплекта:
1 * GoolRC 3660 3800KV Motor
1 * GoolRC 60A ESC
1 * GoolRC 9KG Servo
1 * Информационный листок
Размеры для справки и внешний вид двигателя GoolRC 3660 с указанием основных моментов
Теперь несколько слов о самой посылке.
Посылка пришла в виде небольшого почтового пакета с коробкой внутри
Доставлялась альтернативной почтовой службой, не почтой России, о чем и гласит транспортная накладная
В посылке фирменная коробочка GoolRC
Внутри комплект бесколлекторного двигателя типоразмера 3660 (36х60 мм), ESC-контроллера для него и сервомашинки с комплектом
Теперь рассмотрим весь комплект по отдельным составляющим. Начнем с самого главного — с двигателя.
БК двигатель GoolRC представляет собой цилиндр из алюминия, размеры 36 на 60 мм. С одной стороны выходят три толстых провода в силиконовой оплетке с «бананами», с другой стороны вал 5 мм. Ротор с двух сторон установлен на подшипниках качения. На корпусе присутствует маркировка модели
Еще фотография. Внешняя рубашка неподвижная, т.е. тип мотора Inrunner.
Маркировка на корпусе
С заднего торца видно подшипник
Заявлена защита от брызг и влаги
Выходят три толстых, коротких провода для подключения фаз: u v w. Если будете искать клеммы для подключения — это бананы 4 мм
Провода имеют термоусадку разного цвета: желтый, оранжевый и синий
Размеры мотора: диаметр и длина вала совпадают с заявленными: Вал 5х17 мм
Габариты корпуса двигателя 36х60 мм
Сравнение с коллекторным 775 двигателем
Сравнение с б/к шпинделем на 300Вт (и ценой около $100). Напоминаю, что у GoolRC 3660 заявлена пиковая мощность 1200Вт. Даже если использовать треть мощности, все равно это дешевле и больше, чем у этого шпинделя
Сравнение с другими модельными двигателями
Для корректной работы двигателя потребуется специальный ESC контроллер (который есть в комплекте)
ESC контроллер — это плата драйвера двигателя с преобразователем сигнала и мощными ключами. На простых моделях вместо корпуса используется термоусадка, на мощных — корпус с радиатором и активным охлаждением.
На фото контроллер GoolRC ESC 60A по сравнению с «младшим» братом ESC 20A
Обратите внимание: присутствует тумблер выключения-выключения на отрезке провода, который можно встроить в корпус устройства/игрушки
Присутствует полный комплект разъемов: входные Т-коннекторы, 4 мм бананы-гнезда, 3-пиновый вход управляющего сигнала
Силовые бананы 4 мм — гнезда, маркируются аналогично по цветам: желтый, оранжевый и синий. При подключении перепутать можно только умышленно
Входные Т-коннекторы. Аналогично перепутать полярность можно если вы очень сильный)))))
На корпусе присутствует маркировка с названием и характеристиками, что очень удобно
Охлаждение активное, работает и регулируется автоматически.
Для оценки размеров приложил PCB ruller
В наборе также присутствует сервомашинка GoolRC на 9 кг.
Плюс как и для любой другой сервомашинки в комплекте идет набор рычагов (двойной, крест, звезда, колесо) и крепежная фурнитура (понравилось, что есть проставки из латуни)
Макрофото вала сервомашинки
Пробуем закрепить крестообразный рычаг для фотографии
На самом деле интересно проверить заявленные зарактеристики — это металлический комплект шестерен внутри. Разбираем сервомашинку. Корпус сидит на герметике по кругу, а внутри присутствует обильная смазка. Шестерни и правда металлические.
Фото платы управления сервой
Для чего все это затевалось: для того, чтобы попробовать БК двигатель как сверлилку/гравировалку. Все таки заявлена пиковая мощность 1200Вт.
Я выбрал проект сверлильного станка для подготовки печатных плат на . Там есть множество проектов для изготовления светильного настольного станка. Как правило, все эти проекты малогабаритные и предназначены для установки небольшого двигателя постоянного тока.
Я выбрал один из и доработал крепление в части держателей двигателя 3660 (родной двигатель был меньше и имел другие размеры креплений)
Привожу чертеж посадочных мест и габаритов двигателя 3660
В оригинале стоит более слабый двигатель. Вот эскиз крепления (6 отверстий для М3х6)
Скрин из программы для печати на принтере
Заодно напечатал и хомут для крепления сверху
Мотор 3660 с установленным цанговым патроном типа ER11
Для подключения и проверки БК мотора потребуется собрать следующую схему: источник питания, сервотестер или плата управления, ESC-контроллер двигателя, двигатель.
Я использую самый простой сервотестер, он также дает нужный сигнал. Его можно использовать для включения и для регулировки оборотов двигателя
При желании можно подключить микроконтроллер (Ардуино и т.п.). Привожу схему из интернета с подключением аутраннера и 30А контроллера. Скетчи найти не проблема.
Соединяем все, по цветам.
Источник показывает, что холостой ток контроллера небольшой (0.26А)
Теперь сверлильный станок.
Собираем все и крепим на стойку
Для проверки собираю без корпуса, потом допечатаю корпус, куда можно установить штатный выключатель, крутилку сервотестера
Еще одно применение подобного 3660 БК двигателя — в качестве шпинделя станков для сверления и фрезеровки печатных плат
Про сам станок обзор доделаю чуть позже. Будет интересно проверить гравировку печатных плат с помощью GoolRC 3660
Заключение
Двигатель качественный, мощный, крутящий момент с запасом подойдет под любительские цели.
Конкретно живучесть подшипников при боковом усилии при фрезеровки/гравировки покажет время.
Определенно существует выгода применения модельных двигателей в любительских целях, а также простота работы и сборки конструкций на них по сравнению с шпинделями для ЧПУ, которые дороже и требуют специального оборудования (источники питания с регулировкой оборотов, драйверы, охлаждение и т.п.).
При заказе пользовался купоном SALE15
со скидкой 5% на все товары магазина.
Спасибо за внимание!
Планирую купить
+59
Добавить в избранное
Обзор понравился
+92
+156
Коллекторный или бесколлекторный двигатель в Санкт-Петербурге: 616-товаров: бесплатная доставка, скидка-54% [перейти]
Партнерская программаПомощь
Санкт-Петербург
Каталог
Каталог Товаров
Одежда и обувь
Одежда и обувь
Стройматериалы
Стройматериалы
Здоровье и красота
Здоровье и красота
Продукты и напитки
Продукты и напитки
Детские товары
Детские товары
Текстиль и кожа
Текстиль и кожа
Электротехника
Электротехника
Дом и сад
Дом и сад
Мебель и интерьер
Мебель и интерьер
Промышленность
Промышленность
Вода, газ и тепло
Вода, газ и тепло
Все категории
ВходИзбранное
Коллекторный или бесколлекторный двигатель
550 Коллекторный двигатель 35Т с 60A ESC для 1/10 RC Crawler Axial SCX10 AXI03007 90046 Traxxas TRX4 TRX6 Slash,4
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
050 Коллекторный мотор с мотор-редуктором для 1 24 RC Crawler Car Axial SCX24 Производитель: Без
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
867
1398
Двигатель мотор коллекторный 550 Тип: Запчасть для радиоуправляемых моделей, Размер: Длина 15. 000
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
991
1790
Коллекторный мотор двигатель 180 класса для р/у моделей WPL УРАЛ D12, C24, B-14, B-24 C-14 C-24, B-16, B-36 на машины Jargeon 2485-40 HK668 ABC010 тип Y2 F180 Артикул: 18813
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Двигатель бесколлекторный A2204/13T, 1000KV
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Двигатель бесколлекторный A2212/13T, 1000KV
В МАГАЗИНЕще цены и похожие товары
Коллекторный двигатель 390 DC 12 V Производитель: DC
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
18 192
Бесколлекторный двигатель PL86BLM02
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
10 690
Бесколлекторный электродвигатель Power 60 BL Outrunner Motor 470Kv Производитель: E-Flite
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Коллекторный мотор 550 класса для Remo Hobby 1/10 Производитель: Remo Hobby
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Коллекторный мотор 550 класса для Remo Hobby 1/10 Производитель: Remo Hobby
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
19 683
Бесколлекторный двигатель PL86BLM03
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Коллекторный мотор 550 класса для Remo Hobby 1/10 Производитель: Remo Hobby
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Бесколлекторный двигатель PL42BLM04
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Бесколлекторный мотор A2212 1000KV Производитель: Без бренда
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Бесколлекторный двигатель 3660 2900KV — E9636
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
11 900
Бесколлекторный электродвигатель Spektrum Firma 1400Kv Brushless Sensored Crawler Motor — SPMXSM3000
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Бесколлекторный мотор A2216 880KV
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
1 520
2452
Двигатель бесщеточный A2212 для радиоуправляемого квадрокоптера, 1000 модели самолета, самолетостроение
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
860
920
Двигатель коллекторный 550 класс Remo Hobby RPM~25000|7. 2V — E9652 Производитель: Remo Hobby
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
27 636
Бесколлекторный двигатель PL86BLF04
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Коллекторный мотор 550 класса для Remo Hobby 1/10 Производитель: Remo Hobby
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Бесколлекторный двигатель Art-tech 41391
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Бесколлекторный мотор Park 400 BL 740Kv — EFLM1300 Производитель: Park
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Бесколлекторный мотор Power 46 670Kv — EFLM4046A
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Бесколлекторный двигатель Art-tech — 41391 Производитель: Art-Tech
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Бесколлекторный двигатель высокой мощности/крутящего момента, длина 3528-300, двигатель летательного аппарата с фиксированным крылом
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
Двигатель внутреннего сгорания автомодельный, Thunder Tiger PRO-28BD-R (9473) MTA-4 Производитель:
ПОДРОБНЕЕЕще цены и похожие товары
2 страница из 18
Разница между щеточными и бесщеточными двигателями
В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями? У одного есть кисти, а у другого нет, верно?
Хотя на первый взгляд это, конечно, правда, реальный вопрос заключается в том, почему существуют оба типа? Каковы основные преимущества и ограничения каждого из них?
Читайте дальше, чтобы узнать.
СВЯЗАННЫЕ: 10 САМЫХ ВАЖНЫХ ИЗОБРЕТЕНИЙ НИКОЛЫ ТЕСЛЫ
Но, прежде чем мы приступим к сравнению двух, полезно потратить некоторое время на обсуждение каждого типа двигателя в отдельности.
Что такое коллекторный двигатель?
В щеточном двигателе постоянного тока используются катушки с намотанной проволокой, называемые якорем, которые действуют как двухполюсный электромагнит. Дважды за цикл направление тока меняется на противоположное коммутатором, который представляет собой механический поворотный переключатель. Полюса электромагнита тянут и толкают постоянные магниты снаружи двигателя. Затем коммутатор меняет полярность электромагнита якоря, когда его полюса пересекают полюса постоянных магнитов, образуя постоянный ток.
«Рабочий конец» щеточного двигателя постоянного тока — узел ротора с обмотками коллектора и электромагнита. Источник: Zach Hoeken/Flickr
Коллекторные двигатели были первыми коммерчески важными двигателями, которые уже более 100 лет используются для управления двигателями в коммерческих и промышленных целях. Они являются самыми основными и используются с конца 1800-х годов.
Коллекторные двигатели можно регулировать по скорости, изменяя рабочее напряжение или силу магнитного поля внутри них.
Этот уровень управления очень полезен для многих приложений.
Коллекторные двигатели, как правило, состоят из четырех основных компонентов:
- Статор
- Ротор или якорь
- Щетки (очевидно)
- Коллектор
В следующем разделе мы обсудим, как работают эти компоненты.
Как работает коллекторный двигатель?
Как упоминалось ранее, коллекторный двигатель состоит из четырех основных компонентов. Первый, называемый статором, создает стационарное магнитное поле, окружающее ротор.
Типичная конструкция коллекторного двигателя DB.
Вверху слева: Полный двигатель и корпус.
Вверху справа: (слева направо) пластиковая крышка с открытыми щетками, ротор с коммутатором и электромагнитными обмотками, а также корпус с постоянными магнитами и статором внутри.
Внизу слева: Изолированный узел ротор/якорь (обмотки электромагнита коммутатора и т.д.).
Внизу справа: Крупный план пластиковой шапочки с электродами-щетками.
Источник: Илья Криворук/Wikimedia Commons
Это магнитное поле создается с помощью двух изогнутых постоянных магнитов. Эти магниты обычно стационарны (не двигаются), отсюда и термин.
Также важно отметить, что северный полюс одного будет направлен на ротор, а южный полюс другого — на ротор.
Ротор, или якорь, состоит из проволочных катушек, которые при прохождении через них электричества могут создавать магнитное поле.
Это часть, которая движется (отсюда и название «ротор») и вращает главный вал двигателя.
Из-за магнитного полярного притяжения магнитное поле ротора будет пытаться выровняться/оттолкнуться от поля статора, заставляя ротор вращаться вокруг своей оси.
Когда к двигателю подается электричество, создается магнитное поле, которое притягивает (и отталкивает) неподвижные магниты в статоре. Чтобы ротор продолжал вращаться, магнитное поле необходимо менять на противоположное каждые 9 секунд.0009 180-градусный оборот ротора (в простом одноякорном коллекторном двигателе).
Упрощенная схема простого коллекторного двигателя постоянного тока. Модифицировано из: Jared Owen/YouTube
Это изменение магнитной полярности ротора осуществляется щетками двигателя (обычно сделанными из углерода) и коммутатором (частью, которая «коммутирует» или реверсирует электрический ток на якорь ротора. Щетки обычно всего два неподвижных электрода, которые трутся о кольцо коммутатора, когда оно вращается вместе с ротором.0003
Щетки также будут подпружинены, чтобы обеспечить их контакт с коллектором.
Коллектор обычно состоит из небольшого, как правило, медного цилиндра, прикрепленного к ротору с разрывами через равные промежутки (например, 180 градусов в роторе с одним якорем). Электрический ток будет течь через одну половину коммутатора, через якорь и обратно из другой половины коммутатора.
Самые популярные
По мере вращения ротора (якоря) вращается и коммутатор, постоянно замыкая и разрывая электрическую цепь щетками. Это приводит к тому, что магнитные полюса обмоток ротора меняют магнитную полярность, поскольку цепь размыкается в одном направлении и восстанавливается в другом, т. е. ток меняется на противоположный каждые 180 градусов .
Более сложные двигатели будут иметь ряд якорей с разрывами между ними на коллекторе. Это помогает предотвратить возможное заклинивание двигателя, если щетки замыкают цепь через зазоры коллектора.
Другими словами, каждый контур якоря по очереди становится электромагнитом и притягивает/отталкивает внешние фиксированные постоянные магниты статора. Довольно аккуратно.
В реальных двигателях якорь также будет состоять из массы проводов, а не из одного провода. Это помогает значительно улучшить силу электромагнита и, следовательно, крутящий момент двигателя.
Более сложная схема коллекторного двигателя постоянного тока. Обратите внимание на несколько якорей и связанные с ними разрывы в кольце коммутатора. Источник: Джаред Оуэн/YouTube
Обычно коллекторные двигатели постоянного тока размещаются в корпусе из штампованной стали и оцинкованном корпусе с пластиковой крышкой на одном конце. В корпусе и крышке обычно есть ряд отверстий, которые обычно присутствуют для обеспечения потока воздуха через двигатель, чтобы предотвратить перегрев.
Также обычно имеются отверстия для винтов для установки двигателя на место. Пластиковая крышка также будет удерживать пару соединительных контактов для подключения источника питания и предотвращения короткого замыкания из-за контакта с металлическим корпусом двигателя.
Если у вас возникли проблемы с визуализацией работы коллекторного двигателя постоянного тока, вот отличное моделирование.
Для чего используются коллекторные двигатели?
Коллекторные двигатели постоянного тока (BLDC) можно найти практически везде в вашем доме и в пути. Всякий раз, когда требуется средство преобразования электричества во вращательное движение, скорее всего, вы найдете коллекторный двигатель постоянного тока.
В вашем доме любая движущаяся игрушка или электронное устройство, скорее всего, будет иметь его. Электрические зубные щетки, моторизованные хлеборезки, любимая радиоуправляемая машинка вашего ребенка — все они используют преимущества этих удивительных инженерных решений.
Во всем мире щеточные двигатели постоянного тока до сих пор широко используются в таких машинах, как электрические силовые установки, краны, буровые установки и сталепрокатные станы, и это лишь некоторые из них, из-за возможности изменять отношение крутящего момента к скорости, только для щеточных двигателей
Что такое бесщеточный двигатель?
В отличие от щеточных двигателей постоянного тока, как следует из названия, в бесщеточных двигателях постоянного тока отсутствуют щеточные электроды для вращения ротора. Они также устраняют необходимость в физическом коммутаторе.
Схема бесколлекторного двигателя постоянного тока. Изменено из: JAES/YouTube
Также известные как двигатели с электронной коммутацией (ECM или EC-двигатели), они, как широко считается, имеют более высокое отношение мощности к весу, скорость, уровень контроля и более низкие требования к техническому обслуживанию по сравнению с щеточными двигателями. .
Они также частично меняют принцип работы коллекторного двигателя. Например, на роторе используются постоянные магниты, а для вращения ротора используются управляемые электромагниты.
Бесщеточные двигатели обычно бывают двух видов:
- Inrunner — здесь статор расположен снаружи ротора.
- Outrunner — здесь статор находится внутри ротора. Это относится к старым дисководам для гибких дисков и т. д. Этот термин происходит от того факта, что ротор вращается снаружи.
Пример бесколлекторного двигателя постоянного тока с внешним бегунком. Этот пример представляет собой демонтированный дисковод для гибких дисков. Обратите внимание на радиальные катушки статора слева и «крышку» ротора справа. Постоянные магниты представляют собой серое кольцо по периметру ротора. Источник: Себастьян Коппехель/Wikimedia Commons
В бесщеточном двигателе медные катушки обмотки фиксированы, так как это постоянный магнит, который вращается вместе с ротором. Небольшая печатная плата используется для имитации работы щеток в обычном коллекторном двигателе путем управления подачей энергии на электромагниты.
Кроме того, основной принцип технологии такой же, как у коллекторного двигателя, хотя применение немного отличается. Бесщеточные двигатели впервые появились в 1960-х годах благодаря появлению твердотельной электроники.
Как работает бесщеточный двигатель?
Мы уже подробно рассмотрели, как работает коллекторный двигатель. Бесщеточный двигатель, как предполагалось ранее, работает аналогичным образом, за исключением того, какие части неподвижны, а какие вращаются.
Электрический ток на ротор вообще не подается, а постоянные магниты крепятся к валу, а не к статору. Катушки электромагнита закреплены на статоре, поэтому больше нет необходимости в щеточных электродах и коммутаторе.
Как и в матовых катушках электромагнитов, здесь катушки обычно состоят из сердечника из мягкого железа, обернутого проволокой.
Стационарные катушки электромагнита последовательно включаются и выключаются, чтобы временно намагнитить их для отталкивания или притяжения постоянных магнитов на роторе. По сути, они используют магнетизм, чтобы толкать и тянуть магниты, прикрепленные к ротору, чтобы влиять на вращение вала.
Схема, показывающая принцип работы бесщеточного двигателя. В этом случае катушка 2 и ее противоположная партнерская катушка находятся под напряжением. «Крышка» внешнего ротора вращается за счет притяжения противоположных магнитных полюсов внутренних катушек электромагнита и внешних фиксированных постоянных магнитов. В этом случае ротор будет вращаться против часовой стрелки. Источник: JAES/YouTube
Таким образом, крутящий момент создается постоянным смещением магнитных полей ротора и статора. Когда постоянные магниты пытаются выровняться, система управления двигателем автоматически либо выключает, либо меняет полярность электромагнитов, чтобы сохранить несоосность полей.
Это достигается за счет использования датчиков, способных определять угол поворота ротора (в частности, постоянных магнитов) в любой момент времени. Затем полупроводниковые переключатели, такие как транзисторы, используются для изменения электрического тока через электромагнитные обмотки.
Как и в коллекторном двигателе, магнитное поле катушек может быть изменено на противоположное по требованию путем изменения направления тока в них. Их также можно полностью отключить, просто отключив катушку от электрического тока (например, выключив ее).
Вращением вала также можно управлять, регулируя величину тока в катушках.
Еще один пример бесколлекторного двигателя постоянного тока. Статор слева, а ротор (с видимыми постоянными магнитами) справа. Источник: Ленц Гриммер/Flickr 9.0014 Для чего используются бесщеточные двигатели?
Бесщеточные двигатели постоянного тока, как и щеточные, сегодня используются практически повсеместно. Из-за их высокой эффективности и управляемости, не говоря уже о более длительном сроке службы, они, как правило, используются в устройствах, которые либо работают непрерывно, либо регулярно используются.
Их можно найти, например, в стиральных машинах, кондиционерах, электрических вентиляторах и другой бытовой электронике. Благодаря тому, как они работают, они способствовали значительному снижению энергопотребления многих современных электронных устройств.
Электромобили и дроны также хорошо используют бесколлекторные двигатели благодаря их способности обеспечивать точное управление. Это очень важно, поскольку дронам необходимо постоянно и точно контролировать скорость каждого ротора, чтобы выполнять такие действия, как зависание.
Вы также можете найти их в вакуумных машинах, и раньше они использовались для вращения жестких дисков в старых компьютерах. Они также широко используются в сборках компьютерных вентиляторов.
Демонтированный бесщеточный канальный вентилятор постоянного тока. Не два больших электромагнита с фиксированной катушкой и печатная плата. Источник: Materialscientist/Wikimedia Commons
Долговечность и эксплуатационная надежность в течение длительного времени, а также энергоэффективность и высокое соотношение выходной мощности и габаритов быстро делают их предпочтительным двигателем для многих разрабатываемых сегодня электронных устройств.
По этой причине ожидается, что бесщеточные двигатели будут находить все более широкое применение. Например, они, вероятно, станут общей чертой сервисных роботов, поскольку бесщеточные двигатели лучше подходят для управления усилием, чем другие альтернативы, такие как шаговые двигатели.
В чем основное различие между щеточными и бесщеточными двигателями?
К настоящему времени вы уже должны понимать разницу между двумя типами двигателей. Учитывая их различные конструкции, есть некоторые другие неотъемлемые преимущества одного над другим.
К ним относятся, помимо прочего:
- Коллекторные двигатели относительно неэффективны из-за потерь мощности на трение и передачи мощности через систему коммутаторов.
- более эффективны из-за отсутствия механических потерь, наблюдаемых в щеточных двигателях.
- Благодаря своей конструкции коллекторные двигатели имеют более короткий срок службы из-за износа щеток. Обычно они требуют замены каждые два-семь лет, в зависимости от рабочих температур и рабочей среды.
- Поскольку в бесщеточных двигателях отсутствуют щетки и физические коммутаторы, они требуют меньше общего обслуживания.
С другой стороны, бесщеточные двигатели
Изменено из: Shaswat Regmi/YouTube
- Коллекторные двигатели требуют более сложных методов управления скоростью. Понижение напряжения снижает крутящий момент двигателя, но это происходит за счет более низких скоростей, поскольку крутящий момент резко падает.
- относительно просты в управлении. По этой причине крутящий момент имеет тенденцию быть выше на более низких скоростях для бесщеточных двигателей.
- Коллекторные двигатели работают слишком быстро, чтобы их можно было использовать в большинстве приложений. По этой причине им, как правило, требуется система зубчатых передач для снижения скорости и, следовательно, увеличения крутящего момента.
- в этом отношении превосходны. По этой причине они часто используются напрямую без необходимости передачи. В некоторых специальных приложениях может использоваться зубчатая передача, если они требуют очень высокой точности или большего крутящего момента.
- легче, долговечнее, эффективнее и безопаснее для некоторых применений. Они также работают намного тише.
- могут генерировать искры, что нежелательно в местах, где существует риск взрыва. По этой причине бесщеточные двигатели часто являются предпочтительным выбором для работы в опасных условиях.
- Многие инструменты, в которых используются бесщеточные двигатели, часто называют «умными двигателями». Это связано с тем, что датчики используются для определения сопротивления двигателя для таких вещей, как электрические дрели. Таким образом, подача тока может регулироваться автоматически. Это позволяет таким инструментам быть очень эффективными с точки зрения потребления электроэнергии.
- Учитывая относительную сложность бесколлекторных двигателей, неудивительно, что они, как правило, дороже. Коллекторные двигатели, с другой стороны, относительно дешевы.
Бесщеточные двигатели
Однако бесщеточные двигатели
Бесщеточные двигатели
Втулочные двигатели
А это, как говорится, накрутка.
Надеемся, теперь у вас есть представление о двух типах двигателей и основных принципах, лежащих в основе их конструкции. Теперь вы также должны оценить относительные плюсы и минусы любого устройства.
Итак, в следующий раз, когда вы подумываете о приобретении электроинструмента или мотора для своего следующего проекта, вы, возможно, захотите раскошелиться на бесщеточный инструмент?
Еще новости
наука
Вот как кольчуга спасает исторический особняк от растворения под дождем
Дерья Оздемир| 10.02.2022
здоровье
Сюрприз! Вашей печени всего 3 года, 20 вам или 84
Дина Тереза| 02. 06.2022
инновации
Владельцы Tesla скоро смогут имплантировать свои ключи в руки
Ameya Paleja| 24.08.2022
Коллекторные и бесколлекторные двигатели: в чем разница?
Уже несколько лет мы наблюдаем, как бесщеточные двигатели начинают доминировать в индустрии профессиональных инструментов в области аккумуляторных инструментов. Это здорово, но что в этом такого? Пока я еще могу крутить этот шуруп, разве это имеет значение? Ну да, это так. Существуют значительные различия и последствия при работе с щеточными и бесщеточными двигателями.
Содержание
- Начните здесь: Как работает коллекторный двигатель постоянного тока
- Заглянем внутрь коллекторного двигателя
- Это все в Armature
- Внутри бесщеточного двигателя
- Стоимость щетки против бесщеточных двигателей DC
- . Окончательный вердикт
Начните здесь: Как работает щеточный двигатель постоянного тока
Прежде чем мы обеими ногами углубимся в сравнение щеточных и бесщеточных двигателей, давайте рассмотрим основы того, как на самом деле работает двигатель постоянного тока. Когда дело доходит до управления двигателем, все дело в магнитах. Разноименно заряженные магниты притягиваются друг к другу. Основная идея двигателя постоянного тока состоит в том, чтобы удерживать противоположный заряд вращающейся части (ротора), притягивая неподвижные магниты (статор) перед собой, чтобы было постоянное тяговое усилие. Это все равно, что держать перед собой пончик с бостонским кремом на палочке, пока я бегу — я буду продолжать пытаться его поймать!
Вопрос в том, как заставить этот пончик двигаться. Нет простого способа сделать это. Он начинается с набора магнитов, которые удерживают постоянный заряд (постоянные магниты). У набора электромагнитов меняется заряд (меняется полярность), в то время как происходит вращение, поэтому всегда есть противоположно заряженный постоянный магнит, к которому он движется. Кроме того, одноименный заряд, который испытывает электромагнитная катушка при изменении, отталкивает катушку. Когда мы смотрим на щеточные и бесщеточные двигатели, вся разница заключается в том, как этот электромагнит меняет полярность.
Заглянуть внутрь щеточного двигателя
Коллекторный двигатель состоит из четырех основных частей: постоянных магнитов, якоря, коллекторных колец и щеток. Постоянные магниты составляют внешнюю часть механизма и не двигаются (статор). Один заряжен положительно, а другой отрицательно, создавая постоянное магнитное поле.
Якорь представляет собой катушку или ряд катушек, которые становятся электромагнитами при подаче питания. Это также та часть, которая вращается (ротор) и обычно изготавливается из меди, хотя возможен и алюминий.
Коллекторные кольца крепятся к обмотке якоря в виде двух (2-полюсная конфигурация), четырех (4-полюсная конфигурация) и более штук. Они вращаются вместе с арматурой. Наконец, угольные щетки остаются на месте и передают электрический заряд на каждую часть коммутатора.
Все дело в якоре
Когда на якорь подается питание, заряженная катушка притягивается к противоположно заряженному постоянному магниту. Поскольку кольцо коммутатора над ним также вращается, оно перемещается от соединения с одной угольной щеткой к другой. Когда он достигает следующей щетки, он получает обратную полярность и теперь притягивается к другому постоянному магниту, но отталкивается от такого же заряда. Ощутимо, когда коммутатор достигает отрицательной щетки, теперь он притягивается к положительному постоянному магниту. Коммутатор появляется как раз вовремя, чтобы сформировать соединение с положительной щеткой и следует за отрицательным постоянным магнитом. Щетки расположены парами, поэтому положительная катушка будет тянуться к отрицательному магниту, а отрицательная катушка одновременно будет тянуться к положительному магниту.
Как будто я — катушка арматуры, гоняющаяся за пончиком с бостонским кремом. Я приближаюсь, но затем передумал и пошел за более здоровым смузи (моя полярность или желание изменились). Ведь пончик полон калорий и жира. Теперь я гоняюсь за смузи, пока меня отталкивают от Boston Creme. Когда я прихожу туда, я понимаю, насколько этот пончик будет вкуснее смузи. Пока спусковой крючок нажат, я меняю свое мнение каждый раз, когда добираюсь до следующей кисти, лихорадочно гоняясь по кругу за объектом своей привязанности. Это лучшее средство от СДВГ, которое можно использовать с пользой. Кроме того, нас там двое, так что один из нас всегда страстно, но нерешительно гонится за пончиком и смузи с бостонским кремом.
Внутри бесщеточного двигателя
В бесщеточном двигателе вы теряете коллектор и щетки, но получаете электронный контроллер. Теперь постоянные магниты действуют как ротор и вращаются внутри, в то время как статор состоит из фиксированных электромагнитных катушек, которые теперь находятся снаружи. Контроллер питает каждую катушку в зависимости от того, какой заряд необходим для притяжения постоянного магнита.
В дополнение к электронному перемещению заряда, контроллер также может обеспечивать аналогичный заряд для противодействия постоянному магниту. Поскольку одинаковые заряды противостоят друг другу, это толкает постоянный магнит. Теперь ротор движется благодаря тяге и толчку.
Постоянные магниты в этом случае движутся, так что теперь они мои партнеры по бегу и я. Мы больше не меняем свое мнение о том, чего мы хотим. Вместо этого мы знаем, что я хочу пончик с бостонским кремом, а мой партнер хочет смузи.
Электронный контроллер заставляет наши деликатесы для завтрака двигаться перед нами, и мы всегда гонимся за одним и тем же. Контроллер также помещает то, что нам не нужно, прямо позади, чтобы предложить толчок.
Стоимость щеточных и бесщеточных двигателей постоянного тока
Коллекторный двигатель постоянного тока относительно прост, а детали для его изготовления недороги (хотя медь не дешевеет). Поскольку для бесщеточных двигателей требуется этот электронный коммуникатор, вы, по сути, начинаете собирать компьютер внутри своего беспроводного инструмента. Это то, что увеличивает стоимость бесколлекторных двигателей.
Эффективность щеточных и бесщеточных двигателей
Благодаря конструкции бесщеточные двигатели имеют ряд преимуществ по сравнению с щеточными двигателями. Во многом это связано с потерей щеток и коллектора. Поскольку щетка должна соприкасаться с коллектором для передачи заряда, это также вызывает трение. Трение снижает скорость, которая может быть достигнута, наряду с накоплением тепла. Это похоже на езду на велосипеде со слегка нажатым тормозом. При одинаковом усилии ваших ног вы будете медленнее. И наоборот, если вы хотите сохранить скорость, ваши ноги будут отнимать больше энергии. Вы также будете нагревать свои диски от тепла трения. Это означает, что по сравнению с щеточными двигателями бесщеточные двигатели работают с меньшим нагревом. Это дает им большую эффективность, поэтому они преобразуют больше электроэнергии в мощность.
Угольные щетки также со временем изнашиваются. Это то, что вызывает искру внутри некоторых инструментов. Чтобы инструмент продолжал работать, щетки необходимо время от времени заменять. Бесщеточные двигатели не требуют такого обслуживания.
В то время как для бесщеточных двигателей требуется электронный контроллер, комбинация ротор/статор более компактна. Это приводит к возможности для более легкого веса и более компактного размера. Вот почему мы видим, что многие инструменты, такие как ударный гайковерт Makita XDT16, имеют сверхкомпактную конструкцию и достаточно мощности.
Крутящий момент щеточного и бесщеточного двигателей
Кажется, существует неправильное представление о бесщеточных двигателях и крутящем моменте. Сама конструкция щеточного или бесщеточного двигателя на самом деле не указывает на величину крутящего момента. Например, первая ударная дрель Milwaukee M18 FUEL имела меньший реальный крутящий момент, чем предшествовавшая ей щеточная модель.
В конце концов, однако, производители поняли кое-что очень важное. Электроника, используемая в бесколлекторных двигателях, может снабжать эти двигатели большей мощностью, когда это необходимо.
Поскольку бесщеточные двигатели теперь используют передовые электронные средства управления, они могут определять, когда они начинают замедляться под нагрузкой. Пока температура батареи и двигателя соответствует спецификациям, электроника бесщеточного двигателя может запрашивать и получать больший ток от аккумуляторной батареи. Это позволяет таким инструментам, как бесщеточные дрели и пилы, поддерживать большую скорость под нагрузкой. Это делает их быстрее. Часто гораздо быстрее . Некоторые примеры этого включают Milwaukee RedLink Plus, Makita LXT Advantage и DeWalt Perform and Protect.
Эти технологии органично объединяют двигатель, аккумулятор и электронику инструмента в единую систему для достижения максимально возможной производительности и времени работы.
Более глубокое погружение в технологию двигателей BLDC
Коммутация — изменение полярности заряда — запускает бесщеточный двигатель и поддерживает его вращение. Затем вам нужно контролировать как скорость, так и крутящий момент. Изменение напряжения на статоре двигателя BLDC регулирует скорость. Модулирование напряжения на более высоких частотах позволяет еще больше контролировать скорость двигателя.
Для управления крутящим моментом можно уменьшить напряжение статора, когда крутящий момент двигателя превышает определенный уровень. Конечно, это вводит ключевую потребность: мониторинг двигателя и датчики.
Датчики Холла обеспечивают недорогой способ определения положения ротора. Они также могут определять скорость по времени, когда и как часто переключаются датчики.
Примечание редактора: Прочтите нашу статью «Что такое бессенсорный бесщеточный двигатель», чтобы узнать, как передовые технологии двигателей постоянного тока меняют электроинструменты.
Окончательный вердикт
Сочетание этих преимуществ дает еще один эффект — увеличение срока службы. Хотя гарантия обычно одинакова для щеточных и бесщеточных двигателей (и инструментов) в рамках бренда, вы можете рассчитывать на более длительный срок службы бесщеточных моделей. Это часто может быть годами после гарантии.
Помните, я говорил об электронном контроллере, который, по сути, представляет собой компьютер в вашем инструменте? Бесщеточный двигатель также стал причиной прорыва в области интеллектуальных инструментов, поразивших промышленность. Технология Milwaukee One-Key не работала бы, если бы бесщеточный двигатель не зависел от электронных коммуникаций.
Разница между щеточным и бесщеточным двигателями
Хотя наличие щеток является основным фактором, отличающим коллекторные и бесщеточные двигатели постоянного тока, это не единственное различие. На этой странице объясняются различия в том, как работают два типа двигателей и как они управляются.
Различные детали, используемые в щеточных и бесщеточных двигателях постоянного тока
Двигатели состоят из статора и ротора. Магнитная сила, возникающая при протекании тока через катушку, заставляет ротор вращаться. Так работают все электродвигатели, независимо от того, щеточные они или бесщеточные.
Однако существует разница между щеточными и бесщеточными двигателями в конструкции статора и ротора. Более того, в то время как наличие щеток и коллектора необходимо, учитывая, как щеточный двигатель постоянного тока достигает вращения, для бесщеточного двигателя постоянного тока вместо этого требуется схема привода.
Коллекторный двигатель постоянного тока | Бесщеточный двигатель постоянного тока | |
---|---|---|
Ротор | Намотанный многослойный сердечник | Постоянный магнит |
Статор | Постоянный магнит | Намотанный многослойный сердечник |
Управление | Щетки и коллектор | Магнитный датчик и схема привода |
Ротор щеточного двигателя постоянного тока имеет конструкцию, состоящую из намотанной катушки на многослойный сердечник и вал. При вращении ротора в магнитном поле вместе с ним вращается и коллектор, при этом контактируя поочередно с каждой из щеток. Каждый раз, когда коммутатор поворачивается от одной щетки к другой, он меняет направление тока в катушке, тем самым поддерживая циклическое движение ротора и приводя в действие двигатель. Управление скоростью и крутящим моментом коллекторного двигателя постоянного тока осуществляется путем изменения напряжения и тока.
В бесщеточном двигателе постоянного тока, напротив, постоянный магнит является частью узла ротора. Более того, в то время как щетки и коллектор в коллекторном двигателе постоянного тока находятся в физическом контакте, в бесщеточном двигателе постоянного тока такого контакта нет. Вместо этого ток, протекающий через катушку, изменяется в соответствии с ориентацией магнитных полюсов ротора, которая определяется датчиком.
Различная основная конструкция щеточных и бесщеточных двигателей постоянного тока
В этом разделе содержится более подробная информация об этих различиях в управлении двумя типами двигателей.
Управление коллекторными двигателями постоянного тока
Вращением коллекторных двигателей постоянного тока управляют щетки и коллектор. Статор содержит магнит возбуждения, и электрический ток протекает через катушку в роторе. То есть электрический контакт между щетками и коммутатором позволяет току течь от щетки к коммутатору, а затем к катушке. Этот ток в катушке создает магнитную силу (с направлением, определяемым правилом левой руки Флеминга), и это заставляет ротор вращаться. Однако направление магнитной силы смещается к центру, когда вращение приближается к 90°, и это приведет к остановке вращения.
Чтобы избежать этого, ток отключается незадолго до того, как ротор достигает положения 90°. Ротор продолжает вращаться по инерции после 90°, пока ток снова не начнет течь, на этот раз в противоположном направлении. Это обратное направление тока перемещает ротор из положения 90° в противоположное положение 270°, где направление потока снова меняется на противоположное. Другими словами, вращение ротора вызывает изменение направления тока через катушку каждые 180°, что, в свою очередь, поддерживает вращение.
Управление крутящим моментом и скоростью двигателя осуществляется путем изменения тока в катушке без изменения геометрии катушки, количества витков или плотности потока магнита возбуждения. Чем выше ток, тем больше крутящий момент и тем быстрее вращается двигатель.
Управление бесщеточными двигателями постоянного тока
Управление работает иначе в бесщеточном двигателе постоянного тока, так как сердечник находится в статоре, конфигурация, противоположная щеточному двигателю постоянного тока.
Например, трехфазный бесщеточный двигатель постоянного тока с внешним ротором состоит из трех катушек статора, соединенных с шестью переключателями. Магнитная полярность (N или S) катушек определяется включением или выключением этих переключателей, и это делается таким образом, что ротор вращается. То есть поток тока регулируется так, чтобы чередовать магнитные полярности статора таким образом, чтобы магнитные силы притяжения и отталкивания заставляли ротор вращаться с высокой скоростью.
Элементы, составляющие схему управления бесщеточным двигателем постоянного тока, могут включать в себя датчик магнитной полярности для определения скорости двигателя, схему для сравнения фактической скорости двигателя с эталонной скоростью, схему для расчета требуемого напряжения привода и цепь привода, которая обеспечивает это напряжение.
Коллекторный двигатель постоянного тока (слева) и бесщеточный двигатель постоянного тока (внутренний ротор BLDC: справа)r
Различные риски, связанные с долговечностью и шумом
Физический контакт между щетками и коллектором в щеточном двигателе постоянного тока означает, что эти детали изнашиваются по мере использования. Кроме того, связанные с этим риски электрических помех, искрения и акустического шума делают этот контакт проблематичным на высоких скоростях. В то время как коллекторные двигатели постоянного тока хороши для поддержания низких первоначальных затрат, необходимость технического обслуживания, такого как регулярный осмотр или замена деталей, может увеличить их долгосрочные затраты.
Между тем, отсутствие щеток означает, что бесщеточные двигатели постоянного тока не страдают от износа этих деталей или электрических помех, вызванных контактом щеток. Они просты в управлении по сравнению с щеточными двигателями постоянного тока, они могут использовать технику, называемую синусоидальным приводом, для обеспечения бесшумной работы с низким уровнем вибрации и электрического шума. Вот почему бесщеточные двигатели постоянного тока, как правило, выбирают для приложений, требующих двигателей с длительным сроком службы и высокой эффективностью.
Отличается необходимостью датчика положения ротора
Поскольку они полагаются на свою способность изменять направление тока, коллекторные двигатели постоянного тока не должны определять положение ротора.
Бесщеточные двигатели постоянного тока, с другой стороны, нуждаются в этой возможности, потому что они управляются на основе магнитной полярности ротора, когда он вращается в разных положениях. Определение положения ротора также помогает поддерживать стабильный контроль скорости и крутящего момента.
Сводка
В то время как щеточные двигатели постоянного тока имеют щетки и коммутатор, для бесщеточных двигателей постоянного тока требуется схема управления. Два типа двигателей также имеют противоположную конфигурацию в зависимости от того, расположены ли намотанный ламинированный сердечник и постоянный магнит в статоре или в роторе. Эти различные различия следует учитывать при выборе лучшего двигателя для каждого применения.
Решение проблем с бесщеточными двигателями постоянного тока
ASPINA поставляет не только автономные бесщеточные двигатели постоянного тока, но и системные продукты, включающие системы привода и управления, а также механические конструкции. Они подкреплены всесторонней поддержкой, которая простирается от прототипирования до коммерческого производства и послепродажного обслуживания.
ASPINA может предложить решения, адаптированные к функциям и характеристикам, требуемым в различных отраслях промышленности, областях применения и потребительских продуктах, а также для ваших конкретных производственных схем.
ASPINA поддерживает не только клиентов, которые уже знают свои требования или спецификации, но и тех, кто сталкивается с проблемами на ранних стадиях разработки.
Вы боретесь со следующими проблемами?
- Выбор двигателя
- У вас еще нет подробных спецификаций или проектных чертежей, но нужен совет по двигателям?
- У вас нет штатного специалиста по двигателям, и вы не можете определить, какой тип двигателя лучше всего подойдет для вашего нового продукта?
- Разработка двигателя и связанных с ним компонентов
- Хотите сосредоточить свои ресурсы на основных технологиях и заказать приводные системы и разработку двигателей?
- Хотите сэкономить время и силы на перепроектирование существующих механических компонентов при замене двигателя?
- Уникальное требование
- Вам нужен нестандартный двигатель для вашего продукта, но ваш обычный поставщик отказался?
- Не можете найти двигатель, обеспечивающий требуемый контроль, и почти теряете надежду?
Ищете ответы на эти вопросы? Свяжитесь с ASPINA, мы здесь, чтобы помочь.
Свяжитесь с нами
Ссылки на глоссарий и страницы часто задаваемых вопросов
Бесщеточный или щеточный двигатель: что лучше для ваших электроинструментов?
istockphoto.com
Часто два электроинструмента одного производителя имеют очень похожие характеристики. Единственная явная разница может заключаться в том, что у одного есть щеточный двигатель, а у другого — бесщеточная версия. Последний всегда дороже, поэтому большой вопрос заключается в том, оправдывают ли бесщеточные электроинструменты такие дополнительные затраты.
Мы составили краткое объяснение, в котором основное внимание уделяется обоим типам, а также их плюсам и минусам. Нижеследующее поясняет споры о бесщеточных и щеточных двигателях, чтобы помочь вам сделать лучший выбор с точки зрения производительности и стоимости.
Бесщеточные двигатели больше подходят для аккумуляторных инструментов, чем для проводных.
На первый взгляд, тема щеточных и бесщеточных двигателей охватывает два типа. На самом деле существует четыре типа двигателей. Существуют бесщеточные двигатели переменного тока, щеточные двигатели переменного тока, бесщеточные двигатели постоянного тока и щеточные двигатели постоянного тока.
Переменный ток (AC) — это то, что выходит из розетки, поэтому все электроинструменты с питанием от сети должны быть оснащены двигателями переменного тока. Подавляющее большинство — это коллекторные двигатели, проверенная конструкция, используемая на протяжении нескольких поколений. Бесщеточные двигатели переменного тока существуют, но основные преимущества этого типа двигателя больше подходят для аккумуляторных инструментов. Когда они используются, бесщеточные двигатели переменного тока, как правило, встречаются на тяжелых профессиональных инструментах.
Постоянный ток (DC) — это то, что питают аккумуляторы, и оно используется в каждом беспроводном инструменте. Как и в случае с двигателями переменного тока, в инструментах с батарейным питанием могут использоваться как щеточные, так и бесщеточные двигатели постоянного тока (последний также известен как BLDC). Оба типа широко доступны, поэтому чаще всего возникают вопросы о бесщеточных двигателях по сравнению с щеточными.
Rel ated: Лучшие наборы электроинструментов
Как работает коллекторный двигатель?
Основные компоненты коллекторного двигателя размещены во внешней оболочке, содержащей постоянные (или статорные) магниты. Внутри этой оболочки находится ряд проволочных катушек, называемых якорем. Через середину якоря проходит приводной вал (или ротор), обеспечивающий механический привод. Коллекторный двигатель также имеет коллектор на конце якоря.
Реклама
Когда электричество проходит через якорь, якорь становится магнитным. Если полярность этого магнетизма такая же, как у постоянного магнита, то он отталкивается, заставляя якорь вращаться. Вместе с ним вращается центральный ротор, который приводит в действие патрон, пильный диск и т. д. Однако, когда якорь поворачивается наполовину, полярности будут противоположными. Поскольку противоположные полярности притягиваются, двигатель должен остановиться.
Чтобы предотвратить это и обеспечить работу двигателя, установлены щетки, которые трутся о коллектор. Одна щетка несет положительный заряд, другая отрицательный. Они обеспечивают постоянно меняющуюся полярность якоря, поэтому он продолжает отталкиваться. В результате двигатель продолжает вращаться.
istockphoto.com
Как работает бесщеточный двигатель?
Итак, что такое бесщеточный двигатель и что означает бесщеточный двигатель? Бесщеточный двигатель по-прежнему содержит статор, якорь и ротор, но не имеет физического коммутатора. Как следует из названия, он также не содержит кистей.
Эти детали заменены электронной схемой, называемой инвертором. Это создает одно постоянно вращающееся магнитное поле вокруг якоря для создания постоянного движения. Таким образом, двигатель этого типа не нуждается ни в физическом контакте щеток, ни в соответствующем коммутаторе.
Rel ated: Действуйте с осторожностью: 10 электроинструментов, которые могут вас убить
Бесщеточные двигатели более энергоэффективны.
Щетки щеточных двигателей вызывают трение, а это означает, что часть выделяемой ими энергии используется для преодоления этого трения. Трение также приводит к потере напряжения, что снижает количество энергии, приводимой в движение инструментом.
В бесщеточных двигателях отсутствует трение щеток; следовательно, они превращают гораздо больше произведенной электроэнергии в полезную энергию. Это особенно важно для инструментов с батарейным питанием, которые имеют ограниченное количество энергии, доступной на одну зарядку. Например, бесщеточная дрель может работать на 30-50% дольше, чем такая же аккумуляторная дрель, оснащенная щеточным двигателем.
Объявление
У бесколлекторных двигателей есть и другие преимущества. Отсутствие сопротивления или связанного с этим тепловыделения означает, что бесщеточные двигатели могут достигать желаемой скорости быстрее, чем их щеточные аналоги, работать быстрее и дольше и (обычно) обеспечивают больший крутящий момент при эквивалентной потребляемой мощности.
Коллекторные двигатели требуют большего обслуживания, чем бесщеточные.
Трение щеток о щеточные коллекторы двигателя приводит к их износу. Очевидными признаками этого являются заикание двигателя или прерывистый пуск и остановка электроинструмента. Замена щеток технически несложна, и детали обычно доступны, но производители электроинструментов не всегда упрощают доступ к двигателю данного инструмента. Как минимум неудобно.
В конце концов, коллекторы также могут изнашиваться, а конструкция двигателя может сделать замену невозможной. Даже если это практично, цена запасных частей может удешевить просто покупку нового инструмента. Особенно это касается бюджетных моделей, в которых чаще используются коллекторные двигатели.
Бесщеточные электроинструменты, напротив, не имеют сменных частей и поэтому не требуют технического обслуживания. Они также, как правило, имеют значительно более длительный срок службы.
Rel ated: Лучшие осциллирующие инструменты
Фото: makitauk. com
Бесщеточные двигатели более компактны и работают тише, чем щеточные двигатели.
Отсутствие коммутаторов в бесколлекторных двигателях может сэкономить много места. В частности, бесщеточные дрели можно сделать очень компактными. Это также означает, что, когда физический размер электроинструмента не имеет большого значения, можно использовать более крупный и мощный двигатель. Например, обычно энергоемкие инструменты, такие как перфораторы, могут иметь повышенную производительность при сохранении размеров, аналогичных щеточным двигателям.
Благодаря отсутствию трения и связанной с ним вибрации бесщеточные инструменты работают тише. Хотя это не особенно заметно для дрелей/шуруповертов, лобзиков и шлифовальных машин, это может иметь существенное значение для таких инструментов, как циркулярные пилы и рубанки. Снижение вибрации также помогает сделать такие инструменты, как перфораторы, более удобными в использовании в течение более длительного времени.
Реклама
Безопасность также является важным фактором. Щеточные двигатели могут вызывать искрение, особенно если щетки изнашиваются и контакт становится нестабильным. В некоторых условиях это трение может представлять опасность возгорания или взрыва. Хотя могут потребоваться другие меры предосторожности, бесщеточные двигатели не создают искр, что делает их гораздо более безопасным вариантом.
Коллекторные двигатели стоят меньше, чем бесщеточные.
На данный момент все указывает на то, что бесщеточные двигатели являются явным победителем. Однако бесщеточный двигатель не всегда может быть лучшим выбором.
Коллекторные двигатели существуют уже несколько поколений, поэтому они надежны и намного дешевле, чем бесщеточные двигатели. Когда дело доходит до выбора между бесщеточной или щеточной дрелью, последняя может предложить очень похожие характеристики и сопоставимую производительность всего за полцены. То же самое можно сказать и о других типах электроинструментов.
Для профессиональных бесщеточных инструментов способность работать дольше и минимальные требования к обслуживанию могут дать большое преимущество. Однако эти элементы обычно оказывают меньшее влияние на пользователя DIY. Может не иметь значения, если работа должна быть остановлена, чтобы зарядить аккумулятор. Если инструмент не используется очень часто, набор щеток может никогда не изнашиваться. В результате фактор обслуживания становится менее значимым. Если щеточный инструмент не используется весь день, каждый день, тот факт, что он немного шумнее, может быть не так важен.
Для тех, кому нужна высокая производительность и долговечность на стройплощадке, бесщеточный двигатель имеет явные преимущества. В долгосрочной перспективе это, вероятно, окажется лучшим вложением. Однако, если вы ищете выгодную покупку, стоит подумать о беспроводном электроинструменте с щеточным двигателем.
Реклама
Бесщеточный двигатель постоянного тока и щеточный двигатель постоянного тока
Обычно используются два типа двигателей постоянного тока: щеточный двигатель постоянного тока и бесщеточный двигатель постоянного тока (или двигатель BLDC). Название бесщеточный двигатель постоянного тока относится к щеточному двигателю постоянного тока. Коллекторный двигатель постоянного тока состоит из статора, ротора, щеток и коммутатора, функция щеток и коммутатора заключается в переключении направления. Бесщеточный двигатель постоянного тока состоит из статора и ротора, без щеток и коммутатора по сравнению с щеточным двигателем постоянного тока. Во многих приложениях могут использоваться как коллекторные, так и бесщеточные двигатели постоянного тока. Однако оба типа двигателей имеют свои особенности. Выбор типа двигателя определяется конкретными требованиями применения.
Различие в принципе работы
Бесщеточный двигатель постоянного тока: Бесщеточные двигатели постоянного тока заменяют функцию механической коммутации электронной коммутацией. Ротор двигателя прикреплен намагниченными постоянными магнитами, а для определения полярности ротора двигателя в двигатель установлен датчик положения. В соответствии с сигналом положения от датчика положения контроллер двигателя переключает направление тока в обмотке катушки, чтобы обеспечить создание магнитной силы в правильном направлении для привода двигателя.
Коллекторный двигатель постоянного тока: Когда двигатель вращается, угольные щетки скользят по коллектору, создавая вращающееся магнитное поле, которое притягивается к статическому магнитному полю статора. Ток в обмотках якоря и статора подается от батареи или другого источника постоянного тока.
BLDC двигатель
BDC двигатель
Разница в методе управления скоростью
На самом деле, управление скоростью бесколлекторных двигателей постоянного тока и щеточных двигателей постоянного тока в основном зависит от напряжения для управления. Разница между ними заключается в том, что в бесщеточном двигателе постоянного тока используется электронная коммутация, а это означает, что для достижения коммутации он должен иметь цифровое управление. Коллекторный двигатель постоянного тока коммутируется через угольные щетки и может управляться с помощью традиционных аналоговых схем, таких как тиристор, что относительно просто.
Процесс управления скоростью коллекторного двигателя постоянного тока заключается в регулировке уровня напряжения источника питания двигателя. Отрегулированное напряжение и ток преобразуются через выпрямитель и щетки, изменяя тем самым силу магнитного поля, создаваемого электродами, что в конечном итоге меняет скорость. Этот процесс заключается в изменении напряжения для регулирования скорости.
В процессе управления скоростью бесщеточного двигателя постоянного тока напряжение питания двигателя остается неизменным за счет изменения управляющего сигнала ESC, а затем изменения скорости переключения мощной МОП-трубки через микропроцессор для реализации скорости сдача. Этот процесс заключается в изменении частоты для регулирования скорости.
Различия в производительности
Низкий уровень шума и плавная работа бесщеточных двигателей постоянного тока
Бесщеточные двигатели постоянного тока без щеток работают с гораздо меньшим трением, что обеспечивает их плавную работу и низкий уровень шума, и это большое преимущество поддержка стабильности работы модели. Поэтому его можно использовать в некоторых местах, где требуется тишина, например, в больницах, банках, аэропортах, школах и т. д.0490
При удалении щетки наиболее прямым изменением является то, что бесщеточные двигатели постоянного тока не имеют электрических искр, возникающих при работе щеточных двигателей постоянного тока, что значительно снижает помехи электрических искр для оборудования радиоуправления. Его можно использовать в некоторых легковоспламеняющихся и взрывоопасных местах.
Долгий срок службы и отсутствие частого обслуживания двигателей BLDC
Срок службы угольных щеток имеет определенный предел, например, угольные щетки изнашиваются через тысячу часов, поэтому щеточные двигатели постоянного тока требуют частой замены щеток . Бесщеточные двигатели постоянного тока не имеют щеток, износ бесщеточных двигателей в основном приходится на подшипники. Бесщеточный двигатель постоянного тока с механической точки зрения почти не требует технического обслуживания, и при необходимости ему требуется только некоторое обслуживание по удалению пыли.
Простое управление скоростью двигателей BLDC
Бесщеточные двигатели постоянного тока, как правило, имеют цифровое регулирование частоты с высокой управляемостью, можно легко регулировать скорость от нескольких оборотов в минуту до десятков тысяч оборотов в минуту. Коллекторные двигатели постоянного тока после запуска обычно работают с постоянной скоростью, и регулирование их скорости не очень простое. Двигатель серийного возбуждения также может достигать 20 000 об / мин, но срок службы будет относительно коротким.
Простая конструкция, низкая стоимость и простота обслуживания коллекторных двигателей постоянного тока
Механизм коллекторных двигателей постоянного тока прост и удобен в управлении, поскольку он может работать без схемы управления. Его легко производить и обрабатывать, поэтому стоимость низкая. Если щеточный двигатель постоянного тока выходит из строя, необходимо заменить только угольные щетки, которые легко ремонтировать. Бесщеточный двигатель постоянного тока имеет постоянные магниты на роторе, и для его работы требуется управление цепью, поэтому стоимость высока. Бесщеточные двигатели постоянного тока можно заменять только в случае их повреждения.
Быстрый пусковой отклик и высокий пусковой крутящий момент щеточных двигателей постоянного тока
Коллекторные двигатели постоянного тока имеют быстрый пусковой отклик, высокий пусковой крутящий момент, плавную регулировку скорости, почти полное отсутствие вибрации от нуля до максимальной скорости и могут управлять большей нагрузкой при начиная. Бесщеточные двигатели постоянного тока имеют большое пусковое сопротивление (индуктивное сопротивление), поэтому коэффициент мощности невелик, пусковой крутящий момент относительно невелик, при пуске слышен гудящий звук и сильная вибрация, а нагрузка при пуске меньше.
Плавная работа и отличный запуск и торможение коллекторных двигателей постоянного тока
Регулировка скорости коллекторных двигателей постоянного тока осуществляется посредством регулирования напряжения, поэтому они плавно работают при запуске и торможении, а также плавно работают на постоянной скорости. Во-первых, переменный ток становится постоянным, затем постоянный становится переменным, а скорость регулируется изменением частоты, поэтому бесщеточные двигатели постоянного тока работают неустойчиво и сильно вибрируют при запуске и торможении и работают плавно только при постоянной скорости.
Высокая точность управления щеточными двигателями постоянного тока
Коллекторные двигатели постоянного тока обычно используются вместе с редукторами и энкодерами для придания двигателям большей выходной мощности и более высокой точности управления. Точность управления может достигать 0,01 мм, что позволяет останавливать движущиеся части практически в любом месте. Все прецизионные станки используют двигатели постоянного тока для обеспечения точности управления. Однако бесколлекторные двигатели постоянного тока не обеспечивают плавного пуска и торможения, поэтому движущиеся части каждый раз останавливаются в разных положениях и должны останавливаться в нужном положении с помощью штифтов или ограничителей.
Энергосберегающие и экологичные бесщеточные двигатели постоянного тока
Условно говоря, бесщеточные двигатели постоянного тока, управляемые с помощью преобразования частоты, будут более энергоэффективными, чем двигатели с последовательным возбуждением, наиболее типичными примерами которых являются инверторные кондиционеры и холодильники.
Сводка различий
Различия | Бесщеточный двигатель постоянного тока | Коллекторный двигатель постоянного тока |
Структура | Комплекс | Простой |
Техническое обслуживание | Можно заменить только двигатель | Просто замените щетки |
Стоимость | Высшее (плюс бесколлекторный ESC) | Низкий |
Управление | Более сложный | Легкий |
Время отклика | Медленный | Быстро |
Пусковой крутящий момент | Относительно небольшой | Большой (низкая скорость) |
Изменение скорости | Вибрация | Сглаживание |
Пусковой тормоз | Неровный, высокая вибрация | Гладкая, хороший эффект |
Точность регулирования | С помощью установочных штифтов или ограничителей | Высокая точность 0,01 мм |
Регулятор скорости | Легко регулируется путем преобразования частоты | настроить напряжение для регулирования скорости, не просто |
Коммутация | Электронная коммутация | Механическая коммутация |
Крутящий момент на единицу массы | Большой | Маленький |
Крутящий момент на единицу мощности | Большой | Маленький |
Надежность | Высокий | Низкий |
Теплоотвод | Быстро | Медленный |
Помехи | Низкий уровень, нет искры | Высокий, с искровым разрядом |
Шум | Маленький | Большой |
Срок службы | Длинный | Короткий |
Энергопотребление | Нижний | Высшее |
Частота отказов | Низкий | Высокий |
Приложения | Оборудование постоянной скорости, кондиционеры, холодильники, дроны, пылезащитные, взрывозащищенные, пищевые и др. | Прецизионные инструменты, принтеры и т. д. |
Бесщеточный и щеточный двигатели: почему вы должны знать разницу
Дрель-двигатель предназначен для преобразования электроэнергии в механическое движение. Рынок заполнен большим разнообразием двигателей, которые могут работать с различными приложениями и различными требованиями к мощности. Два наиболее распространенных типа двигателей включают бесщеточные и щеточные двигатели. Хотя они основаны на одних и тех же физических принципах, их структура, производительность и управление существенно различаются.
… Торопитесь?
Посмотреть наш Наша бесщеточная дрель № 1, которая имеет 4,7 из 5 звезд, рейтинг и почти 300 отзывов клиентов.
Бесщеточный двигатель, который становится все более популярным среди домашних и профессиональных пользователей, не является новинкой на рынке. Чтобы понять его происхождение, важно оглянуться назад на изобретения г-на Эрнста Вернера фон Сименса в 1856 году. Несмотря на то, что эти изобретения находятся в зачаточном состоянии, за десятилетия они претерпели ряд усовершенствований, одним из которых был реостат для точного управления скоростью вращения. вала.
Путь бесщеточного двигателя к известности начался в начале 1960-х годов с появления мощного диммера, способного преобразовывать переменный ток (AC) в постоянный ток (DC). В 1962 г. Т. Г. Уилсон и П. Х. Трики опубликовали статью с описанием бесщеточного двигателя, работающего на постоянном токе. Блоки были оснащены технологией, которая использовала магнетизм и последовательно противостояла электрическому устройству. Главным открытием концепции бесщеточного двигателя стало отсутствие физического переключателя для передачи тока.
Тем не менее, только в 1980-х годах бесколлекторный двигатель по-настоящему хорошо стартовал. Большая доступность постоянных магнитов в сочетании с высоковольтными транзисторами позволила этому типу двигателя генерировать такую же мощность, как коллекторные двигатели. Усовершенствования бесщеточного двигателя не прекращались в течение последних трех десятилетий. Это изменило то, как производители сверл производят эффективные буровые инструменты. В свою очередь, клиенты пользуются ключевыми преимуществами, связанными с разнообразием и снижением требований к техническому обслуживанию.
Как работает буровой двигатель?
Основное различие между бесщеточными и щеточными сверлильными двигателями заключается в том, что щеточные варианты сделаны из углерода, а в бесщеточных устройствах для выработки энергии используются магниты. По этой причине бесщеточные двигатели лучше адаптированы, не создают трения, меньше нагреваются и обеспечивают лучшую производительность. Кроме того, бесщеточные агрегаты значительно сокращают техническое обслуживание, которое сводится к обеспыливанию и отпадает необходимость замены изношенных щеток.
В бесщеточном двигателе коммутация обмоток не механическая, а управляется электронным устройством, известным как контроллер. Это преобразует постоянный ток в трехфазный ток переменной частоты и последовательно питает катушки двигателя для создания вращающегося поля. Понятно, что при таком принципе питания катушки закреплены в двигателе, а не вращаются, как в щеточных двигателях.
Все бесколлекторные двигатели имеют относительно схожую конструкцию. Они поставляются с неподвижным статором, на котором закреплены катушки, и подвижным ротором, на который наклеены постоянные магниты. Обмотки могут быть построены по-разному либо в виде звезды, либо треугольника. Большинство бесщеточных двигателей имеют внутренний ротор, который быстро вращается до 100 000 об/мин.
Что такое кисти?
Щетки необходимы для правильной работы инструментов с щеточным двигателем, таких как дрели, отбойные молотки, рубанки, кусторезы и шлифовальные машины. Угольные щетки выбирают по марке и типу инструмента. Они устанавливаются на неподвижную часть двигателя для обеспечения оптимальной передачи мощности на ротор (вращающуюся часть). Они обеспечивают переключение без искры.
Работая парами, эти компоненты являются изнашиваемыми деталями и подвержены трению. Угольные щетки находятся в постоянном контакте с контактными кольцами. Изготовленные из графита, эти компоненты бывают разных типов. Они могут быть оснащены пружиной, коннектором (провод с вилкой) или без щеткодержателя. Щетки бывают разных размеров и форм (в основном квадратные, прямоугольные) и могут иметь канавки для улучшения направления.
Скорость сверла указывается как часть крутящего момента, который зависит от силы магнитного поля. Подпружиненные угольные щетки крепятся к пружине, снабженной пластиной для обеспечения плавного прохождения мощности. В некоторых случаях щетки устанавливаются на щеткодержателе с пружиной, предназначенной для увеличения тяги.
С другой стороны, щетки-разрушители используются для остановки работы двигателя и, в конечном счете, дрели до полного износа графитового материала. Это направлено на поддержание оптимальной производительности.
Производители переносных электроинструментов, включая дрели, обычно продают щетки, совместимые с их машинами. Размеры выражаются в миллиметрах или дюймах, которые представляют собой толщину, глубину и ширину. Однако эти характеристики могут варьироваться от одного производителя к другому.
Недостатки щеточных двигателей
Хотя щеточные двигатели недороги, надежны и имеют высокий крутящий момент или инерцию, они также имеют ряд недостатков. Эти компоненты со временем изнашиваются, образуя пыль. Этот тип двигателя требует регулярного обслуживания для очистки или замены щеток. Они также имеют низкую способность рассеивания тепла из-за ограничений ротора, высокой инерции ротора, низкой максимальной скорости и электромагнитных помех (ЭМП) из-за искрения на щетках.
Принцип работы бесщеточных двигателей такой же, как у двигателей со щетками (управление переключением с использованием внутренней обратной связи по положению вала), но их общая конструкция отличается. Конструкция бесщеточных блоков снижает внутреннее сопротивление и способствует рассеиванию тепла, выделяемого в катушках статора. Таким образом, эффективность выше, так как тепло катушек может рассеиваться более эффективно благодаря гораздо большему стационарному корпусу двигателя.
В отличие от щеточного двигателя, постоянный магнит бесщеточного двигателя установлен на роторе. Статор выполнен из стального проката с канавками и содержит обмотки катушки. С другой стороны, щеточные агрегаты требуют небольшого количества внешних компонентов или вообще не требуют их, поэтому они хорошо работают в ограниченных условиях.
Что такое бесщеточный сверлильный двигатель?
Прочесть полный обзор дрели Dewalt 20v max
Если вы хотите понять, что означает бесщеточный двигатель, важно рассмотреть базовую конструкцию этих двигателей. Обмотки статора могут быть расположены звездой (или звездой) или треугольником. Прокатка стали может быть выполнена с разделкой или без разделки. Дрель без канавок имеет меньшую индуктивность. Следовательно, он может работать быстрее и вызывать меньше пульсаций на более низких скоростях. Его основным недостатком являются более высокие факторы стоимости, поскольку необходимо увеличить количество обмоток, чтобы компенсировать большее воздушное пространство.
Количество полюсов ротора может варьироваться в зависимости от применения. Больше полюсов увеличивает крутящий момент, но снижает максимальную скорость. Материал, используемый для изготовления постоянных магнитов, также влияет на максимальный крутящий момент, который увеличивается с увеличением плотности потока.
Поскольку переключение должно осуществляться электронным способом, управление бесколлекторным двигателем намного сложнее, чем на простых схемах, связанных с щеточными агрегатами. Используются как аналоговые, так и цифровые методы управления. Базовый блок управления подобен блоку коллекторных двигателей, но обязательным является управление с обратной связью.
В бесколлекторных двигателях используются три основных типа алгоритмов управления: трапециевидная коммутация, синусоидальная коммутация и векторное (или полеориентированное) управление. Каждый алгоритм управления может быть реализован по-разному в зависимости от программного кода и конструкции аппаратного обеспечения. Каждый из них предлагает определенные преимущества и недостатки.
Трапециевидное переключение требует простейшей схемы и управляющего программного обеспечения, что делает его идеальным решением для приложений начального уровня. Он использует шестиступенчатый процесс с обратной связью по положению ротора. Трапециевидное переключение эффективно регулирует скорость и мощность двигателя, но страдает от пульсаций крутящего момента во время переключения, особенно на низких скоростях.
Бессенсорное переключение (оценка положения ротора путем измерения противо-ЭДС двигателя) обеспечивает впечатляющую производительность за счет большей сложности алгоритма. Благодаря удалению датчиков Холла и их интерфейсных цепей это бездатчиковое переключение снижает затраты на компоненты и установку, а также упрощает конструкцию системы. Это помогает ответить на вопрос, что такое бесщеточный двигатель?
Преимущества бесщеточного двигателя
Прочитать полный обзор дрели Makita 18v
Технология бесщеточного двигателя не только повышает мощность ваших аккумуляторных электроинструментов, но и продлевает срок их службы. С этими двигателями у вас практически не будет проблем с техническим обслуживанием.
Преимущества бесщеточной технологии многочисленны. Отсутствие щеток исключает проблемы, связанные с перегревом и поломками. Таким образом, срок службы бесщеточного двигателя зависит только от подшипников. Бесщеточный двигатель компактнее и в два-три раза легче, чем щеточный. Это улучшает портативность в дополнение к снижению вибрации и шума.
Электронная коммутация обеспечивает точное позиционирование. Двигатель развивает скорость до 50 000 об/мин благодаря оптимально сбалансированным роторам. Электронный модуль обеспечивает большую гибкость благодаря более широкому диапазону вариаций и особенно поддержанию крутящего момента с самого начала.
Без трения между ротором и статором КПД значительно повышается. Нагрев и трение уменьшаются, а энергия батареи оптимизируется. Это увеличивает мощность и автономность до 25 процентов по сравнению с обычными батареями. По словам производителей, последние поколения литий-ионных аккумуляторов обеспечивают до 50, а то и 60 процентов повышенной автономности.
Отсутствие трения позволяет двигателю работать без искрения даже при интенсивном использовании. Бесщеточная технология не имеет контактной зоны, что значительно снижает износ и техническое обслуживание. Это дает несколько преимуществ: двигатель более энергоэффективен, предотвращает перегрев, устраняет необходимость замены щеток, а пользователи получают более длительный срок службы батареи — вы обнаружите, что лучшая аккумуляторная дрель работает на бесщеточном двигателе.
Коллекторные и бесщеточные двигатели: зачем платить больше?
В обычном электродвигателе ротор (вращающаяся часть машины) приводится в движение внутри статора (неподвижной части). Оба соединены электрическим соединением: коллектор или коммутатор, который контактирует с маленькими угольными щетками.
В бесщеточной технологии ротор состоит из магнитов, а статор из катушек, которые попеременно заряжаются положительно или отрицательно. Таким образом, полюса притягиваются и отталкиваются, позволяя двигателю вращаться. Преимущество заключается в отсутствии физического контакта между ротором и статором. Энергия переходит от одного к другому через магнетизм между электромагнитами.
Приведенный в действие постоянным током, двигатель работает с переменным током, вырабатываемым электронной картой, которая преобразует постоянный ток в трехфазный переменный ток. Таким образом, катушки питаются попеременно, чтобы создать вращающееся поле и, следовательно, вращение. Электронный модуль, встроенный в двигатель или в корпус, постоянно регулирует ток, чтобы двигатель работал с максимальной эффективностью. Это улучшает общую производительность и, таким образом, обеспечивает реальное соотношение цены и качества.
Что лучше: бесщеточный двигатель или коллекторный?
Таким образом, бесщеточные двигатели лучше, чем щеточные. Пользователи могут воспользоваться преимуществом снижения затрат на техническое обслуживание, повышения эффективности, снижения нагрева и шума. Бесщеточные двигатели представляют собой синхронные устройства с одним или несколькими постоянными магнитами.