В чем разница между коллекторным и бесколлекторным мотором?

27 августа 2021

2460 заинтересовались

Статью подготовила

Катерина Помазан

Контент-менеджер, управляющая отделом

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

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

• коллекторные,
• бесколлекторные.

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

Поэтому мы составили краткий ликбез по этим вопросам.

Основные отличия

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

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

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

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

Преимущества и недостатки коллекторных моторов

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

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

Достоинства и недостатки бесколлекторных электродвигателей

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

Основные достоинства:

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

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

Ликбез по техническим характеристикам

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

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

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

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

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

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

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

Вращение

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

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

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

Inrunner и Outrunner

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

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

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

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

Чем хороши бесколлекторные электроинструменты?

Альтернативное название бесколлекторных электродвигателей – бесщеточные.
Эти более эффективные и надежные электроинструменты наводнили рынок. Как же они работают?

В последнее время в мире электроинструментов ведется очень много разговоров о бесколлекторных двигателях. В то время как технология не нова, лишь недавно она получила активное развитие благодаря профессиональным обзорам Makita, Milwaukee, DeWalt и других компаний.
«Бесколлекторные двигатели существовали с 1960-х, их использовали в промышленности для конвейерных (транспортерных) лент», — говорит Кристин Кулис, менеджер беспроводных продуктов компании Milwaukee Tools. Однако Makita была первой компанией, которая применила эти двигатели в электроинструментах. «Первое упоминание было 2003 году на нашем собрании оборонной и аэрокосмической промышленности», — говорит Уэйн Харт, менеджер по связям с общественность Makita, «затем в 2009 году мы выпустили бесколлекторный трех-скоростной ударный инструмент».
Производители утверждают, что бесколлекторные электроинструменты имеют дополнительную производительность и надежность и что они «умнее» среднестатистических инструментов.

Как работают коллекторные двигатели со щетками

Традиционные щеточные моторы состоят из 4 частей: угольных щеток, кольца магнитов, арматуры и коммутатора. Магниты и щетки неподвижны, а арматура и коммутатор вращаются на валу двигателя в пределах магнитов.
Когда мотор (двигатель) под напряжением, заряд идет от аккумулятора через щетки и поступает в коммутатор. (Щетки подпружинены для обеспечения физического контакта с коммутатором). Коммутатор затем передает напряжение на арматуру, состоящей из медной обмотки (они выглядят как связки медных проводов). Обмотка намагничивается напряжением и упирается в неподвижное кольцо магнитов, заставляя узел арматуры вращаться. Вращение не прекращается, пока есть напряжение от аккумулятора.

Как работают бесколлекторные двигатели

У бесколлекторного двигателя отсутствуют щетки и коммутатор. И изменено расположение обмотки и магнитов: магниты находятся на стандартном валу двигателя, а медная обмотка арматуры закреплена вокруг вала. Вместо щеток и коммутатора маленькая монтажная плата координирует энергию, поступающую на обмотку.
Так как электроника напрямую сообщается с неподвижной обмоткой, инструмент настраивается под конкретные задачи – вот почему компании рекламируют их как «умные» инструменты. Например, если вы используете бесколлекторную дрель, чтобы засверлить шурупы в пенопласт, инструмент сразу определит малое сопротивление (в сравнении со щеточными инструментами) и начнет потреблять меньшее количество энергии от аккумулятора. Если затем следует засверлить 3-дюймовые шурупы в красное дерево, инструмент подстроится, и будет использовать большее напряжение. В то время как щеточный мотор будет работать с постоянной скоростью и напряжением.
Кроме того, бесколлекторные двигатели могут быть более мощными. Так как медная обмотка вынесена за конфигурацию двигателя (мотора), образуется пространство, что позволяет сделать его большего размера. Бесколлекторные двигатели также не имеют трения и падения напряжения, которое создают щетки при соединении с коммутатором. Этот физический контакт приводит к постоянной потере напряжения во время выполнения работы.
Интернет сообщество обсуждает инструменты с большей производительностью и надежностью. Так стоит ли ожидать, что все электроинструменты будут оснащены бесколлекторными двигателями? «Ни малейшего шанса», — говорит Кристин Кулис из Milwaukee.
«В то время как преимущества бесколлекторной технологии огромны, производители рассчитывают ценовые пределы из-за дополнительных затрат на моторы и электронику». Другими словами, они стоят дорого и больше подходят для профессионалов, которые могут раскошелиться на инструмент для ежедневного использования. Бесколлекторные двигатели уже вошли в нашу жизнь, но потребуется некоторое время, прежде чем данная технология будет на всех электроинструментах для домашнего пользования.
Для наглядности предлагаю ознакомиться с видео объяснением о коллекторных и бесколлекторных двигателях.

Добавить отзыв

Разница между коллекторным и бесщеточным двигателем

Хотя наличие щеток является основным фактором, отличающим коллекторные и бесщеточные двигатели постоянного тока, это не единственная разница. 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.

Ротор щеточного электродвигателя 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 по мере того, как 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 по-другому в бесщеточных двигателях постоянного тока, поскольку обмотка сердечника находится в статоре, конфигурация, противоположная щеточным двигателям 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 таким образом, 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 намотанные многослойные сердечники и постоянные магниты 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 двигателей и связанных с ними 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.

Связаться с нами

Ссылки на глоссарий и страницы часто задаваемых вопросов

Сравнение бесколлекторных и щеточных двигателей

Двигатель постоянного тока — одна из самых фундаментальных машин за последние 200 лет. Этот электродвигатель использует постоянный ток для создания вращательного движения и позволил разработчикам создавать электроинструменты, мобильное оборудование, компьютерные компоненты и другие бесценные устройства с батарейным питанием. Они представляют собой класс, отличный от двигателей переменного тока, которые столь же многочисленны, но имеют другие преимущества (узнайте больше в нашей статье о синхронных двигателях и асинхронных двигателях). Класс двигателей постоянного тока широко разделен на коллекторные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока, и эта статья поможет тем, кто хочет понять, что отличает один двигатель постоянного тока от другого. Будут объяснены основные принципы, лежащие в основе обоих типов двигателей постоянного тока, а затем будет проведено их сравнение, чтобы показать, где каждая машина работает лучше всего в отрасли.

Коллекторные двигатели

Коллекторные двигатели постоянного тока (часто называемые просто «щеточными двигателями») являются одними из старейших электродвигателей и используют постоянный ток с механической коммутацией для выработки механической энергии. Легче всего понять, как работает коллекторный двигатель, показав его различные компоненты, а на рисунке 1 показана принципиальная принципиальная схема коллекторных двигателей:

.

Рис. 1: Принципиальная принципиальная схема коллекторных двигателей постоянного тока. Обратите внимание, что поле статора не обязательно подключено к цепи; его источник питания и ориентация — основное различие между коллекторными и бесщеточными двигателями постоянного тока.

Эти двигатели, как следует из их названия, используют щетки для подключения источника питания постоянного тока к узлу ротора, который является компонентом двигателя, содержащим якорь, коллекторные кольца и выходной вал. Статор или внешний корпус двигателя содержит поле постоянного магнита, создаваемое либо постоянным магнитом, либо некоторой неподвижной катушкой электромагнита (показанной на рисунке 1 как «поле статора»). Постоянное магнитное поле имеет полюса (магнитные пары север-юг), и их линии магнитного поля постоянно проходят через весь узел ротора. Этот узел получает питание, когда щетки пережимают кольца коммутатора, направляющие ток через якорь и его обмотки. При прохождении тока через эти катушки якорь становится собственным электромагнитом и взаимодействует с постоянными полюсами поля статора. Поскольку узел ротора может свободно вращаться, поле, создаваемое якорем, будет отталкивать поле статора, вызывая вращение вала. Это вращение пропорционально токам возбуждения якоря и статора, и изменение этих токов приводит к изменению выходных характеристик.

Рисунок 1 намеренно нечетко показывает, как подключено поле статора; это связано с тем, что в некоторых типах двигателей постоянного тока обмотки возбуждения статора соединяются по-разному, чтобы создавать разные эффекты двигателя. Чтобы узнать об этих вариантах, ознакомьтесь с нашими статьями о двигателях постоянного тока с последовательной обмоткой и шунтирующих двигателях постоянного тока.

Двигатели постоянного тока

относительно недороги, просты в управлении и ремонте и выпускаются в сотнях форм, идеально подходящих для многих условий, особенно экстремальных. Некоторые коллекторные двигатели также могут питаться от переменного тока, например, универсальные двигатели, что придает этим машинам дополнительную универсальность в применении. Несмотря на это, коллекторные двигатели широко используются уже много лет, и, хотя они не такие сложные, как некоторые более новые двигатели, они по-прежнему обеспечивают мощность для многих приложений сегодня.

Бесщеточные двигатели постоянного тока

В отличие от щеточных двигателей, бесщеточные двигатели постоянного тока (двигатели BLDC), что неудивительно, не создают движение с помощью щеток. Вместо этого они берут постоянное магнитное поле, обычно размещенное в статоре коллекторного двигателя, и помещают его вокруг ротора в виде настоящих магнитов. Статоры двигателей BLDC состоят из электромагнитных катушек (попарно расположенных вокруг ротора), которые электрически включаются и выключаются с помощью электрической системы управления. При включении пара полюсов будет притягивать постоянные полюса ротора, заставляя его поворачиваться в исходное положение. Если полюса статора включаются и выключаются последовательно, то оператор может заставить ротор вращаться с некоторой желаемой частотой; другими словами, электрическое включение и выключение полюсов статора заставит ротор вращаться, создавая механическую энергию. Эта электрическая коммутация имитирует вращающееся магнитное поле (RMF), присутствующее в типичных трехфазных двигателях переменного тока, но позволяет пользователю задавать скорость двигателя, крутящий момент и положение двигателя BLDC. Операторам предоставляется диапазон полезных скоростей и крутящих моментов, синхронизированных с входной частотой, посредством регулировки величины и направления постоянного тока, протекающего через катушки статора.

Хотя двигатели BLDC проще по конструкции, они требуют электрической коммутации, а не механической коммутации, как в щеточных двигателях. Они должны постоянно использовать датчики для определения углового положения выходного вала и использовать контроллер для переключения тока в нужное время. Электрическая коммутация увеличивает сложность этих двигателей, но также снижает потребность в обслуживании щеток, повреждения от трения и нежелательную вибрацию/шум, которые часто встречаются в щеточных двигателях. Кроме того, они гораздо более эффективны, обладают высокой динамической реакцией и работают на разных скоростях, что делает их особенно подходящими для непрерывных приложений с регулируемой скоростью. Чтобы узнать больше об этих двигателях, прочитайте нашу статью о бесщеточных двигателях постоянного тока.

Сравнение бесщеточных и коллекторных двигателей постоянного тока

В этой статье будут сравниваться некоторые категории, общие для обоих типов двигателей постоянного тока, чтобы показать явные преимущества каждой конструкции. Таблица 1 показывает эти сравнения; обратите внимание, что они являются обобщенными, поскольку оба этих типа двигателей бывают разных размеров, и поэтому их трудно сравнивать в цифрах.

Таблица 1: Сравнение коллекторных и бесщеточных двигателей.

Сложность двигателей BLDC увеличивает как их рабочие характеристики, так и их стоимость. Хотя из таблицы 1 видно, что двигатели BLDC превосходят щеточные двигатели почти во всех категориях, это происходит потому, что они используют сложные электрические контроллеры, которые резко увеличивают их цену. Кроме того, несмотря на то, что они имеют более высокий средний срок службы, чем щеточные двигатели, из-за отсутствия обслуживания щеток, их сложнее и дороже ремонтировать, когда они все же выходят из строя из-за их сложности. Покупатели должны определить, не повлияет ли сложность двигателя постоянного тока на их проект отрицательно.

Кривая скорость/крутящий момент двигателя показывает реакцию крутящего момента в зависимости от скорости. Для двигателей постоянного тока эта кривая обычно представляет собой прямую линию, что означает, что крутящий момент линейно зависит от скорости. Двигатели BLDC и их кривые крутящий момент/скорость чрезвычайно линейны, поскольку их электрическая коммутация позволяет более точно контролировать скорость и крутящий момент.

Удельная мощность двигателя описывает его номинальную мощность в л. с. или кВт по сравнению с его геометрическим объемом. Это значение полезно для приложений, которые требуют высокой скорости/крутящего момента в небольшом корпусе (например, электроинструменты, стиральные машины и т. д.). Двигатели BLDC имеют более высокую удельную мощность, поскольку они обеспечивают высокий крутящий момент в состоянии покоя, который можно поддерживать более эффективно, чем в коллекторных двигателях постоянного тока.

Щетки и механические кольца-переключатели снижают общий КПД щеточных двигателей, так как больше энергии теряется на нагрев и трение. В двигателях BLDC эти детали не используются, и в результате они более эффективно преобразуют постоянный ток в механическую энергию. Их электрические схемы управления также могут оптимизировать энергопотребление, что позволяет экономить энергию на двигателе, когда он не используется или в приложениях с низким энергопотреблением.

Диапазон скоростей щеточных двигателей постоянного тока не сравним с тем, что может обеспечить двигатель BLDC. В то время как щеточные двигатели имеют различные диапазоны скоростей, электрическая коммутация, присутствующая в двигателях BLDC, позволяет им обеспечивать гораздо больший диапазон скоростей.

Щёточные двигатели обычно имеют номинальный срок службы щёток, чтобы операторы знали, когда их необходимо заменить. Поскольку в них используются механические коммутаторы и щетки, существует риск искрения, а также выхода из строя, что сокращает срок службы щеточных двигателей. Двигатели BLDC служат намного дольше, так как нет трения или необходимости периодического обслуживания, а также нет риска искрения. Срок службы щеточных двигателей можно увеличить за счет частых профилактических или плановых проверок технического обслуживания, но они могут быть утомительными, когда существует практически не требующая обслуживания альтернатива. Хотя оба типа двигателей считаются надежными, двигатели BLDC имеют меньший риск отказа.

Может показаться, что щеточные двигатели просто худший вариант, чем двигатели BLDC, и это была бы правильная оценка, если бы не цена. Коллекторные двигатели не только намного дешевле в расчете на единицу, чем двигатели BLDC того же размера, но и затраты на их установку также довольно низкие. Коллекторные двигатели также не требуют электрических систем управления, которые часто дороже, чем двигатели BLDC, для которых они требуются. Таким образом, хотя двигатели BLDC в целом обеспечивают больше преимуществ, они делают это по очень буквальной цене. Если стоимость является важной характеристикой (а она всегда должна быть такой), следует в первую очередь рассмотреть коллекторные двигатели, прежде чем рассматривать конструкции BLDC.

Оба этих двигателя бесценны в таких продуктах, как автомобили, компьютеры, игрушки, производство и многое другое, поэтому существует множество вариантов выбора двигателя постоянного тока. Просто обязательно ознакомьтесь с преимуществами и рисками использования любой из этих машин и используйте спецификации проекта, чтобы определить, какая из них подходит лучше всего.

Резюме

В этой статье представлено краткое сравнение бесщеточных двигателей постоянного тока и коллекторных двигателей постоянного тока.