Щеточный и бесщеточный генератор в чем разница
Перейти к содержимому

Щеточный и бесщеточный генератор в чем разница

  • автор:

Щетки – слабое место генератора. Есть бесщеточные варианты, но их мало используют. Почему?

Если автомобильный генератор выходит из строя, то самой распространенной причиной является износ щеточного узла. Однако давным-давно изобретены бесщеточные генераторы – почему же они до сих пор не вытеснили своих якобы менее продвинутых «конкурентов»?

Самая распространенная и массовая на сегодня конструкция автомобильного генератора – с использованием графитовых щеток, подающих напряжение на обмотку ротора (так называемую «катушку возбуждения») через пару вращающихся скользящих контактов в виде медных колец на валу ротора. Подобное решение применяется на большинстве автомобилей за редким исключением, ибо оно отработано и за десятилетия подтвердило свою практичность.

В такой конструкции крайне просто и эффективно реализовано поддержание стабильного напряжения в бортсети автомобиля на любых оборотах двигателя и, соответственно, генератора – электронный блок стабилизации напряжения (который по старинке принято именовать «реле-регулятором») отслеживает уровень напряжения на выходе и уменьшает или увеличивает ток в катушке возбуждения. Как только напряжение проседает, ток увеличивается. Как только оно приближается к верхнему пределу 14,2 вольта – уменьшается. Этот процесс идет быстро и непрерывно, и в результате мы имеем стабильное напряжение и на холостых оборотах, и на высокой скорости.

Щеточный узел – сухой и слабо защищенный от песка и влаги. А все, что открыто и трется без смазки, постепенно изнашивается и отказывает. Именно щеточный узел является наиболее частым источником выходов генератора из строя. Тем более что он обычно еще и неразборно совмещен с электронным блоком стабилизации напряжения («реле-регулятором»).

Однако в последние годы слово «БЕСщеточный» (или его аналог «бесколлекторный») на слуху у «широких народных масс» (с) – оно стало известно даже относительно далеким от техники людям. В самых разных сферах быта активно пропагандируются бесщеточные электромоторы – сегодня на них летают квадрокоптеры, крутятся шуруповерты, косят газоны триммеры и работают прочие механизмы и гаджеты. Даже откровенным гуманитариям уже успешно внушили, что «щетки – это плохо: они изнашиваются, отказывают, греются и вызывают потери тока». Почему же в автомобильном генераторе щеточный узел до сих пор не исчез, тогда как в последнее время от него все чаще отказываются даже в моторчиках дешевых детских игрушек?!

Может быть, потому, что на бесколлекторные (или же бесщеточные – как больше нравится) технологии массово переводятся электромоторы, а мы-то ведем речь про генератор? Нет, дело не в этом. Тут как раз никаких препятствий нет. Электромотор и электрогенератор – чрезвычайно похожие по своей сути электрические машины, вдобавок зачастую обратимые: мотор способен вырабатывать ток, если его вращать принудительно, а генератор может выполнять роль мотора, если на него опять же подать ток извне.

Использовать бесщеточный генератор в автомобиле можно, это давно реализовано и практикуется. Однако выпускаются подобные генераторы весьма ограничено и массовыми почему-то не стали… Почему?

Сделать автомобильный генератор бесщеточным в принципе не так сложно. Для чего, собственно, нужны щетки? Чтобы подать через них питание 12 вольт на катушку возбуждения внутри вращающегося ротора. После чего сегментный ротор с катушкой, на которую подан постоянный ток от аккумулятора, становится многополюсным электромагнитом и порождает возникновение тока в неподвижной обмотке – в статоре.

Убрать скользящий щеточный контакт в автомобильном генераторе возможно за счет особой конструкции ротора. Для этого ротор делают удлиненным, а катушку возбуждения выполняют в виде внешнего кольца и неподвижно закрепляют на статоре. Ведь для работы генератора ротор должен стать магнитом, а как намагничивать ротор – катушкой внутри, или катушкой снаружи – непринципиально…

Первые бесщеточные генераторы с неподвижной катушкой возбуждения встречались на автомобилях и полвека назад, и даже раньше. Как правило, ставили их на коммерческий транспорт (дальнобойные грузовики) и сельскохозяйственные и строительные машины (комбайны, трактора, бульдозеры и т. п.). Первым была важна увеличенная надежность и уменьшенная вероятность отказов на длинных перегонах пути, а вторым – защита от постоянно сопровождающих их при работе абразивной пыли и влаги, способных быстро убивать щеточный узел, проникая в генератор через вентиляционные щели. В принципе, в ограниченных объемах используются они в подобных машинах и по сей день.

Однако, согласитесь: генератор, не боящийся воды и пыли, с увеличенным сроком службы благодаря отказу от трущихся насухую деталей – это весьма недурственно! Причем  неплохо для любого генератора, а не только для установленного на грузовике или комбайне! Почему же технология не распространилась на массовый легковой сегмент? Причин тут несколько.

  • Технология производства бесщеточных генераторов более многоэтапна, и генераторы в конечном итоге существенно дороже.
  • При сопоставимых технологиях производства (без дорогостоящих инноваций) бесщеточный генератор в итоге получается крупнее и тяжелее щеточного с теми же характеристиками.
  • Большинство грузовых и сельскохозяйственных «бесщеточников» имели относительно узкий диапазон рабочих оборотов, на которых они эффективны, и на холостом ходу и просто на пониженных передачах толком не заряжали аккумулятор.
  • Современные «бесщеточники» существенно усложнились, дабы сохранить компактность, одновременно получив возможность выдавать большие токи с малых оборотов и не бояться оборотов высоких. Вдобавок к неподвижной обмотке возбуждения в конструкцию добавились постоянные магниты, позволяющие увеличить токоотдачу на малых оборотах, специальные размагничивающие обмотки, нейтрализующие действие постоянных магнитов на высоких оборотах, многофазные статоры, усложненные диодные мосты.

Все это и ряд других факторов ограничивали и продолжают ограничивать распространение таких генераторов. А после эволюционной оптимизации генераторов со щетками (ставших мощнее, компактнее, линейнее и т. п.) преимущества «бесщеточников» оказались еще менее выраженными. Несмотря на явно изнашивающиеся пары трения медь-графит, реально щеточные генераторы ходят весьма долго и их не принято считать потенциально проблемным узлом автомобиля, требующим инновационных вмешательств.

Впрочем, в ряде случаев бесщеточные генераторы имеют актуальность не только на фурах и тракторах. К примеру, щеточного узла нет на некоторых генераторах ряда дизельных кроссоверов BMW и Mercedes. В их моторах применяются генераторы повышенной мощности (180-190 ампер) с водяным охлаждением, которые прикручиваются своей задней крышкой к крышке водяной рубашки двигателя с соответствующим отверстием, как бы «затыкая его своим задом», и, таким образом, частично омываются антифризом. В конструкции мощных водоохлаждаемых генераторов щетки сильно затрудняют компоновку и обслуживание, поэтому от них иногда отказываются. Также серийно встречаются такие генераторы в некоторых комплектациях серьезных рамных внедорожников типа Nissan Patrol. А уазисты любят внедрять в свои тюнингованные «котлеты» не боящиеся купания в болоте 110-амперные бесщеточные генераторы от автобусов ПАЗ. Ну а алтайский завод тракторного электрооборудования еще с советских времен (и, кажется, по сей день!) производит небольшими тиражами бесщеточный генератор для моделей ВАЗ классического (01-07) и раннего переднеприводного (08-099) семейств.

Тем не менее в конечном итоге все решает экономика и отчасти инжиниринг. На сегодняшний день в массовом потребительском автопроме надежность простейшего щеточного генератора принята за образец баланса цены, живучести и ремонтопригодности. И отходят от этого канона лишь в относительно редких случаях, когда проектирование технически сложного, продвинутого и достаточно дорогого автомобиля неизбежно требует усложненных и недешевых решений…

Разница между бесщеточным генератором и бесщеточным генератором

Guangxi Dingbo Power Equipment Manufacturing Co., Ltd.

Генератор играет важную роль в работе дизель-генератора.Генератор переменного тока представляет собой генератор, который использует механическую энергию и преобразует механическую энергию в электрическую.Он использует вращение ротора для привлечения магнитного поля для производства механической энергии.

Дизельные генераторы в основном делятся на бесщеточные генераторы и щеточные генераторы.Поэтому очень важно понимать разницу между бесщеточным генератором и бесщеточным генератором.

Преобразование энергии является основной задачей генератора переменного тока.Когда ротор притягивающего поля производит достаточно механической энергии, механическая энергия представляет собой количество активной энергии, точнее, это означает выделение энергии.Измерение энергии зависит от некоторых случайных факторов.Например, измерение скорости его движения, то есть энергии, вырабатываемой генератором переменного тока, зависит от скорости движения внутреннего ротора.

The Difference Between Brushless Generator and Brushless Generator

В чем разница между бесщеточным генератором и бесщеточным генератором?

Все они используют магнитное поле движения ротора для выработки энергии и преобразования механической энергии в электрическую.Генератор переменного тока со щетками использует угольные щетки для направления тока.В бесщеточном генераторе переменного тока используются два ротора, которые вращаются вместе для создания движущегося тока.

В сбалансированном режиме бесщеточные генераторы обычно лучше, чем бесщеточные генераторы.Пользователи также могут воспользоваться многими преимуществами бесщеточного генератора при выборе генератора.

Принцип работы бесщеточного генератора

Бесщеточные машины используют безуглеродные двигатели для выработки электроэнергии.Если условия одинаковы, бесщеточный генератор переменного тока использует аппаратную поверхность для перемещения тока.Бесщеточный генератор является необходимым генератором и может использоваться удаленно.Этот тип генератора более удобен и последователен.Кроме того, благодаря бесщеточной функции повреждение внутренних компонентов незначительно.

Бесщеточный генератор переменного тока состоит из двух роторов, которые вращаются вместе, чтобы генерировать и перемещать ток.Как реализовать бесщеточный мобильный ток?Бесщеточный генератор переменного тока имеет более распространенные генераторы на конце шестерни, и вместо щетки машина приводит в движение любой ток.По сравнению с земной поверхностью щеточного генератора это быстрое преимущество.Не заменяйте и не ремонтируйте щеткой.Не тратьте много времени и денег.Одним из недостатков бесщеточного генератора является то, что его пусковая стоимость намного выше, чем у бесщеточного генератора.

Причина этого в том, что в бесщеточном генераторе используется больше материалов.Тем не менее, бесщеточный генератор переменного тока также больше подходит для использования в качестве основного генератора переменного тока / генератора.Они также могут работать в течение длительного времени.В долгосрочной перспективе вы можете сэкономить деньги, купив бесщеточные генераторы.Но помните, это намного дороже, чем щеточный генератор.

Что такое щеточный генератор и принцип его работы?

Щеточный генератор использует щетку (или угольную щетку), чтобы направлять энергию через генератор переменного тока или дизельный генератор.Использование щетки в качестве электрического контакта может помочь направить поток от генератора переменного тока туда, где требуется питание.Они достигают этого, вращая ток во время вращения ротора генератора переменного тока.Генератор щеток легко перемещать ток, но он нуждается в большой поддержке.Многие движущиеся части генератора щеток работают вместе.Если один из них будет поврежден или выйдет из строя, это повлияет на запас прочности генератора.

Угольная щетка и графитовая щетка изнашиваются в течение длительного времени и накапливают пыль, поэтому их необходимо регулярно заменять.Поэтому щеточный генератор больше подходит для мягкого и кратковременного использования, чем для постоянного или бескомпромиссного использования.Потенциальная стоимость покупки щеточного генератора намного ниже, чем у бесщеточного генератора, но он не идеален для большинства людей, потому что в конечном итоге его необходимо ремонтировать.

Преимущества и недостатки бесщеточного генератора.

Преимущества:

Бесщеточный дизельный генератор отличается бесшумностью и бесшумностью, поэтому он может бесперебойно работать на всех рабочих местах.Кроме того, трение, возникающее во время работы, очень мало.

Генератор бесщеточного генератора легче обслуживать, ремонтировать и заменять, чем генератор бесщеточного генератора.В то же время уменьшается число движущихся частей дизель-генератора и снижается приоритет износа.Функция бесщеточной машины уменьшает случайный сбой температуры.

Мы все знаем, что стоимость бесщеточного генератора выше, чем у бесщеточного генератора.Однако срок службы этого резервного генератора в 4-5 раз больше, чем у традиционной щеточной машины.

Конструкция бесщеточного генератора более компактна, но его вес в 3-4 раза меньше, чем у бесщеточного генератора.Благодаря своей портативности генератор можно легко переносить с одного места на другое.

Недостатки:

Поскольку бесщеточным двигателям нужны электронные контроллеры, стоимость таких устройств высока.Если бесщеточный дизельный генератор поврежден, а стоимость обслуживания высока, для его ремонта требуются высококвалифицированные специалисты.

Преимущества и недостатки щеточного генератора.

Преимущества:

Покупка по низкой цене.

Стоимость обслуживания и замены низкая и удобная.

Общий электротехнический персонал может присматривать за генераторной установкой.

Недостатки:

Потери и трения велики.

Срок его службы меньше, чем у бесщеточного генератора.

Эффективность относительно низкая.

Выходная мощность агрегата также очень мала.

Выше приведены различия между бесщеточным генератором и бесщеточным генератором, а также характеристики и преимущества этих двух дизельных генераторов.

Благодаря этой статье вы лучше поймете их и получите лучший выбор для покупки.Компания Guangxi Dingbo Power Equipment Manufacturing Co., Ltd., основанная в 2006 году, является OEM-производителем, авторизованным Yuchai, Shangchai, Volvo, Cummins, Perkins и другими брендами.Используемые дизельные двигатели являются подлинными и оригинальными, новые шильдики без вмешательства.Они оснащены генераторами известных в стране и за рубежом брендов, таких как Stamford, марафон со штрафом 10 за одну подделку и никаких забот после продажи.

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями?

Разбираемся, в чем принципиальная разница в двигателях и рассматриваем их плюсы и минусы. Устройство и принцип действия двигателей и итоги их сравнения.

В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями?

Все чаще на просторах интернет-магазинов можно найти инструменты с двумя типами двигателей. Инструменты и садовая техника WORX также не отстают от современных трендов при производстве техники, так что на нашем сайте вы тоже можете найти специальную характеристику двигателя — щеточный или бесщеточный. Так что же это за характеристика, на что она влияет и в чем принципиальные отличия инструментов с тем или иным двигателем? Давайте разбираться.

Отличия щеточного и бесщеточного двигателя WORX

Устройство и принцип действия щеточного двигателя

Щеточный двигатель по-другому еще называется коллекторным. Состоит двигатель из нескольких важных частей.

Ротор — по-другому, якорь. Как раз он вращается внутри и преобразует электрическую энергию в механическую. Якорь обмотан медной проволокой (обмоткой) с разных сторон ротора. За счет прохождения тока через проволоку создается магнитное поле, которое в свою очередь и создает вращение элемента.

На щеточном двигателе установлен коммутатор, который используется для переключения с одной обмотки на другую. Это позволяет менять направление вращения ротора. Этот коммутатор и есть коллектор, от которого взял свое название двигатель.

Чтобы напряжение передалось на обмотки, а ток прошел через коллектор в двигатель устанавливаются специальные щетки. Щетки обычно состоят из графита; они всегда контактируют с коммутатором и обеспечивают подачу энергии к катушкам с обмоткой. Есть две щетки, и каждая из них подключается к противоположному полюсу батареи. Это гарантирует, что при вращении ротора ток, протекающий к катушкам, постоянно меняет направление. Это приводит к необходимому изменению магнитного поля, которое позволяет ротору продолжать вращаться.

Устройство щеточного двигателя

Все вышеописанные элементы установлены в статор. Статор — неподвижных элемент двигателя, в котором могут быть либо еще одна катушка с проволокой, либо постоянный магнит. За счет того или другого элемента и создается магнитное поле обратной полярности ротору, из-за чего тот вращается.

Коллекторные двигатели могут работать от переменного напряжения, так как при смене полярности ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление, в результате чего вращательный момент не меняет своего направления.

Плюсы и минусы щеточного двигателя

Так мы с вами вкратце разобрались с устройством щеточного двигателя. Теперь в чем же его плюсы и минусы?

Плюсы

  1. Первым плюсом инструментов со щеточными двигателями стоит отметить более низкую стоимость в отличие бесщеточных. Это связано с технологиями производства и более бюджетными материалами.
  2. Вторым плюсом специалисты отмечают упрощенную конструкцию двигателя, что влияет на стоимость ремонта. Проще поменять щетки, чем весь мотор в целом.
  3. Также к плюсам можно отнести относительно малый вес и размер инструментов.

Минусы

  1. На высоких оборотах увеличивается трение щёток. Отсюда вытекает проблема их быстрого износа. Помимо износа самих щеток, в процессе работы они стираются. Стертый графит может засорить коллектор и привести в полную негодность инструмент.
  2. Также к минусам можно отнести более низкую мощность щеточных инструментов, в отличие от бесщеточных моделей. Это связано с тем, что щеточные двигатели физически не могут выдавать мощность выше 3 000 об./мин. Но такой мощности вполне достаточно для домашнего обихода.
  3. Еще одним минусом щеточных двигателей мы можем отметить наличие искрения во время работ. Обратите внимание, что при запуске инструмента щетки трутся о коллектор и создают видимые искры. Это значит, что работать щеточными инструментами нужно более аккуратно — убирать на расстояние все возможные легковоспламеняющиеся вещества и предметы, а также периодически делать перерывы в работе, во избежание перегрева двигателя.
  4. Последним минусом отметим не очень высокий КПД инструментов с коллекторным двигателем — всего 60%. Это значит, что инструменты несколько хуже справляются с прочными материалами (например, с металлом) и выполняют меньший объем работы за то же время, что бесщеточный инструмент.

Устройство и принцип действия бесщеточного двигателя

Теперь давайте разберем принцип работы бесщеточного двигателя. Как понятно из названия, его принципиальное отличие в отсутствии щеток. Но как же он тогда работает? Как нужная энергия поступает в двигатель?

В устройстве бесщеточного двигателя также присутствует ротор и статор — основные элементы любого мотора. Но при этом отсутствует коллектор, соответственно и двигатель по-другому называется бесколлекторным. Если у щеточного двигателя работа происходит за счет электро-механической смены полярности, то в бесщеточном двигателе все работает благодаря электромагнитной индукции. Также отличается местоположение обмотки — здесь она располагается на статоре, в отличие от предыдущего вида двигателя.

Вместо щеток и коллектора в бесщеточном двигателе установлены датчики Холла и контроллер, который контролирует подачу напряжения на катушки для создания индуктивности, а также положение ротора и скорость его вращения.

Когда плата подает на обмотку ток, создается тоже противоположное магнитное поле, и магниты на роторе начинают вращаться.

Устройство бесщеточного двигателя

Еще одной особенностью бесщеточных двигателей нужно назвать их типы. Двигатели бывают двух типов — синхронный и асинхронный. В синхронном двигателе частота вращений ротора равна частоте вращений магнитного поля — то есть один оборот ротор совершает после одного полного прохождения тока через катушку. А в асинхронном двигателе обратная ситуация — частота вращений ротора меньше, чем частота вращения магнитного поля. То есть ток проходит через катушку быстрее.

Плюсы и минусы бесщеточного двигателя

Если с устройством бесщеточного двигателя мы разобрались, то теперь давайте рассмотрим положительные и отрицательные стороны инструментов с бесщеточными моторами.

Плюсы:

  1. У инструментов с бесщеточным двигателем отсутствуют многие проблемы, которые встречаются у щеточных моделей. Так, первым плюсом специалисты отмечают бо́льшую износостойкость инструментов. Ввиду отсутствия щеток не создается трение внутри двигателя, соответственно нет внутренних загрязнений. Также отсутствие щеток снижает пожароопасность инструмента — при работе нет искрения, а значит можно работать практически в любых условиях.
  2. Вторым плюсом стоит отметить упрощенную регулировку крутящего момента — в отличие от щеточных моделей, у бесколлекторных инструментов достаточно просто нажать соответствующую кнопку на инструменте. Причем регулировка может иметь до 15 уровней и переключаться в одно мгновение.
  3. Одним из ключевых преимуществ бесщеточных моделей нужно отметить экономию расходуемой энергии. Этот пункт особенно актуален для аккумуляторных инструментов. Благодаря экономии инструменты работают до 50% дольше, чем модели со щеточным двигателем. Также КПД бесколлекторных инструментов намного выше — инструмент выполняет 90% поставленных задач, против 60% у коллекторных моделей. Это значит, что бесщеточными инструментами можно работать практически с любым материалом без потери мощности.
  4. Помимо вышеуказанных преимуществ инструментов с бесщеточным двигателем, они еще могут разгоняться до максимальных показателей и имеют быстрый запуск сразу с больших скоростей, чем не могут похвастаться щеточные инструменты.

Минусы:

Но не бывает все настолько радужно. Даже у инструментов с бесщеточными двигателями есть и свои недостатки. Так сказать, ложка дегтя в бочке меда.

  1. К минусам, в первую очередь стоит отнести стоимость инструментов. Техника с бесщеточным мотором в цене дороже, чем упрощенные модели со щеточным двигателем.
  2. Вторым недостатком бесколлекторных инструментов может быть сложное и дорогое техническое обслуживание. Бесщеточный двигатель — технологичное устройство, для работы с которым нужны знания в микроэлектронике. К счастью, в сотрудники наших сервисных центров знают и умеют обслуживать бесколлекторные двигатели.

Итоги сравнения щеточного и бесщеточного двигателей

Инструменты с разными двигателями в разрезе

Если сравнивать инструменты с разными видами двигателей, то можно смело сказать, что техника с бесщеточным двигателем надежнее и мощнее. Но нужно учитывать тот факт, что ориентирована такая техника больше на профессиональные работы. В быту же и инструменты со щеточным двигателем отлично справятся со своими задачами. Потому перед покупкой инструмента заранее определите цели, для которых вы будете использовать инструменты.

В ассортименте компании WORX есть инструменты и со щеточными и с бесщеточными двигателями. Чтобы определить какой именно тип двигателя установлен в инструменте, обратите внимание на иллюстрацию в карточке товара — в бесщеточных моделях есть специальная пометка «BRUSHLESS MOTOR».

Другие записи

Способы уборки снега

Рассказываем, как бороться с последствиями снегопада классическими способами и с использованием снегоуборочной техники WORX.

Короб для хранения вещей на колесиках можно создать своими руками, а помогут в этом инструменты Worx и наша инструкция!

Создайте оригинальный столик в стиле терраццо с помощью простых материалов и ручных инструментов Worx!

Щеточные и бесщеточные двигатели: принцип работы, устройство, сравнение

Электродвигатели используются в целом ряде электрических, электронных, электромеханических устройств, позволяя облегчать различные процессы, начиная с производства и заканчивая бытом. В оборудовании электродвигатели выполняют задачи по вращению или по перемещению чего-либо.

Где используются электродвигатели

Электродвигатели используются в автоматизированных производственных линиях, станках ЧПУ, роботах и роботизированных установках, электромобилях.

Виды

В зависимости от типа применяемой энергии электродвигатели разделяют на 2 категории: постоянного тока и переменного тока.

Двигатели переменного тока в свою очередь делятся на однофазные и трехфазные.

Первые находят своё широкое применение там, где не требуется высокая мощность – это в основном бытовое оборудование и вспомогательные устройства в промышленности. Вторые подходят к использованию там, где требуется большая мощность для вращения мощных приводов станков, промышленных вентиляторов, конвейерных линий и т.п.

Двигатели постоянного тока широко используются в промышленных приводах, где требуется точная регулировка частоты вращения (автомобилестроение, крановое оборудование и общественный транспорт, на многообразных производствах, в конструкциях тяговых двигателей и оргтехники, ручном электроинструменте).

Внутри каждой категории двигатели разделяются конструктивно ещё на 2 типа: щёточные и бесщеточные, или их еще называют, соответственно, коллекторные и бесколлекторные двигатели, что обозначает одно и то же.

В щеточных двигателях для его работы электрический ток подается на ротор через специальные щетки.

Бесщеточный двигатель работает благодаря меняющемуся по определенному алгоритму электромагнитному полю, которое управляется специальным контроллером. Щеток в нем нет.

Далее в статье мы более подробно рассмотрим их устройство, особенности, преимущества и недостатки, основываясь на двигателях постоянного тока.

Принцип работы и устройство щеточного двигателя

Устройство щеточного двигателя

Конструкция щеточных двигателей относительно простая, они состоят из:

Ротора или якоря – это вращающаяся часть, которая преобразовывает энергию электричества в механическую;

Статора, неподвижно закрепленного в корпусе и представляющего собой либо постоянный магнит, либо обмотку возбуждения. Он является источником постоянного магнитного поля, которое и заставляет ротор вращаться. Конструкция статора может быть различной в зависимости от разновидности двигателя постоянного тока. Двигатель постоянно тока с обмоткой возбуждения на статоре выполнен на сердечнике из стальных пластин. Если же двигатель выполнен с постоянными магнитами, то на статоре расположен постоянный магнит, который создает магнитное поле двигателя.

Схема щеточного двигателя

Коллектора (коммутатора) – несколько металлических пластин, размещенных радиально по поверхности вала параллельно друг другу, не соприкасаясь. При вращении двигателя ток попадает в цепь соответствующей пластине обмотки. Он в случае необходимости позволяет менять направление вращения.

Щетки используются для того, чтобы передавать напряжение на обмотки. Они соприкасаются с пластинами коллектора. Их, как правило, две или четыре. Щетки изготавливаются из различных материалов, у которых есть свои достоинства и недостатки: медно-графитовые, угольно-графитовые, графитовые, металлические.

Ротор с обмоткой и коллектор смонтированы на валу, опирающемся на подшипники, которые установлены в боковых фланцах корпуса. Подшипники могут быть двух видов: роликовые и скольжения.

Корпус – это несущая конструкция для всех элементов электродвигателя. Плюс к этому он играет роль наружной оболочки, которая защищает двигатель от грязи, влаги, пыли и различных механических воздействий.

Конструкция бесщеточных двигателей зависит от:

  • Типа обмотки: классический — вариант с обмоткой на стальном сердечнике, широко распространенный – полая обмотка без стального сердечника; печатная обмотка плоской или цилиндрической конструкции. В обмотке также могут быть использованы провода различной толщины, схема намотки также может быть разной. За счет этого изготавливаются двигатели, работающие при разном номинальном напряжении и токе. Также обмотки отличаются разной температурной стойкостью, в зависимости от нужд применения.
  • Материал магнитов: за долгую историю существования электродвигателей использовалось большое количество материалов, но на данный момент в высокопроизводительных малогабаритных двигателях с постоянными магнитами чаще всего применяется NdFeB из-за своей высокой мощности и SmCo из-за высокой рабочей температуры.
  • Типы щеток: чаще всего используются графитовые (применяются при больших токах и частых запусках, но являются источником сильных электромагнитных шумов) или металлические (используются при небольших токах и малых изменениях скорости вращения, при этом испускают малое количество помех).

Принцип работы щеточного двигателя довольно прост. Когда на обмотку ротора через коллектор поступает ток, то она превращается в магнит. Его полюса начинают отталкиваться от полюсов постоянного магнита статора, и ротор начинает вращаться. Скорость и крутящий момент вала двигателя будут зависеть от силы электромагнитного поля вокруг катушки ротора.

Достоинства щеточного двигателя

  • Простая конструкция делает срок службы устройства более длительным. Износ щеток можно не принимать во внимание, так как они стоят недорого и меняются легко.
  • Легко управлять. Чтобы запустить двигатель, достаточно подать напряжение на обмотки.
  • В двигателе нет электронных элементов, что позволяет использовать их в жестких климатических условиях, даже при сильной радиации.
  • Низкая стоимость. Учитывая простоту конструкции, они гораздо дешевле бесщеточных аналогов.

Недостатки щеточных моторов

  • Низкий КПД, порядка 60%. Отсюда производительность ниже, чем у бесщеточных двигателей.
  • Щетки быстро изнашиваются при максимальных оборотах мотора.
  • Ограничение скорости вращения. Это связано с тем, что щетки, соприкасаясь с пластинами коллектора, при быстром вращении вала начинают искрить. Допустимая скорость вращения щеток зависит от материала их изготовления.

Устройство и принцип работы бесщеточного двигателя

Устройство бесщеточного двигателяСхема бесщеточного двигателяУ бесщеточного двигателя тоже есть ротор и статор, но у него отсутствует коллектор и щетки. Эти элементы заменяют датчик Холла, измеряющий угловое положение ротора и контроллер, создающий необходимый момент и скорость.

В принцип действия бесщеточного двигателя заложены физические свойства электромагнитной индукции. Энергия электричества трансформируется в механическую из-за изменений полярности магнитного поля. Так, зачастую на статоре располагается трехфазная обмотка. На роторе установлен постоянный магнит с двумя или несколькими парами полюсов. Трехфазная система напряжений, приложенная к обмотке статора, создает вращающееся магнитное поле, которое при взаимодействии с постоянным магнитом на роторе приводит его в движение.

Ротор постепенно поворачивается, вместе с ним вектор его магнитного поля поворачивается по направлению к магнитному полю статора. Это направление отслеживает управляющая электроника (датчик положения ротора) и изменяет напряжение обмотки статора таким образом, чтобы его магнитное поле поворачивалось, опережая магнитное поле ротора.

Стоит обратить внимание на то, что бесщеточные двигатели бывают синхронными и асинхронными. В синхронном электродвигателе скорость вращения электромагнитного поля совпадает со скоростью вращения ротора. Один оборот равен одному прохождению тока по проводам катушки. В асинхронных двигателях частота прохождения тока выше, по этой причине вал с ротором вращается медленнее.

Преимущества бесщеточных двигателей

  • Бесщеточный двигатель не искрит и не трется, не загрязняется по причине разрушения щеток. И, как следствие, больше надёжность и меньше проблем, в т.ч. с обслуживанием.
  • Может функционировать на значительно высоких оборотах, разгоняться намного быстрее. Скорость может достигать нескольких сот тысяч об/мин.
  • КПД доходит до 90%, а значит экономится энергия и время.
  • Имеют возможность регулировки оборотов и крутящего момента в довольно большом диапазоне.
  • Относительно низкий разрядный ток продлевает срок службы аккумулятора.
  • Компактные размеры, меньше вес.

Недостатки бесщеточных моторов

  • Схема управления двигателями довольно сложная, так как роль коллектора выполняет внешний контроллер.
  • Наличие сложной электроники, например датчик Холла, делает двигатель более уязвимым к влиянию жестких факторов окружающей среды: ионизирующее излучение, очень низкие или высокие температуры,
  • Дороже. По сравнению с другим типом они более дорогие, если принимать во внимание один бренд и схожесть характеристик.
  • Хотя конструкция и надежна, но поломки могут быть и тут. Бесщеточные двигатели починить гораздо сложнее, хотя это и зависит от того, что именно вышло из строя.

Сравнение щеточных и бесщеточных двигателей

Основная разница между щеточным и бесщеточным двигателем представлена в таблице:

Параметры для сравнения Щеточный двигатель Бесщеточный двигатель
Элементы Наличие щеток и коллектора Не нужны щетки и коллектор
Оперативность Низкая эффективность Высокая эффективность
Крутящий момент для одного источника питания Низкий Высокий
Шумы Высокий уровень электрических и механических шумов Низкий уровень электрических и механических шумов
Стоимость Относительно низкая Относительно высокая
Контроллер Для переключения направления вращения и управления скоростью дополнительный контроллер не требуется Для переключения направления вращения и управления скоростью нужен дополнительный контроллер
Срок службы Меньший срок бесперебойной работы из-за присутствия щеток Больший срок бесперебойной работы из-за отсутствия щеток

Заключение

Каждый из типов двигателей находит свое применение в различных областях экономики, при производстве бытовой и специальной техники, инструментов. Существует оборудование, не критичное к высоким скоростям и большим уровням шумов. В таком случае для производства таких устройств можно использовать щеточные двигатели.

При создании медицинского оборудования, высокоточных или требующих высоких скоростей вращения вала устройств, безусловно, необходимо применять бесщеточные двигатели, несмотря на их высокую цену.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *