Щеточный двигатель это какой

Щеточный двигатель это какой

Отличия коллекторных и бесколлекторных двигателей

Каждый, кто впервые видел искрящие щетки внутри дрели или болгарки, наверняка задавался вопросом, чем же отличается такой двигатель от других двигателей, например от тех, что стоят в сверлильных станках. Двигатели, установленные в не очень мощных станках, обычно не искрят, и работают они не так шумно, как та же дрель, обладающая меньшей чем станок мощностью.

В чем же дело? Дело в том, что двигатель с щетками — это коллекторный двигатель, а двигатель без щеток — бесколлекторный. Для решения разных задач подойдет свой тип двигателя — где-то лучше подойдет коллекторный, а где-то можно установить только бесколлекторный.

Коллекторный двигатель

Двигатель коллекторный имеет, как правило, всего два провода питания, он прост в управлении, достаточно регулировать постоянное или переменное напряжение питания и обороты станут соответственно меняться. Управлять коллекторным двигателем можно даже при помощи нехитрого диммера. Главное достоинство коллекторного двигателя — высокие обороты (десятки тысяч в минуту) при высоком крутящем моменте.

Принцип работы коллекторного двигателя очень прост. По сути, ротор его представляет собой набор медных рамок в магнитопроводе, которые поочередно коммутируются к источнику питания на коллекторно-щеточном узле. Статор может быть как из постоянных магнитов, так и с обмоткой, питаемой от того же источника, что и ротор, или от отдельного источника, а иногда статор и ротор включены в единую последовательную цепь (как например двигатели стиральных машинок-автоматов).

На каждую из секций обмотки ротора, через коллекторно-щеточный узел, поочередно, в процессе вращения ротора, подается электрический ток, в результате ротор перемагничивается, приобретая четко выраженные северный и южный магнитные полюсы, благодаря которым и происходит вращение ротора внутри статора (полюсы ротора выталкиваются полюсами статора, затем ротор дальше перемагничивается и вновь выталкивается). Поскольку ротор каждый раз коммутируется к источнику питания очередной секцией, вращение не останавливается, пока на коллектор подается питание.

Основной недостаток коллекторного двигателя

Обороты коллекторного двигателя очень удобно регулировать, но когда они достаточно высоки, щетки дают о себе знать. Поскольку щетки все время плотно прилегают к коллектору, на высоких оборотах они быстро изнашиваются, со временем так или иначе засоряются, и в конце концов начинают искрить.

Износ щеток, и вообще коллекторно-щеточного узла, ведет к снижению эффективности коллекторного двигателя. Таким образом, сам коллекторно-щеточный узел — это и есть главный недостаток коллекторных двигателей. Сегодня от коллекторных двигателей стараются отказываться в пользу бесщеточных шаговых.

Бесколлекторный (бесщеточный) двигатель

У бесколлекторного двигателя нет ни коллектора, ни щеток. Простейший пример бесколлекторного двигателя — асинхронный трехфазный двигатель с ротором типа «беличья клетка». Еще один пример бесколлекторного двигателя — более современный — шаговый двигатель с магнитным ротором. Обмотки статора бесколлекторного двигателя сами перемагничиваются так, чтобы ротор все время разворачивался и непрерывно таким образом вращался.

Чаще всего современные бесколлекторные двигатели оснащаются датчиком положения ротора, по сигналам с которого работает регулятор скорости вращения двигателя. Сигнал с датчика положения ротора передается на процессор более 100 раз в секунду, в результате получается точное позиционирование ротора и высокий крутящий момент. Бывают, конечно, бесколлекторные двигатели и без датчика положения ротора, яркий пример — тот же асинхронный трехфазный мотор. Моторы без датчика положения стоят дешевле чем с датчиком.

Достоинства бесколлекторных двигателей

Поскольку ресурс подшипников ротора крайне велик, можно сказать, что в бесколлекторном двигателе практически отсутствуют изнашиваемые со временем детали, и он вообще не требует обслуживания в процессе эксплуатации. Здесь сведено к минимуму трение, отсутствует проблема перегрева коллектора, в целом надежность и эффективность бесколлекторных двигателей очень высоки.

Нет искрящих щеток, датчик положения ротора поможет сделать управление точным, — недостатков практически нет, одни достоинства. Разве что цена качественных шаговых двигателей выше чем у коллекторных (плюс драйвер), но это ничто по сравнению с регулярной заменой пружин, щеток и коллекторов у коллекторных двигателей.

Типы двигателей у стиральных машин

Вращение барабана стиральной машины обеспечивается электродвигателем. Изначально для преобразования электрической энергии в механическую использовали ременные приводы, присоединенные к барабану и вызывающие его движение.Сегодня в большинстве старых моделей стиральных машин все еще применяется именно эта технология, однако новые модели существенно эволюционировали. Если вам потребуется мастер по ремонту стиральной машины, обращайтесь в нашу фирму.
Техническое совершенствование принесло миру три улучшенных типа двигателей:

  • асинхронный;
  • коллекторный;
  • бесколлекторный (прямой привод).

Каждый тип двигателей обладает своими достоинствами и недостатками, сильными и слабыми сторонами. При выборе стиральной машины следует учитывать эти показатели.

Асинхронный двигатель

Существуют двух- и трехфазные асинхронные двигатели для стиральных машин. Начиная с 2000-х годов, устройства с двухфазными двигателями практически не выпускают: их заменили более развитыми и компактными технологиями, к которым относятся и трехфазные с частотным регулированием скорости.

В устройстве таких моторов две основные части – неподвижный статор и вызывающий вращение барабана ротор. Скорость вращения может достигать 2800 оборотов в минуту. Самая частая неисправность – ослабление вращающего момента, из-за чего барабан начинает покачиваться по сторонам и не выполняет полных оборотов.

Читать еще:  Газ 31105 двигатель крайслер как снять стартер

Асинхронный двигатель обладает следующими преимуществами:

  • простота конструкции;
  • легкость обслуживания (чаще всего необходимо лишь смазывать мотор или менять подшипники);
  • низкий уровень шума;
  • относительно низкая стоимость.

Недостатками же является большой размер мотора, низкий КПД, сложность при управлении электросхемами. В современных мощных стиральных машинах такие двигатели не используют, встретить их можно в простеньких и недорогих моделях.

Коллекторный двигатель

Около 80% всех бытовых приборов оснащены коллекторными моторами, и стиральные машины не исключение. Их используют с 90-х, а в 2000-х коллекторные двигатели практически полностью заменили двухфазные асинхронные. Такие моторы универсальны – они могут работать как от переменного, так и от постоянного тока.

Эти двигатели состоят из статора, коллекторного ротора, тахогенератора (генератора скорости вращения), алюминиевого корпуса и хотя бы двух щеток для контакта ротора с мотором. Щетки стачиваются о коллектор, поэтому периодически их необходимо менять.

Коллекторный двигатель отличается такими достоинствами:

  • небольшие габариты;
  • большой пусковой момент;
  • нет привязки к частоте электросети;
  • плавное управление оборотами (частота вращение регулируется увеличением или уменьшением напряжения);
  • универсальность;
  • простота управляющей электросхемы;
  • быстроходность.

Значимые недостатки у коллекторных моторов – невысокий срок службы, необходимость замены щеток и шумность. Коллекторно-щеточный узел очень уязвим и выходит из строя чаще всех остальных деталей. При трении в этой области возникает искрение, вызывающее перегрев и отслоение ламелей коллектора от изолятора. Иногда обмотка ротора или статора подвергается межвитковому замыканию, что ведет к тому же искрению или ослаблению магнитного поля. В последнем случае ротор и барабан не крутятся полностью.

Прямой привод

Бесколлекторный двигатель называют также инверторным или мотором с прямым приводом. Это самая новая технология, разработанная корейским концерном LG. Распространение данного типа двигателей началось в середине 2005, с тех пор благодаря своей отличной работе, долговечности и компактности инверторный привод прочно занимает лидирующую позицию.

Сегодня эту технологию используют и другие компании, среди которых Haier, Samsung и Whirpool. Надежность, значимое превосходство прямых приводов над коллекторными и асинхронными двигателями, возможность сильно уменьшить габариты стиральных машин, устойчивость к износу, небольшое количество деталей и другие преимущества заметно расширили область применения бесколлекторных двигателей. Их оценили и начали использовать также в технике от Bosh и AEG.

В устройстве такого двигателя лишь ротор и статор, как и у асинхронного. Однако действие его совершенно иное. Привод присоединяется напрямую к барабану, что исключает применение соединительных элементов – самых уязвимых частей моторов. Управляющая схема в таких двигателях трехфазного инверторного типа.

Главные достоинства моторов этого типа такие:

  • простота конструкции;
  • удобное расположение в стиральной машине;
  • компактность;
  • низкий уровень колебания машинки;
  • КПД выше, чем у остальных видов двигателей;
  • отсутствие ремня и щеток, требующих регулярного обслуживания;
  • относительная бесшумность.

Единственный значимый недостаток прямых двигателей не связан с потребителями, он больше задевает производителей – схема управления довольно сложна и ее разработка требует больших усилий, чем при создании электросхемы коллекторного двигателя. Это дополнительно увеличивает цену на инверторные стиральные машины от Электролюкс, Бош и остальных компаний.

Как отличить асинхронный двигатель от двигателя постоянного тока

Асинхронные двигатели — это двигатели, в процессе работы которых под нагрузкой наблюдается явление скольжения, то есть «отставание» вращения ротора от вращения магнитного поля статора. Другими словами, вращение ротора происходит не синхронно с вращением намагниченности статора, а асинхронно по отношению к этому движению. Вот почему такого рода двигатели называются асинхронными (не синхронными) двигателями.

В большинстве случаев, произнося словосочетание «асинхронный двигатель», имеют ввиду именно бесколлекторный двигатель переменного тока. Величина скольжения асинхронного двигателя может быть разной в зависимости от нагрузки, а также от параметров питания и способа управления токами обмотки статора.

Если мы имеем дело с обычным двигателем переменного тока, наподобие АИР712А, то при синхронной частоте вращения магнитного поля в 3000 оборотов в минуту, в условиях номинальной механической нагрузки на валу в 750 ватт, мы будем иметь реальную частоту вращения 2840 оборотов в минуту, а значит величина скольжения составит 0,053.

Это нормальное явление для асинхронного двигателя. И на справочной табличке мы не увидим круглых цифр оборотов, вроде 3000 или 1500, вместо них там будет указано 2730 или 1325. Вместо 1000 может быть написано например 860, несмотря на то, что магнитное поле во время работы двигателя вращается с частотой 1000 оборотов в минуту, как и должно быть в электрической машине с 3 парами магнитных полюсов, предназначенной для питания переменным током частотой 50 Гц.

Что касается двигателей постоянного тока, то в большинстве случаев так называют коллекторные двигатели, на скорость вращения ротора у которых влияет не частота тока, а его средняя величина. Датчик скорости может помочь электронной системе управления установить правильную величину тока для получения заданной скорости вращения, однако связь тока и оборотов здесь будет отнюдь не линейной, так как при разной нагрузке токи разной величины дадут очень разные частоты вращения ротора.

На роторе двигателя постоянного тока может располагаться многосекционная обмотка возбуждения или постоянные магниты. Но сегодня ротор с магнитами характерен скорее для шаговых двигателей, которые тоже относятся к двигателям постоянного тока, однако коллекторно-щеточных узлов не имеют. Как вариант разновидности конструкции мотора постоянного тока — магниты на статоре, а обмотка — на роторе.

Читать еще:  Характеристики двигателя пс 90а

Так или иначе, асинхронный бесколлекторный двигатель имеет мощную рабочую обмотку на статоре, которая в процессе работы разогревается от прохождения по ней рабочего тока, и передает тепло на корпус двигателя. Поэтому и обмотку и корпус двигателя необходимо все время активно охлаждать.

В связи с этой особенностью, большинство асинхронных двигателей по умолчанию имеют на своих валах крыльчатки вентиляторов, а на корпусах — выступы, вдоль которых вентилятор, как через радиатор, гонит свежий воздух, охлаждая таким образом статор. Поэтому, если перед вами двигатель, на валу которого установлен вентилятор (обычно под крышкой, закрепленной на корпусе двигателя), вдоль корпуса имеются ребра (как на радиаторе), а на шильдике указана конкретная величина оборотов в минуту и величины переменного напряжения 220/380 — пред вами типичный асинхронный двигатель переменного тока.

В двигателях постоянного тока, с коллекторно-щеточными узлами и с многосекционными многовитковыми обмотками на якарях, выведенными на ламели коллектора, в качестве рабочих обмоток выступают — и обмотка статора, и обмотка ротора (якоря).

Здесь фактически получается, что рабочая обмотка как-бы разделена на две части: рабочий ток идет и через якорную обмотку, и через статорную обмотку, поэтому проблема нагрева только статора отсутствует, и вентилятор здесь не нужен.

Для охлаждения достаточно вентиляционных отверстий, через которые можно разглядеть ротор с якорной обмоткой на нем. Поэтому, если перед вами двигатель с коллекторно-щеточным узлом, где коллектор имеет множество ламелей (блестящих пластинок) с выводами от обмоток, и вентилятора словно бы и не предусмотрено — перед вами двигатель постоянного тока.

Статор двигателя постоянного тока может представлять собой набор постоянных магнитов. Большинство двигателей постоянного тока, рассчитанных на сетевое напряжение, будут легко работать и от переменного тока (пример такого универсального мотора — мотор болгарки).

Чем отличается бесщеточный двигатель от щеточного

Бесщеточный двигатель vs щеточного двигателя

Уже несколько лет мы наблюдаем, как бесщеточный двигатель доминирует в индустрии передовых электродвигателей. Действительно ли имеет значение использовать бесщеточный мотор? Да, конечно. Между ними есть существенная разница.

Давайте посмотрим на основы двигателя постоянного тока. Двигатель постоянного тока — все о магнитах и ​​электромагнетизме.

Противоположно заряженные магниты притягивают друг друга. Основная идея двигателя постоянного тока заключается в том, чтобы удерживать противоположный заряд вращающегося компонента, притянутого к неподвижным магнитам (статору) перед ним, чтобы он генерировал постоянное притяжение. Это движение тяги вперед вызвано физическим поведением электромагнетизма.

Принцип работы мотора

Он основан на том принципе, что, когда токопроводящий проводник помещается в магнитное поле, он испытывает механическую силу, направление которой задается правилом левой руки Флеминга, а его величина определяется
силой, F = BI l ньютон
Где B — магнитное поле / м2.
I — ток в амперах, а
l — длина катушки в метрах.
Сила, ток и магнитное поле находятся в разных направлениях.

Различия в конструкции щеточного и безщеточного двигателя

Щетки внутри электродвигателей используются для подачи тока на обмотки двигателя через контакты коммутатора. Бесщеточный мотор не имеет токоведущих коммутаторов. Поле внутри бесщеточного двигателя переключается через усилитель, запускаемый коммутирующим устройством, таким как оптический датчик.

В щеточном двигателе постоянного тока используется конфигурация витых проволочных катушек, якоря, действующего как двухполюсный электромагнит. Направленность тока меняется дважды за цикл с помощью коммутатора, механического поворотного переключателя. Это облегчает протекание тока через якорь; таким образом, полюса электромагнита тянут и давят на постоянные магниты вдоль внешней стороны двигателя. Затем коммутатор меняет полярность электромагнита якоря, когда его полюса пересекают полюса постоянных магнитов.

В отличие от бесщеточного двигателя, в качестве внешнего ротора используется постоянный магнит. Кроме того, он использует три фазы катушек и специальный датчик, который отслеживает положение ротора. Когда датчик отслеживает положение ротора, он отправляет опорные сигналы на контроллер. Контроллер, в свою очередь, активирует катушки структурированным образом — одна фаза за другой.

Бесщеточный мотор преимущества и недостатки

Бесщеточный мотор гарантирует более длительный срок службы, поскольку на самом деле нет щетки, чтобы его изнашивать. Они могут работать более 1000 часов. Безщеточные моторы более энергоэффективны, чем щеточные.

Однако они изначально стоят дороже, чем щеточные моторы. Вам также необходимо коммутировать устройства, такие как кодировщики и контроллеры.

Щеточный двигатель сильно шумит, тогда как их бесщеточные аналоги менее шумные. Бесщеточный двигатель также предлагает более высокое отношение крутящего момента к весу. Что еще? Нет необходимости иметь дело с ионизирующими искрами от коммутатора и электромагнитными помехами.

RCSearch

Коллекторный мотор

Коллекторные двигатели (brushed) — самые простые в изготовлении, и эксплуатации. Для того чтобы заставить такой мотор работать, его достаточно просто подключить к батарее. Управлять оборотами двигателя можно изменяя подводимое к мотору напряжение, а направление вращения двигателя меняется, если изменить полярность тока. Таким образом, регуляторы или контроллеры для управления коллекторными двигателями тоже просты и недороги.

Содержание

  • 1 Характеристики
  • 2 Конструкция
  • 3 FAQ
    • 3.1 Как обкатать коллекторный мотор
  • 4 См. также
Читать еще:  Ipm двигатель что это

Характеристики [ править ]

Коллекторные двигатели делятся по размерам на множество «классов». Очень часто в правилах соревнований оговаривается именно эта характеристика двигателей. «Класс» двигателя определяется его длиной. Если мы говорим о двигателе 400-го класса, то речь идет о моторе с длиной корпуса 40 мм. Такая классификация пошла электродвигателей серии «Speed» фирмы Graupner. Линейка моторов «Speed» по «классам» выглядит так: 280, 300, 400, 480, 500, 600, 650, 700, 720, 820, 900. Самыми распространенными из них являются моторы 400-го класса. Конечно, электромоторы для моделей выпускает множество фирм, но если речь идет о характеристиках, то сравнивают именно с моторами «Speed» фирмы Graupner. Различия в размерах дает представление о мощности электромотора. Чем больше размер — тем выше мощность.

Следующая характеристика, на которую нужно обращать внимание при выборе двигателя, это номинальное напряжение на которое он рассчитан. Например, в классе двигателей «Speed 400» имеются моторы с рабочим напряжением 4,8 вольта, 6 вольт, и 7,2 вольта. Эти цифры указывают, с каким количеством аккумуляторов (банок) в батарее предназначен работать этот двигатель. Напряжение на одном NiCd (никель-кадмиевом) или NiMH (никель-металгидридном) аккумуляторе составляет 1,2 вольта. Не трудно подсчитать, что мотор с рабочим напряжением 4,8 вольт предназначен для работы от 4-х баночной аккумуляторной батареи. Однако, эти цифры не более чем ориентировочные, моторы способны прекрасно работать и при повышенных напряжениях. Обычно, для увеличения мощности, моделисты используют в батарее на 1-2 банки больше, чем рекомендовано. Таким образом, без увеличения размера и веса двигателя, в режиме «перекала», из него удается выжать дополнительную мощность, которая в моделизме «лишней» никогда не бывает.

Чаще всего, недорогие электродвигатели не имеют подшипников, вместо них стоят бронзовые втулки. Если главным фактором в выборе мотора является цена — то это вполне приемлемое решение. В том случае, если на первый план выходит КПД, имеет смысл выбрать двигатель с шарикоподшипниками. Такие моторы маркируются буквами BB — (Ball Bearing).

Еще один резерв мощности — в усилении магнитного потока от собственных постоянных магнитов двигателя. Для усиления этого потока, вокруг корпуса двигателя делается дополнительный магнитовод в виде широкого металлического кольца. Такие двигатели маркируются как «Turbo» или «Race». Особо стоит отметить двигатели 480-го класса. Это двигатели имеют размеры сопоставимые с размерами моторов 400-го класса, но при этом имеют значительно повышенную мощность. Это своего рода форсированные 400-е моторы. Их ставят там, где мощность является критическим фактором при ограниченных размерах. Щёточный узел у этих моторов сделан открытым, что улучшает охлаждение, и делает возможной замену щеток.

В процессе работы коллекторных двигателей происходит постепенный износ графитовых щеток и металла коллектора, по которым щетки скользят. Периодически щетки нужно менять, а двигатель прочищать от графитовой и металлической пыли. При продолжительной интенсивной работе следует также протачивать коллектор, для компенсации его неравномерного износа. После замены щеток и ухода за коллектором, двигатель желательно обкатать при пониженной нагрузке для того чтобы щетки правильно «притерлись» к коллектору. Это же касается и новых моторов. Одним из методов обкатки является непродолжительная работа двигателя в ёмкости с дистилированной водой.

Коллекторные двигатели производства других фирм являются либо аналогами серии «Speed», либо «тюнинговые» варианты двигателей специально предназначенные для тех или иных видов моделей (для автомоделей или для вертолетов). Как правило, улучшение характеристик моторов достигается за счет применения мощных редкоземельных магнитов, обязательным использованием подшипников, прецизионным изготовлением коллекторного узла. Но даже с применением всех перечисленных технологических уловок, коллекторные двигатели уступают по всем параметрам бесколлекторным моторам.

Конструкция [ править ]

Микроэлектродвигатели имеют магнитопровод якоря, выполненный в виде трехзубцового пакета из штампованных листов электротехнической стали.

На рисунке обозначено: 1 — щит; 2 — якорь; 3 — корпус; 4 — коллектор; 5 — постоянные магниты; 6 — скоба; 7 — прокладка.

Петлевая обмотка якоря, имеющая три укороченные секции, намотана непосредственно на зубцы пакета и соединяется в звезду или треугольник. Начало в крышке машины, и трехламельный цилиндрический коллектор, напрессованный каждой секции присоединено к коллекторной пластине. Питание двигателя осуществляется через щеточный узел, смонтированный на валу якоря.

FAQ [ править ]

Как обкатать коллекторный мотор [ править ]

Коллекторный мотор нуждается в «обкатке» как и модельные двигатели внутреннего сгорания, только вместо гильзы и поршня, в коллекторном моторе притирки требуют графитовые щётки.

Щетки нового мотора имеют малую площадь соприкосновения с коллектором, из-за этого ток, проходящий через щетки, сильно разогревает их, что может вызвать повреждение, откол или «прикипание» щеток к коллектору. Для того что бы это избежать, необходимо «обкатать» коллекторник следующим образом (применительно к автомодели):

  • «Вывесите» или переверните модель так, чтобы колеса не касались поверхности;
  • Включите модель и запустите двигатель на малых оборотах. Для этого: любым удобным способом зафиксируйте «курок» пульта управления на 15-20% хода влево или вправо относительно «нейтрали»;
  • Дайте поработать коллекторнику в течении 30-40 секунд;
  • После остановки, продуйте двигатель, чтобы убрать остатки отработанного материала щеток;
  • Запустите двигатель еще на 2-3 минуты, согласно пункту 2;
  • Повторно продуйте двигатель.
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector