Что такое щеточный двигатель?
Щеточный электродвигатель постоянного тока представляет собой вращающуюся электрическую машину постоянного тока, которая преобразует электрическую энергию постоянного тока в механическую энергию, в которой по меньшей мере одна из обмоток, участвующих в основном процессе преобразования энергии, подключена к переключателю.
Электродвигатель использует щетки для подачи питания на катушку якоря, расположенную между постоянными магнитами, которые создают магнитное поле. Ток, проходящий через щетку к катушке, приводит в движение ротор и используется для двигателей мощностью до лошадиных сил. При вращении якоря неподвижные щетки соприкасаются с различными секциями вращающегося коллектора и поэтому со временем изнашиваются.
Электродвигатель
�� Конструкция и работа щеточных электродвигателей
У всех электроинструментов основные часты как, ротор, статор, индуктор, арматура, коммутатор и щётки. Ниже объясным вам что такое каждыая часть двигателей постоянного тока.
Ротор – это вращающаяся часть электрической машины.
Статор – неподвижная часть электрической машины.
Индуктор – важная часть коллекторного двигателя постоянного тока, который создает магнитный поток для формирования крутящего момента. Индуктор включает в себя либо постоянные магниты, либо медная проволока возбуждения. В двиателе, система возбуждения состоит из двух постоянных магнитов и является частью статора.
Якор – часть коллекторной машины постоянного тока или синхронной машины, в которой индуцируется электродвижущая сила и протекает ток нагрузки. В качестве якоря может выступать как ротор, так и статор.
Коллектор – это часть двигателя, соединен со щетками. С помощью щеток и коммутатора электрический ток распределяется по катушкам обмотки якоря.
Щетки – часть электрической цепи, по которой электрический ток передается от источника питания к якорю. Щетки изготавливаются из графита или других материалов. Двигатель постоянного тока содержит одну пару щеток или более. Одна из двух щеток подключена к положительной, а другая – к отрицательной клемме источника питания.
В соответствии с конструкцией статора, щеточный двигатель может быть с постоянными магнитами и с намотанным статором.
Двигатель шуруповерта
�� Виды щеточных двигателей
�� Двигатель постоянного тока с постоянным магнитом
Наиболее распространенным среди щеточных двигателей постоянного тока является двигатель постоянного тока с постоянным магнитом. Индуктор этого двигателя включает в себя постоянные магниты, которые создают магнитное поле статора.
Двигатели постоянного тока с постоянными магнитами обычно используются в технических инструментах для выполнения задач, не требующих высокой мощности. Такие двигатели дешевле в производстве, чем двигатели постоянного тока с намоткой. В то же время крутящий момент такого двигателя ограничен полем постоянных магнитов статора.
Из преимуществ такого двигателя можно перечеслить то, что он очень быстро реагирует на изменения напряжения. Благодаря постоянному полю статора легко контролировать скорость двигателя. Недостатком такого двигателя является то, что со временем магниты теряют свои магнитные свойства, в результате чего поле статора уменьшается и производительность двигателя снижается.
Ниже короче можете читать преимущества и недостатки.
✔️ Преимущества:
�� Быстро реакцируют на напряжение.
�� У них выгодная цена в соответсвий от качества.
�� Призводят высокий крутящий момент при низкой скорости.
❌ Недостатки:
�� Можно только перечеслить одну недостатку. У них постоянные магниты со временем, который под воздействием высокого температоура терает свое магнитное свойство.
�� Двигатель постоянного тока с намотанным полем и виды
Такие двигатели проделятся на несколько видов. В некоторые из них с увеличением общего тока двигателя скорость также увеличивается, а крутящий момент уменьшается.
Когда нагрузка на двигатель увеличивается, ток якоря увеличивается, в результате чего поле якоря увеличивается.
По мере увеличения тока якоря ток индуктора уменьшается, что приводит к уменьшению поля индуктора, что приводит к снижению скорости двигателя и увеличению крутящего момента.
В электродвигателях с раздельным возбуждением медная проволока возбуждения электрически не соединена с медной проволокой якоря. Обычно напряжение возбуждения UFW отличается от напряжения в цепи якоря U. Если напряжения равны, то медная проволока возбуждения подключается параллельно медная проволокаякоря. Использование в электроприводе двигателя с раздельным возбуждением или с шунтирующей медной проволокой определяется схемой электропривода. Свойства этих двигателей одинаковы. Конечно у этих двух видов плюсы и минусы.
Товары из категорий ��
[add permalink=”Drills-And-Screw-Drivers” count=”7″ lang=”ru”]
✔️ Преимущества:
�� У них хорошие регулировочные свойство.
�� Крутящий момент у них постоянно при низкой скорости.
�� Отсувстует потери магнетизма с течением времени.( так как постоянных магнитов нет)
❌ Недостатки:
�� Они более дорогой, чем двигатель постоянного тока, двигатель выходит из-под контроля, если ток индуктора падает до нуля.
Двигатель постоянного тока с составной обмоткой обладает две обмотки возбуждения, один из которых подключена паралельно обмотке якора, а вторая подключена последовательно. Соотношение между силами намагничивания обмоток может быть разным, но обычно одна из обмоток создает большую силу намагничивания и эта лбмотка называется основной, вторая обмотка называется вспомогательной. Если обмотки соединены таким образом, что последовательное поле помогает шунтирующему полю, то двигатель называется кумулятивным составным щеточным двигателем постоянного тока.
✔️ Преимущества:
�� Хорошо контролируют скоротсти.
�� Двигатель предпочтительно более служит.
�� Со временем не отсувствует потери магнетизма.
�� Производят высокий крутящий момент при низкой скорости.
❌ Недостатки:
�� Они дороже чем, другие щеточные двигатели обмотка.
FAQ❓
�� Используют ли в аккумуляторных шуруповертах бесщеточный шуруповерт?
Конечно, да. Эти двигатели уже очень популярный.
�� Как работают бесщеточные двигатели?
Работа бесщеточных двигателей схоже на работе обычных электродвигателей, но только не использует щетки для изменения полярности двигателя.
�� Какие недостатки предлагают бесщеточные двигатели по сравнению с бесщеточными?
Они самые тяжелые. Они требуют регулярного обслуживания и очистки. Они предлагают меньший диапазон скоростей и более короткий срок службы.
Заключение��
В сегодняшний день технология вырастала намного и уже в технических инструментах используют бесщеточных двигателей. На самом деле у них много преимуществ по сравнению с щеточными двигателями. Благодаря отсутствия щётки в них, не надо заменить щетки. В щеточных двигателях со временем мотор сближает к износу, таким образом для предотвращения этого надо очистить мотор и заменить щётки. Новая технология помогает всем избавиться от этих всех задачах.
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.
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.
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
- Первым плюсом инструментов со щеточными двигателями стоит отметить более низкую стоимость в отличие бесщеточных. Это связано с технологиями производства и более бюджетными материалами.
- Вторым плюсом специалисты отмечают упрощенную конструкцию двигателя, что влияет на стоимость ремонта. Проще поменять щетки, чем весь мотор в целом.
- Также к плюсам можно отнести относительно малый вес и размер инструментов.
Минусы
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
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:
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- К минусам, в первую очередь стоит отнести стоимость инструментов. Техника с бесщеточным мотором в цене дороже, чем упрощенные модели со щеточным двигателем.
- 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
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».
Что такое щеточный двигатель и его особенности
В этой статье мы поговорим про щеточные электродвигатели, про их особенности, плюсы и минусы, а также поговорим про их эксплуатацию и обслуживание. Чаще всего между таким двигателем и бесщеточным приходится выбирать при покупке электроинструментов, поэтому мы подойдем именно с этой точки зрения. Обойдемся без длинных вступлений и перейдем к делу.
Конструкция и особенности щеточных электродвигателей
Щеточный двигатель (также он называется «коллекторный» устроен достаточно просто. У него есть ротор, который вращается, преобразую электрическую энергию в механическую. Он обмотан медными проводами, по ним проходит ток и создает магнитное поле. Тут мы не будем подробно разбирать устройство этого электродвигателя, в рамках этой статьи это не имеет особого значения. Но также в конструкции есть щетки, которые передают напряжение на обмотку, чаще всего их делают из графита. Собственно говоря, именно из-за их наличия электродвигатели этого типа и называют «щеточные». Обычно их от двух до четырех, делают их не только из графита, но и из других материалов. Например, угольные щетки это уголь-графитовые.
Главный минус щеток в том, что они подвержены износу. Если электродвигатель в целом качественный, то именно щетки выйдут из строя в первую очередь. А почему бы не использовать другие материалы, которые не изнашиваются и устранить этот главный недостаток? Ответ на самом деле элементарный. Если щетки сделать из более твердого материала, то они будут попросту стирать коммутатор и электродвигатель все равно выйдет из строя. Кроме того, есть и другие минусы:
По мере износа щеток снизится мощность электроинструмента.
КПД в целом ниже, так как часть энергии теряется при трении.
Длительная и непрерывная эксплуатация электроинструмента невозможна, так как двигатель может слишком сильно нагреться.
Они могут искрить или даже давать дым.
Но если конструкция такая неудачная, почему до сих пор делают щеточные двигатели, ведь есть другие, более современные варианты? И тут ответ также простой, ведь у электродвигателей этого типа есть и плюсы:
Их конструкция проще, чем у других видов электродвигателей (в частности бесщеточных (бесколлекторных).
Отсюда вытекает то, что они попросту дешевле.
Также можно отметить, что электроинструменты разделяют на любительские и профессиональные, о чем мы рассказывали в отдельной статье. И там мы отмечали, что одно из главных отличий это режим эксплуатации. Профессиональные инструменты могут работать без перерывов значительно дольше, в том числе и за счет того, что в них используются бесщеточные двигатели. Ну а в случае с любительскими электроинструментами (или бытового назначения) это уже не так важно, тут производители зачастую стараются сделать цену как можно ниже, в том числе и поэтому они выбирают щеточные двигатели. Да, они греются и не могут работать очень долго, поэтому производители в инструкция и пишут про режим работы электроинструмента: его нужно соблюдать. Проще говоря, щеточные двигатели хороши в определенном сегменте, где не нужно много и долго работать.
Замена щеток
Но не важно, соблюдаете вы режим эксплуатации или нет, рано или поздно щетки все равно сотрутся. Является ли это проблемой? Ну, это неудобно, но нельзя сказать, что это проблема. Если вы видите признаки износа щеток (о которых мы писали выше), то их нужно попросту заменить. А в некоторых электроинструментах предусмотрен защитный механизм: когда щетки износятся до определенного уровня, он попросту не включится до их замены.
Почти всегда производители рекомендуют менять щетки в центрах технического обслуживания, но скажем честно, если кто-то купил дрель, шуруповерт или любой другой бюджетный электроинструмент за несколько тысяч, он точно не пойдет в сервисный центр. Но самостоятельная замена щеток не представляет собой никакой сложности, более того, сегодня производители зачастую предусматривают легкий доступ к ним. То есть, вам будет не нужно возиться и разбирать весь двигатель, это делается значительно проще.
Не стоит ждать до последнего, то есть, до полного износа щеток, менять их нужно заблаговременно. Сама замена сложности не представляет, от вас требуется только подобрать щетки подходящего размера. Иногда в комплектации есть запасные, также производитель может указывать их параметры в документации. В крайнем случае, можно извлечь старые и измерить их. Установка щеток никакой сложности не представляет, тут даже особо и писать не о чем. Повторимся, проще всего это сделать, если у электроинструмента предусмотрен быстрый доступ к ним, в противном случае придется разбирать корпус. То есть, будет затрачено больше времени.
Как видите, щеточные электроинструменты не лишены недостатков, но у них есть и преимущества. В самом износе щеток особой проблемы нет, их всегда можно заменить. Конечно, такой электроинструмент не стоит покупать для профессиональной работы или просто для частого использования, тут все же куда лучше подходят бесщеточные модели. Пусть они и дороже, но в данном случае переплата того стоит.
Устройство коллекторного (щеточного) электродвигателя
Моторы и драйверы
Коллекторные электродвигатели названы так по названию одного из узлов — коллектору.
Статор (англ. stator, от лат. sto — стою ) — это неподвижный корпус двигателя, на котором расположены постоянные магниты.
Ротор (от лат. roto «вращаться») — вращающаяся часть двигателя с обмотками электромагнитов.
Коллектор — это цилиндр на оси ротора с изолированными друг от друга контактами (смотрите фотографию выше).
Плюсы коллекторного двигателя — высокая скоростью вращения и относительная простота устройства.
Недостатки — повышенный уровень шума больших электромоторов (дрель, перфоратор и др.), создание помех радиоприему, искрение и выход из строя щеток. В более мощных моторах щетки делают из графита, а в данном моторе используются прижимные пластины из проводника.
Устройство коллекторного двигателя
Ротор 130 DC электромотора
Коллектор — цилиндрическая деталь с контактами. От них идут провода на обмотки ротора
Щетки больших коллекторных электродвигателей делают из графита. Графит используется в карандашах. И да — он хорошо проводит ток
Устройство коллекторного электромотора (электродвигателя) «130 Motor DC»
Принцип работы
Количество контактов равно количеству обмоток ротора. Ток идет от щёток (+ и -) на контакты коллектора , а дальше на обмотки ротора. При этом создается магнитное поле, которое взаимодействует с магнитным полем постоянных магнитов статора.
Попеременное включение и отключение обмоток позволяет нужным образом отталкиваться и притягиваться относительно постоянных магнитов на статоре. И ротор начинает вращаться.