aktualności

1. Silnik prądu stałego szczotkowego

W silnikach szczotkowych odbywa się to za pomocą obrotowego przełącznika na wale silnika, zwanego komutatorem. Składa się on z obracającego się cylindra lub tarczy podzielonej na wiele metalowych segmentów stykowych na wirniku. Segmenty są połączone z uzwojeniami przewodzącymi na wirniku. Dwa lub więcej nieruchomych styków, zwanych szczotkami, wykonanych z miękkiego przewodnika, takiego jak grafit, naciska na komutator, zapewniając ślizgowy kontakt elektryczny z kolejnymi segmentami podczas obrotu wirnika. Szczotki selektywnie dostarczają prąd elektryczny do uzwojeń. Podczas obrotu wirnika komutator wybiera różne uzwojenia, a prąd kierunkowy jest przykładany do danego uzwojenia w taki sposób, że pole magnetyczne wirnika pozostaje niewspółosiowe ze stojanem i wytwarza moment obrotowy w jednym kierunku.

2. Silnik prądu stałego bezszczotkowy

W bezszczotkowych silnikach prądu stałego elektroniczny układ serwo zastępuje mechaniczne styki komutatora. Czujnik elektroniczny wykrywa kąt wirnika i steruje przełącznikami półprzewodnikowymi, takimi jak tranzystory, które przełączają prąd w uzwojeniach, zmieniając jego kierunek lub, w niektórych silnikach, wyłączając go, pod odpowiednim kątem, dzięki czemu elektromagnesy wytwarzają moment obrotowy w jednym kierunku. Wyeliminowanie styku ślizgowego pozwala silnikom bezszczotkowym na zmniejszenie tarcia i dłuższą żywotność; ich żywotność jest ograniczona jedynie żywotnością łożysk.

Szczotkowe silniki prądu stałego osiągają maksymalny moment obrotowy w stanie spoczynku, który liniowo maleje wraz ze wzrostem prędkości. Niektóre ograniczenia silników szczotkowych można pokonać dzięki silnikom bezszczotkowym; należą do nich wyższa sprawność i mniejsza podatność na zużycie mechaniczne. Korzyści te wiążą się z potencjalnie mniejszą wytrzymałością, bardziej złożoną i droższą elektroniką sterującą.

Typowy silnik bezszczotkowy ma magnesy trwałe, które obracają się wokół nieruchomego wirnika, eliminując problemy związane z doprowadzeniem prądu do ruchomego wirnika. Sterownik elektroniczny zastępuje zespół komutatora szczotkowego silnika prądu stałego, który stale przełącza fazę na uzwojenia, aby utrzymać silnik w ruchu. Sterownik realizuje podobny, czasowy rozdział mocy, wykorzystując obwód półprzewodnikowy, a nie układ komutatora.

Silniki bezszczotkowe oferują szereg zalet w porównaniu ze szczotkowymi silnikami prądu stałego, w tym wysoki stosunek momentu obrotowego do masy, zwiększoną wydajność zapewniającą większy moment obrotowy na wat, zwiększoną niezawodność, zmniejszony hałas, dłuższą żywotność dzięki wyeliminowaniu erozji szczotek i komutatora, eliminację iskier jonizujących z
komutator i ogólną redukcję zakłóceń elektromagnetycznych (EMI). Brak uzwojeń na wirniku sprawia, że nie są one narażone na działanie sił odśrodkowych, a ponieważ uzwojenia są podtrzymywane przez obudowę, mogą być chłodzone przez przewodzenie, nie wymagając przepływu powietrza wewnątrz silnika. To z kolei oznacza, że elementy wewnętrzne silnika mogą być całkowicie zamknięte i chronione przed brudem i innymi ciałami obcymi.

Komutację silnika bezszczotkowego można zaimplementować programowo za pomocą mikrokontrolera lub alternatywnie za pomocą układów analogowych lub cyfrowych. Komutacja z wykorzystaniem elektroniki zamiast szczotek zapewnia większą elastyczność i możliwości niedostępne w przypadku silników szczotkowych prądu stałego, w tym ograniczenie prędkości, mikrokrok do sterowania ruchem powolnym i precyzyjnym oraz moment podtrzymujący w stanie spoczynku. Oprogramowanie sterownika można dostosować do konkretnego silnika używanego w aplikacji, co przekłada się na większą wydajność komutacji.

Maksymalna moc, jaką można zastosować w silniku bezszczotkowym, jest ograniczona niemal wyłącznie przez ciepło; [potrzebne źródło] zbyt duże ciepło osłabia magnesy i powoduje uszkodzenie izolacji uzwojeń.

Silniki bezszczotkowe są bardziej wydajne w przetwarzaniu energii elektrycznej na energię mechaniczną niż silniki szczotkowe, głównie dzięki braku szczotek, co zmniejsza straty energii mechanicznej spowodowane tarciem. Zwiększona sprawność jest największa w obszarach pracy silnika przy braku obciążenia i niskim obciążeniu.

Środowiska i wymagania, w których producenci stosują bezszczotkowe silniki prądu stałego, obejmują pracę bezobsługową, wysokie prędkości oraz pracę w warunkach, w których iskrzenie jest niebezpieczne (tj. w środowiskach zagrożonych wybuchem) lub mogłoby wpłynąć na urządzenia wrażliwe na elektronikę.

Konstrukcja silnika bezszczotkowego przypomina silnik krokowy, ale silniki te różnią się istotnie ze względu na różnice w implementacji i działaniu. Podczas gdy silniki krokowe są często zatrzymywane z wirnikiem w określonym położeniu kątowym, silnik bezszczotkowy jest zazwyczaj przeznaczony do ciągłego obrotu. Oba typy silników mogą być wyposażone w czujnik położenia wirnika, zapewniający wewnętrzne sprzężenie zwrotne. Zarówno silnik krokowy, jak i dobrze zaprojektowany silnik bezszczotkowy mogą utrzymywać skończony moment obrotowy przy zerowej liczbie obrotów na minutę.