aktualności

1. Silnik prądu stałego szczotkowy

W silnikach szczotkowych odbywa się to za pomocą przełącznika obrotowego 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 stacjonarnych styków zwanych szczotkami, wykonanych z miękkiego przewodnika, takiego jak grafit, naciska na komutator, tworząc ślizgowy kontakt elektryczny z kolejnymi segmentami podczas obrotu wirnika. Szczotki selektywnie dostarczają prąd elektryczny do uzwojeń. Gdy wirnik się obraca, komutator wybiera różne uzwojenia, a prąd kierunkowy jest przyłożony do danego uzwojenia tak, że pole magnetyczne wirnika pozostaje niewspółosiowe ze stojanem i tworzy moment obrotowy w jednym kierunku.

2. Silnik prądu stałego bezszczotkowy

W silnikach prądu stałego bezszczotkowego elektroniczny układ serwo zastępuje styki komutatora mechanicznego. Elektroniczny czujnik wykrywa kąt wirnika i steruje przełącznikami półprzewodnikowymi, takimi jak tranzystory, które przełączają prąd przez uzwojenia, albo zmieniając kierunek prądu, albo, w niektórych silnikach, wyłączając go, pod odpowiednim kątem, tak aby elektromagnesy wytwarzały moment obrotowy w jednym kierunku. Wyeliminowanie styku ślizgowego pozwala silnikom bezszczotkowym mieć mniejsze tarcie i dłuższą żywotność; ich żywotność jest ograniczona jedynie żywotnością ich łożysk.

Silniki szczotkowe DC rozwijają maksymalny moment obrotowy w stanie spoczynku, liniowo malejący wraz ze wzrostem prędkości. Niektóre ograniczenia silników szczotkowych można pokonać za pomocą silników bezszczotkowych; obejmują one wyższą wydajność i mniejszą podatność na zużycie mechaniczne. Te korzyści wiążą się z kosztem potencjalnie mniej wytrzymałej, bardziej złożonej i droższej elektroniki sterującej.

Typowy silnik bezszczotkowy ma magnesy trwałe, które obracają się wokół nieruchomego wirnika, eliminując problemy związane z podłączaniem prądu do ruchomego wirnika. Elektroniczny sterownik zastępuje zespół komutatora szczotkowego silnika prądu stałego, który stale przełącza fazę na uzwojenia, aby utrzymać silnik w ruchu. Sterownik wykonuje podobny czasowy rozdział mocy, używając obwodu półprzewodnikowego, a nie układu 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, mniejszy hałas, dłuższą żywotność dzięki wyeliminowaniu erozji szczotek i komutatora, eliminację iskier jonizujących z
komutator i ogólne zmniejszenie zakłóceń elektromagnetycznych (EMI). Bez uzwojeń na wirniku nie są one poddawane siłom odśrodkowym, a ponieważ uzwojenia są podtrzymywane przez obudowę, mogą być chłodzone przez przewodzenie, nie wymagając przepływu powietrza wewnątrz silnika w celu chłodzenia. To z kolei oznacza, że ​​wnętrze silnika może być całkowicie zamknięte i chronione przed brudem lub innymi ciałami obcymi.

Komutację silnika bezszczotkowego można zaimplementować w oprogramowaniu przy użyciu mikrokontrolera lub alternatywnie za pomocą obwodów analogowych lub cyfrowych. Komutacja z elektroniką zamiast szczotek zapewnia większą elastyczność i możliwości niedostępne w przypadku silników prądu stałego ze szczotkami, w tym ograniczanie prędkości, działanie mikrokrokowe w celu sterowania ruchem powolnym i precyzyjnym oraz moment trzymania w pozycji stacjonarnej. Oprogramowanie sterownika można dostosować do konkretnego silnika używanego w aplikacji, co skutkuje większą wydajnością komutacji.

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

Podczas przekształcania energii elektrycznej w moc mechaniczną silniki bezszczotkowe są bardziej wydajne niż silniki szczotkowe, głównie ze względu na brak szczotek, co zmniejsza straty energii mechanicznej z powodu tarcia. Zwiększona wydajność jest największa w obszarach bez obciążenia i przy niskim obciążeniu krzywej wydajności silnika.

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

Budowa silnika bezszczotkowego przypomina silnik krokowy, ale silniki te mają istotne różnice ze względu na różnice w implementacji i działaniu. Podczas gdy silniki krokowe są często zatrzymywane z wirnikiem w określonym położeniu kątowym, silnik bezszczotkowy jest zwykle przeznaczony do wytwarzania ciągłego obrotu. Oba typy silników mogą mieć czujnik położenia wirnika do wewnętrznego sprzężenia zwrotnego. Zarówno silnik krokowy, jak i dobrze zaprojektowany silnik bezszczotkowy mogą utrzymywać skończony moment obrotowy przy zerowych obrotach na minutę.