Kartáčované verzus bezkomutátorové jednosmerné motory: Účinnosť, výber a použitie

Kartáčovaný jednosmerný motor vs bezkomutátorový jednosmerný motor

Hlavným rozdielom je spôsob prepínania prúdu: kartáčové motory používajú fyzické kefy a mechanický komutátor, zatiaľ čo bezkomutátorové motory používajú elektronický ovládač a snímače polohy. Tento jeden konštrukčný rozdiel sa kaskádovito prelína do takmer každého iného rozdielu medzi týmito dvoma typmi motorov – účinnosť, životnosť, zložitosť ovládania a náklady, to všetko vedie k tomu, či komutácia prebieha mechanicky alebo elektronicky.

Kartáčovaný vs. Bezuhlíkový motor Účinnosť

Bezkartáčové motory sú zvyčajne efektívnejšie ako kefové motory pri porovnateľnom výkone, najmä preto, že eliminujú dva stratové mechanizmy spojené s kontaktom kefy: trenie medzi kefou a komutátorom a straty elektrickým oblúkom, ku ktorým dochádza pri vytváraní a prerušovaní kontaktu kief so segmentmi komutátora. Bezkartáčové motory commonly achieve efficiencies in the 85-90% range , zatiaľ čo brúsené motory zvyčajne bežia o niekoľko percentuálnych bodov nižšie pri porovnateľných podmienkach zaťaženia.

Tento rozdiel v účinnosti je najdôležitejší v aplikáciách napájaných z batérie a v nepretržitej prevádzke, kde sa každý percentuálny bod účinnosti priamo premieta do doby chodu alebo zníženej tvorby tepla. V nenáročných a prerušovaných aplikáciách je rozdiel v účinnosti menej významný, čo je súčasťou toho, prečo sú kartáčované motory bežné v lacných spotrebných produktoch, kde je pracovný cyklus prirodzene nízky.

Kartáčovaný jednosmerný motor Výhody a nevýhody

Váženie a kartáčovaný motor na rozdiel od bezkefovej alternatívy záleží na tom, či jeho jednoduchosť a nízke náklady prevážia jeho kratšiu životnosť a nižšiu účinnosť pre konkrétnu aplikáciu.

• Výhody: nižšia cena, jednoduchšia riadiaca elektronika, vysoký rozbehový moment, jednoduchá oprava v teréne
• Nevýhody: opotrebenie kief obmedzuje životnosť, nižšia účinnosť, väčšia tvorba tepla, elektrický šum (EMI) z kefového oblúka
• Najvhodnejšie: aplikácie s nízkym zaťažením, nákladovo citlivé aplikácie, kde je prijateľná pravidelná výmena kefy

Ako si vybrať kartáčovaný jednosmerný motor: Sprievodca výberom

Výber správneho brúseného jednosmerného motora začína rovnakými zásadami ako akýkoľvek jednosmerný motor: definujte požadovaný krútiaci moment a otáčky pri záťaži, potom ich skontrolujte oproti menovitému výkonu motora a dostupnému napájaciemu napätiu. Pretože kartáčovaný motors majú obmedzenú životnosť kefy, pracovný cyklus a očakávaná životnosť majú pri výbere ďalšiu váhu v porovnaní s bezkefkovými alternatívami.

• Potvrďte požadovaný krútiaci moment a otáčky pri zaťažení, vrátane rezervy pre štartovacie a špičkové podmienky
• Prispôsobte napätie dostupnému napájaciemu zdroju, aby ste sa vyhli výraznému podpätiu alebo prepätiu
• Odhadnite očakávaný pracovný cyklus a životnosť oproti menovitej životnosti kief motora
• Skontrolujte tepelné parametre v porovnaní s nepretržitými alebo prerušovanými prevádzkovými podmienkami
• Zvážte vystavenie životnému prostrediu – prach a vlhkosť urýchľujú opotrebovanie kefy a komutátora

Výpočet krútiaceho momentu a rýchlosti motora s kartáčovaným jednosmerným prúdom

Výpočet krútiaceho momentu a rýchlosti pre motor na jednosmerný prúd s kefovaným prúdom sa riadi rovnakými princípmi ako akékoľvek dimenzovanie motora na jednosmerný prúd: určte záťažový moment na výstupe (sila × polomer pre rotačné zaťaženie alebo sila ÷ mechanická výhoda pre lineárne zaťaženie), pridajte bezpečnostnú rezervu približne 20-50% pre štartovacie a špičkové podmienky a potvrďte požadované otáčky na výstupnom hriadeli po zohľadnení akéhokoľvek zníženia prevodovky.

Požiadavka na výkon vyplýva priamo z krútiaceho momentu a otáčok (výkon = krútiaci moment × uhlová rýchlosť) a tento údaj by sa mal porovnať s trvalým menovitým výkonom motora, a nie s jeho maximálnym alebo zablokovaným krútiacim momentom, pretože trvalá prevádzka blízko krútiaceho momentu zablokovania generuje nadmerné teplo vo vinutiach kotvy brúseného motora a urýchľuje opotrebovanie kief v dôsledku vyššieho odberu prúdu.

Aplikácie brúseného jednosmerného motora s vysokým krútiacim momentom

Kartáčované jednosmerné motory, najmä konfigurácie so sériovým vinutím, poskytujú vysoký rozbehový krútiaci moment v pomere k ich veľkosti a nákladom, čo z nich robí praktickú voľbu pre aplikácie vyžadujúce vysoký krútiaci moment z pokoja namiesto trvalej vysokorýchlostnej prevádzky. Bežné aplikácie brúsených motorov s vysokým krútiacim momentom zahŕňajú automobilové štartovacie motory, navijaky, pohony elektrického náradia a lineárne pohony — vo všetkých prípadoch, kde záleží na krátkom, intenzívnom krútiacom momente viac ako na efektívnosti nepretržitej prevádzky.

Kartáčované jednosmerné motory pre priemyselné, robotické a automatizačné zariadenia

V priemyselných a automatizačných nastaveniach sú jednosmerné motory s kefou zvyčajne vyhradené pre aplikácie s nižším cyklom, nákladovo citlivé aplikácie, kde je záťaž spojená s pravidelnou výmenou kief zvládnuteľná – jednoduché pohony, sekcie dopravníkov s nízkou záťažou a základné polohovacie úlohy, ktoré si nevyžadujú presnosť alebo dlhú životnosť bezkefkového servosystému.

V robotike sa kefované motory stále vyskytujú v lacnejších amatérskych a vzdelávacích platformách, prototypových zostavách a nekritických ovládačoch, kde rozpočet prevažuje nad potrebou presného riadenia alebo predĺženej životnosti. Výrobná robotika a zariadenia, u ktorých sa očakáva nepretržitá prevádzka v náročných pracovných cykloch, sa vo všeobecnosti namiesto toho presúvajú na bezkomutátorové motory, kde sú vyššie počiatočné náklady kompenzované nižšou údržbou a lepšou presnosťou riadenia počas prevádzkovej životnosti zariadenia.