Istosmjerni motori s četkama i bez četkica: učinkovitost, odabir i upotreba

Brušeni istosmjerni motor u odnosu na istosmjerni motor bez četkica

Osnovna je razlika u tome kako se struja prebacuje: četkasti motori koriste fizičke četkice i mehanički komutator, dok motori bez četkica koriste elektronički upravljač i senzore položaja. Ova jedna razlika u dizajnu prelijeva se u gotovo svaku drugu razliku između dva tipa motora — učinkovitost, životni vijek, složenost kontrole i trošak, a sve se može pratiti unazad do toga događa li se komutacija mehanički ili elektronički.

Učinkovitost motora s četkanjem u odnosu na motor bez četkica

Motori bez četkica obično su učinkovitiji od brušenih motora pri usporedivoj izlaznoj snazi, uglavnom zato što eliminiraju dva mehanizma gubitka svojstvena kontaktu četkica: trenje između četkica i komutatora i električne gubitke u obliku luka koji se javljaju dok četkice uspostavljaju i prekidaju kontakt sa segmentima komutatora. Motori bez četkica commonly achieve efficiencies in the 85-90% range , dok brušeni motori obično rade nekoliko postotnih bodova niže pod usporedivim uvjetima opterećenja.

Ovaj jaz u učinkovitosti je najvažniji u aplikacijama koje se napajaju baterijama i kontinuiranim radom, gdje se svaki postotak učinkovitosti izravno pretvara u vrijeme rada ili smanjenu proizvodnju topline. U lakim aplikacijama s povremenim korištenjem, razlika u učinkovitosti je manje posljedična, što je dio razloga zašto brušeni motori ostaju uobičajeni u jeftinim potrošačkim proizvodima gdje je radni ciklus prirodno nizak.

Prednosti i nedostaci brušenog istosmjernog motora

Vaganje a brušeni motor protiv alternative bez četkica svodi se na to nadmašuju li njegova jednostavnost i niska cijena njegov kraći životni vijek i nižu učinkovitost za konkretnu primjenu.

• Prednosti: niža cijena, jednostavnija upravljačka elektronika, veliki startni moment, jednostavan popravak na terenu
• Nedostaci: habanje četkice ograničava životni vijek, niža učinkovitost, više stvaranja topline, električni šum (EMI) od luka četkica
• Najbolje pristaje: aplikacije s niskim radnim ciklusom, osjetljive na troškove gdje je prihvatljiva periodična zamjena četkica

Kako odabrati brušeni istosmjerni motor: Vodič za odabir

Odabir pravog brušenog istosmjernog motora počinje s istim osnovama kao kod bilo kojeg istosmjernog motora: definirajte potrebni zakretni moment i brzinu pri opterećenju, a zatim to provjerite u odnosu na nazivnu snagu motora i raspoloživi napon napajanja. Jer brušeni motors imaju ograničen životni vijek četke, radni ciklus i očekivani vijek trajanja imaju dodatnu težinu u procesu odabira u usporedbi s alternativama bez četkica.

• Potvrdite potrebni okretni moment i brzinu pri opterećenju, uključujući rezervu za početne i vršne uvjete
• Uskladite napon s dostupnim napajanjem, izbjegavajući značajne radnje pod ili prenaponom
• Procijenite očekivani radni ciklus i vijek trajanja u odnosu na nazivni vijek trajanja četkice motora
• Provjerite toplinske ocjene u odnosu na stalne ili povremene uvjete rada
• Uzmite u obzir izloženost okoliša — prašina i vlaga ubrzavaju trošenje četkica i komutatora

Izračun momenta i brzine brušenog istosmjernog motora

Izračun zakretnog momenta i brzine za brušeni istosmjerni motor slijedi ista načela kao bilo koja vježba dimenzioniranja istosmjernog motora: odredite zakretni moment opterećenja na izlazu (sila × radijus za rotacijska opterećenja ili sila ÷ mehanička prednost za linearna opterećenja), dodajte sigurnosnu marginu od otprilike 20-50% za početne i vršne uvjete i potvrdite potrebnu brzinu na izlaznom vratilu nakon uračunavanja bilo kakvog smanjenja mjenjača.

Potreba za snagom izravno proizlazi iz zakretnog momenta i brzine (snaga = zakretni moment × kutna brzina), a ovu bi brojku trebalo provjeriti u odnosu na kontinuiranu ocjenu snage motora, a ne na njegovu vršnu ili zastojnu ocjenu, budući da kontinuirani rad blizu zastoja zakretnog momenta stvara prekomjernu toplinu u brušenim namotima armature motora i ubrzava trošenje četkica zbog veće potrošnje struje.

Primjene brušenog istosmjernog motora visokog zakretnog momenta

Brušeni istosmjerni motori, posebno konfiguracije sa serijskim namotajem, isporučuju snažan startni moment u odnosu na njihovu veličinu i cijenu, što ih čini praktičnim izborom za primjene koje zahtijevaju veliki moment iz mirovanja, a ne kontinuiranog rada velikom brzinom. Uobičajene primjene brušenih motora s visokim zakretnim momentom uključuju motore za pokretanje automobila, vitla, pogone električnih alata i linearne aktuatore — svi slučajevi u kojima je kratka, intenzivna potražnja okretnog momenta važnija od učinkovitosti pri kontinuiranom radu.

Brušeni istosmjerni motori za industrijsku, robotsku i automatiziranu opremu

U industrijskim i automatiziranim postavkama brušeni istosmjerni motori obično su rezervirani za aplikacije s nižim ciklusom, koje su osjetljive na troškove gdje je teret održavanja periodične zamjene četkica podnošljiv — jednostavni aktuatori, sekcije transportera s malim opterećenjem i osnovni zadaci pozicioniranja koji ne zahtijevaju preciznost ili dugovječnost servo sustava bez četkica.

U robotici, brušeni motori i dalje se pojavljuju u jeftinijim hobističkim i obrazovnim platformama, u izradi prototipova i nekritičnih aktuatorima gdje proračun prevladava nad potrebom za preciznom kontrolom ili produljenim radnim vijekom. Proizvodna robotika i oprema za koju se očekuje da radi kontinuirano u zahtjevnim radnim ciklusima općenito se umjesto toga prebacuju na motore bez četkica, gdje se veći početni trošak nadoknađuje nižim održavanjem i boljom preciznošću kontrole tijekom radnog vijeka opreme.