Motori elettrici a corrente continua sono componenti essenziali in varie apparecchiature utilizzate in applicazioni industriali. Sono disponibili principalmente in due varianti: motori DC Brushed e motori DC Brushless (BLDC). A seconda della loro applicazione, diverse aziende optano per uno di questi motori. Imparare la differenza tra loro aiuta le aziende e i tecnici a trovare e scegliere il migliore.

Importanza di comprendere la differenza fondamentale tra motori a spazzole e BLDC

Proprio come non puoi usare un motore AC dove è richiesto il controllo su giri/min e coppia, non puoi usare un motore Brushed DC dove un motore Brushless DC può dare un output più efficiente. Entrambi i motori, sebbene funzionino a DC, hanno varie differenze chiave che li rendono adatti a diverse applicazioni.

Entrambi questi motori hanno i loro pro e contro. A seconda dei loro vantaggi e svantaggi, puoi scegliere quello giusto dopo aver analizzato dove intendi utilizzarlo. Sono i requisiti dell'applicazione che ti aiuteranno a decidere se un motore Brushed DC o BLDC sarà adatto.

La differenza fondamentale rispetto a dove sono assegnati i nomi di entrambi si basa sui commutatori. I motori DC con spazzole hanno solitamente spazzole di carbone, che vengono utilizzate come commutatori. Nei motori BLDC, i commutatori sono elettronici anziché meccanici come quelli utilizzati nei motori con spazzole.

In questo articolo, imparerai le differenze chiave tra entrambi questi motori. Questo apprendimento ti aiuterà a scegliere il migliore tra questi due per rendere il tuo lavoro più controllato, fluido ed efficiente.

Motori DC spazzolati

Tutte le macchine meccaniche sono costruite da una combinazione di diversi pezzi meccanici. Così è il caso dei motori brushed e BLDC. Quando si considera la costruzione di motori brushed, è possibile che questi motori utilizzino l'avvolgimento di fili attorno al nucleo di ferro per creare un campo magnetico. Queste bobine ruotano liberamente e azionano l'albero motore. Questo intero set è chiamato "rotore". Si possono trovare anche alcuni motori DC brushed senza nucleo. Quando il nucleo è assente, l'avvolgimento è autoportante poiché il nucleo viene utilizzato per supportare gli avvolgimenti.

Il rotore è un componente rotante mentre la parte fissa è chiamata statore. Lo stato trattiene i magneti permanenti al suo interno. Ciò mantiene intatto un campo magnetico statico permanente e trattiene il rotore al suo interno.

Il terzo componente principale è il commutatore. La coppia è creata dalla rotazione dello spin. Per creare un campo magnetico nel rotore, è necessaria una corrente. Il commutatore è fissato tra le spazzole, che sono fissate attorno ad esso sullo statore. Il commutatore funziona come un interruttore e continua a commutare diversi avvolgimenti per accendere e spegnere, il che mantiene il rotore in rotazione costante.

La rotazione del motore a spazzole avviene quando viene applicata la corrente continua, crea un campo magnetico nel rotore che respinge il campo magnetico fisso dello statore e provoca la rotazione dell'albero. Inoltre, l'uso di un ponte H aiuta a controllare la velocità, la coppia, la tensione applicata e, soprattutto, la direzione di rotazione.

Motori DC senza spazzole

Sebbene il funzionamento dei motori DC brushless sia lo stesso dei motori DC con spazzole, questo è il principio di repulsione e attrazione del campo magnetico tra rotore e statore. Ma la loro costruzione è diversa. Questo rende i BLDC diversi dai motori con spazzole.

La costruzione del rotore e dello statore è opposta ai motori a spazzole. Il rotore nel BLDC ha un magnete permanente e lo statore ha bobine di avvolgimento opposte ai motori a spazzole. Quindi, il commutatore qui nel BLDC è elettrico anziché meccanico come nei motori a spazzole.

Un'altra differenza nella costruzione è il numero di fasi. Le fasi sono in realtà le unità di avvolgimento degli statori. Il numero di unità di avvolgimento è uguale al numero di fasi di un motore BLDC. Sebbene non vi siano restrizioni sul numero di fasi, solitamente nello sviluppo dei motori BLDC vengono utilizzate 3 fasi. Queste 3 fasi sono allineate come configurazione Delta o Wye.

Inoltre, un'altra differenza è il numero di poli magnetici presenti sul magnete del rotore in un motore BLDC. Di solito ci sono almeno due poli come polo sud e polo nord sul rotore. Possono essercene di più se necessario. La necessità e la funzione saranno discusse nella sezione applicazione di entrambi i motori.

Un'altra differenza molto importante è l'impiego di componenti elettronici complessi nei motori BLDC rispetto ai motori con spazzole, come sensori Hall e 3 H-gate per ciascuna fase.

Differenze principali tra motori Brushed e BLDC

Finora hai imparato perché è importante conoscere la differenza tra entrambi i motori e anche le basi dei principi di costruzione dei motori sia brushed che BLDC. Ora imparerai le differenze chiave in base ai vantaggi e agli svantaggi di entrambi i tipi.

Differenza di velocità e accelerazione

A causa del peso maggiore nei motori con spazzole, la velocità e l'accelerazione sono inferiori. Un ulteriore abbassamento della velocità è dovuto alla presenza di spazzole e commutatore meccanico. Ciò fa sì che i motori con spazzole rientrino nella categoria dei motori a media velocità. Il commutatore è collegato meccanicamente tramite spazzole.

Quando è intenzionale l'alta velocità, il contatto tra spazzole e commutatore si comporterà in modo irregolare, riducendo quindi la velocità. Un altro motivo per la velocità inferiore è l'uso di un nucleo di ferro laminato al centro e, a causa della grande inerzia, le velocità sono basse.

D'altro canto, i motori BLDC non hanno commutatori meccanici, quindi teoricamente non c'è resistenza rispetto alla loro controparte. Questo dà un vantaggio ai motori BLDC per velocità molto elevate e precisione funzionale. Quindi, le velocità sono più elevate nei BLDC rispetto ai motori con spazzole, ma con un costo più elevato.

Rumore elettrico e acustico

A causa della presenza di spazzole meccaniche e commutatori, i motori con spazzole producono più rumore elettrico rispetto ai motori BLDC. Sebbene l'uso di un condensatore possa ridurre il rumore, non può essere eliminato 100%. D'altro canto, nei motori BLDC non sono presenti tali componenti, il che li rende molto silenziosi da utilizzare in applicazioni sensibili al rumore.

Manutenzione

Per ora, hai imparato molto su spazzole e commutatori. Entrambi sono componenti meccanici e sono in continuo attrito l'uno contro l'altro. Ciò causa una continua usura sia nelle spazzole che nel commutatore che necessita di frequenti sostituzioni. Quindi il costo di manutenzione è elevato e necessario a intermittenza.

D'altro canto, i motori BLDC sono privi di tali componenti, il che li rende una tipologia di motori esenti da manutenzione.

Ondulazione di coppia

È un fenomeno meccanico che prende il nome dalle vibrazioni meccaniche nei motori. A causa di più componenti meccanici nei motori brushed, l'ondulazione di coppia è maggiore, quindi le vibrazioni sono più frequenti ad alta velocità nei motori brushed DC rispetto ai BLDC.

Tutta la vita

Il ciclo di vita dei BLDC è più lungo dei motori a spazzole a causa della presenza di meno componenti meccanici nel design costruttivo. A causa della grande usura meccanica, arriva un momento per i motori a spazzole in cui non rimangono più operativi.

Costo

Infine, il costo associato di un motore a spazzole è molto inferiore a quello di un motore BLDC. Ciò è dovuto alla sua semplice costruzione e al design maturo. Sebbene alcuni componenti siano assenti nel BLDC a causa della presenza di elettronica complessa, questi sono più costosi dei motori a spazzole.

Fattori da considerare prima di selezionare un motore CC

Quindi, per ora, hai una comprensione completa di entrambi i tipi di motori DC brushed e brushless. Per scoprire quale si adatta meglio alla tua applicazione, dovrai valutare i requisiti.

Se vuoi un motore DC per applicazioni semplici, allora i motori brushed sono adatti. Questi motori sono economici e facilmente reperibili. A seconda del controllo, della velocità, della quantità di coppia richiesta e del costo, puoi scegliere il motore brushed. Tieni presente che la durata di questi motori è inferiore a quella dei motori BLDC.

D'altro canto, i motori BLDC sono preferiti quando servono alte prestazioni e alta velocità con un maggiore controllo sulla funzionalità. Inoltre, quando si desidera utilizzare un motore DC in un'applicazione sensibile al rumore, è necessario un BLDC. La durata del BLDC è molto più lunga dei motori Brushed e il tuo investimento ti servirà per un periodo di tempo più lungo.

Riepilogo

Sebbene la selezione dei motori dipenda da vari fattori e come hai imparato tutte le differenze chiave. Lo spazio per l'utilizzo di motori a spazzole esiste ancora anche quando la disponibilità e i costi associati dei motori BLDC sono diminuiti. Devi considerare tutti i fattori per i motori a spazzole e BLDC prima di sceglierne uno per la tua applicazione.