DC-elektromotoren Zijn essentiële componenten in diverse apparatuur die in industriële toepassingen wordt gebruikt. Ze zijn er meestal in twee varianten: DC-borstelmotoren en DC-borstelloze motoren (BLDC). Afhankelijk van hun toepassing kiezen verschillende bedrijven voor een van deze motoren. Door het verschil tussen deze motoren te leren kennen, kunnen bedrijven en technici de beste vinden en kiezen.

Het belang van het begrijpen van het belangrijkste verschil tussen borstel- en BLDC-motoren

Net zoals je geen AC-motor kunt gebruiken waar controle over toerental en koppel nodig is, kun je geen borstel-DC-motor gebruiken waar een borstelloze DC-motor een efficiëntere output kan leveren. Beide motoren werken weliswaar op DC, maar hebben verschillende belangrijke verschillen die ze geschikt maken voor verschillende toepassingen.

Beide motoren hebben hun voor- en nadelen. Afhankelijk van hun voor- en nadelen kunt u de juiste kiezen nadat u hebt geanalyseerd waar u deze gaat gebruiken. Het zijn de toepassingsvereisten die u helpen bepalen of een borstel-DC- of BLDC-motor geschikt is.

Het belangrijkste verschil met de naamgeving van beide is gebaseerd op de commutatoren. DC-motoren met borstels hebben meestal koolborstels, die als commutatoren worden gebruikt. Bij BLDC-motoren zijn de commutatoren elektronisch in plaats van mechanisch, zoals bij borstelmotoren.

In dit artikel leer je de belangrijkste verschillen tussen deze twee motoren. Deze kennis helpt je bij het kiezen van de beste uit de twee, zodat je werk gecontroleerder, soepeler en efficiënter verloopt.

Geborstelde DC-motoren

Alle mechanische machines bestaan uit een combinatie van verschillende mechanische onderdelen. Dit geldt ook voor borstel- en BLDC-motoren. Bij de constructie van borstelmotoren kunt u denken aan het gebruik van wikkelingen van draden rond de ijzeren kern om een magnetisch veld te creëren. Deze spoelen draaien vrij en drijven de motoras aan. Deze hele set wordt "rotor" genoemd. U kunt ook kernloze DC-borstelmotoren vinden. Bij afwezigheid van de kern is de wikkeling zelfdragend, omdat de kern de wikkelingen ondersteunt.

De rotor is een roterend onderdeel, terwijl het vaste onderdeel stator wordt genoemd. De toestand houdt de permanente magneten erin vast. Dit houdt een permanent statisch magnetisch veld intact en houdt de rotor erin.

Het derde hoofdonderdeel is de commutator. Het koppel wordt gecreëerd door de rotatie van de spin. Om een magnetisch veld in de rotor te creëren, is een stroom nodig. De commutator is bevestigd tussen borstels, die eromheen op de stator zijn bevestigd. De commutator werkt als een schakelaar en schakelt voortdurend verschillende wikkelingen in en uit, waardoor de rotor constant blijft draaien.

De rotatie van de borstelmotor vindt plaats wanneer er gelijkstroom wordt toegepast. Dit creëert een magnetisch veld in de rotor dat het vaste magnetische veld van de stator afstoot en zo de rotatie van de as veroorzaakt. Bovendien helpt het gebruik van een H-brug bij het regelen van de snelheid, het koppel, de toegepaste spanning en, nog belangrijker, de draairichting.

Borstelloze DC-motoren

Hoewel de werking van borstelloze gelijkstroommotoren hetzelfde is als die van borstelloze gelijkstroommotoren, betreft het het principe van afstoting en aantrekking van het magnetische veld tussen rotor en stator. Hun constructie is echter anders. Dit onderscheidt BLDC-motoren van borstelmotoren.

De constructie van de rotor en stator is tegengesteld aan die van gestoomde motoren. De rotor in BLDC heeft een permanente magneet en de stator heeft wikkelingen die tegengesteld zijn aan die van borstelmotoren. De commutator in BLDC is dus elektrisch in plaats van mechanisch zoals bij borstelmotoren.

Een ander verschil in constructie is het aantal fasen. De fasen zijn in feite de wikkelingen van stators. Het aantal wikkelingen is gelijk aan het aantal fasen van een BLDC-motor. Hoewel er geen beperking is aan het aantal fasen, worden er meestal 3 fasen gebruikt bij de ontwikkeling van BLDC-motoren. Deze 3 fasen zijn ofwel in driehoek- ofwel in sterconfiguratie geschakeld.

Een ander verschil is het aantal magnetische polen op de rotormagneet van een BLDC-motor. Meestal zijn er minimaal twee polen als zuid- en noordpool op de rotor. Indien nodig kunnen er meer zijn. De noodzaak en functie worden besproken in het toepassingsgedeelte van beide motoren.

Een ander zeer belangrijk verschil is de inzet van complexe elektronica in BLDC-motoren in vergelijking met borstelmotoren, zoals Hall-sensoren en 3 H-poorten voor elke fase.

Belangrijkste verschillen tussen borstel- en BLDC-motoren

Tot nu toe heb je geleerd waarom het belangrijk is om het verschil tussen beide motoren te kennen en ook de basisprincipes van de constructie van zowel borstel- als BLDC-motoren. Je leert nu de belangrijkste verschillen op basis van de voor- en nadelen van beide typen.

Verschil in snelheid en versnelling

Door het hogere gewicht van borstelmotoren zijn de snelheid en acceleratie lager. De verdere verlaging van de snelheid komt door de aanwezigheid van borstels en een mechanische commutator. Hierdoor vallen borstelmotoren in de categorie middentoerenmotoren. De commutator is mechanisch bevestigd aan de borstels.

Bij hoge snelheid in de intentie zal het contact tussen de borstels en de commutator onregelmatig verlopen, waardoor de snelheid afneemt. Een andere reden voor de lagere snelheid is het gebruik van een gelamineerde ijzeren kern in het midden en de grote traagheid waardoor de snelheden laag zijn.

BLDC-motoren daarentegen hebben geen mechanische commutatoren, waardoor er theoretisch geen weerstand aanwezig is ten opzichte van hun tegenhangers. Dit geeft BLDC-motoren een voorsprong op het gebied van zeer hoge snelheden en functionele nauwkeurigheid. De snelheden van BLDC-motoren zijn dus hoger dan die van borstelmotoren, maar de kosten zijn hoger.

Elektrische en akoestische ruis

Door de aanwezigheid van mechanische borstels en commutatoren produceren borstelmotoren meer elektrische ruis dan BLDC-motoren. Hoewel het gebruik van een condensator de ruis kan verminderen, kan dit bij de 100% niet worden geëlimineerd. BLDC-motoren zijn daarentegen niet voorzien van dergelijke componenten, waardoor ze zeer stil zijn en dus geschikt voor geluidsgevoelige toepassingen.

Onderhoud

Tot nu toe heb je veel geleerd over borstels en commutatoren. Beide zijn mechanische componenten en staan in voortdurende wrijving met elkaar. Dit veroorzaakt voortdurende slijtage van zowel de borstels als de commutator, waardoor deze regelmatig vervangen moeten worden. De onderhoudskosten zijn dan ook hoog en de apparaten moeten steeds aan en uit staan.

BLDC-motoren hebben daarentegen geen van deze onderdelen en zijn daarom onderhoudsvrije motoren.

Koppelrimpeling

Het is een mechanisch fenomeen dat zijn naam dankt aan mechanische trillingen in motoren. Door de grotere hoeveelheid mechanische componenten in borstelmotoren is de koppelrimpel hoger, waardoor de trillingen vaker voorkomen bij hoge snelheden in borstel-DC-motoren in vergelijking met BLDC-motoren.

Levensduur

De levensduur van BLDC-motoren is langer dan die van borstelmotoren, omdat er in het ontwerp minder mechanische componenten aanwezig zijn. Door de grote mechanische slijtage komt er een moment dat borstelmotoren niet meer functioneren.

Kosten

Ten slotte zijn de kosten van een borstelmotor veel lager dan die van een BLDC-motor. Dit komt door de eenvoudige constructie en het uitgekiende ontwerp. Hoewel sommige componenten in BLDC-motoren ontbreken vanwege de aanwezigheid van complexe elektronica, zijn deze motoren duurder dan borstelmotoren.

Factoren waarmee u rekening moet houden voordat u een DC-motor kiest

Tot nu toe heeft u een volledig begrip van beide typen borstel- en borstelloze DC-motoren. Om te bepalen welke het meest geschikt is voor uw toepassing, moet u de vereisten beoordelen.

Als u een DC-motor voor eenvoudige toepassingen zoekt, zijn borstelmotoren geschikt. Deze motoren zijn goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar. Afhankelijk van de regeling, snelheid, het benodigde koppel en de prijs kunt u kiezen voor een borstelmotor. Houd er rekening mee dat de levensduur van deze motoren korter is dan die van BLDC-motoren.

Aan de andere kant hebben BLDC-motoren de voorkeur wanneer u hoge prestaties en een hoge snelheid nodig hebt met meer controle over de functionaliteit. Bovendien hebt u een BLDC nodig wanneer u een DC-motor wilt gebruiken in een geluidsgevoelige toepassing. De levensduur van BLDC-motoren is veel langer dan die van borstelmotoren en uw investering gaat langer mee.

Samenvatting

Hoewel de keuze van motoren afhangt van verschillende factoren en u alle belangrijke verschillen hebt geleerd, is er nog steeds ruimte voor het gebruik van borstelmotoren, zelfs nu de beschikbaarheid en de bijbehorende kosten van BLDC-motoren zijn afgenomen. U moet alle factoren voor zowel borstel- als BLDC-motoren overwegen voordat u een van deze motoren voor uw toepassing kiest.