Электродвигатели постоянного тока являются важными компонентами в различном оборудовании, используемом в промышленных приложениях. Они в основном бывают двух видов: DC Brushed Motors и DC Brushless Motors (BLDC). В зависимости от их применения, различные предприятия выбирают один из этих двигателей. Изучение различий между ними помогает предприятиям и техникам найти и выбрать лучший.

Важность понимания ключевого различия между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока

Точно так же, как вы не можете использовать двигатель переменного тока там, где требуется контроль над оборотами и крутящим моментом, вы не можете использовать щеточный двигатель постоянного тока там, где бесщеточный двигатель постоянного тока может дать более эффективный выход. Оба двигателя, хотя и работают на постоянном токе, но имеют различные ключевые различия, которые делают их подходящими для разных применений.

Оба этих двигателя имеют свои плюсы и минусы. В зависимости от их преимуществ и недостатков вы можете выбрать правильный после анализа того, где вы собираетесь его использовать. Именно требования к применению помогут вам решить, подойдет ли вам двигатель Brushed DC или BLDC.

Ключевое отличие от того, где были назначены названия обоих двигателей, основано на коммутаторах. Щеточные двигатели постоянного тока обычно имеют угольные щетки, которые используются в качестве коммутаторов. В двигателях BLDC коммутаторы электронные, а не механические, как в щеточных двигателях.

В этой статье вы узнаете основные различия между этими двумя двигателями. Это изучение поможет вам выбрать лучший из них, чтобы сделать вашу работу более контролируемой, плавной и эффективной.

Коллекторные двигатели постоянного тока

Все механические машины построены путем комбинации различных механических частей. То же самое касается щеточных и бесщеточных двигателей постоянного тока. Когда рассматривается конструкция щеточных двигателей, вы можете использовать обмотку катушек проводов вокруг железного сердечника для создания магнитного поля. Эти катушки вращаются свободно, и это приводит в движение вал двигателя. Весь этот набор называется «ротор». Вы также можете найти некоторые бессердечниковые щеточные двигатели постоянного тока. Когда сердечник отсутствует, обмотка является самоподдерживающейся, поскольку сердечник используется для поддержки обмоток.

Ротор — это вращающийся компонент, а неподвижная часть называется статором. Состояние удерживает постоянные магниты внутри себя. Это сохраняет постоянное статическое магнитное поле нетронутым и удерживает ротор внутри него.

Третий основной компонент — коммутатор. Крутящий момент создается вращением спина. Для создания магнитного поля в роторе необходим ток. Коммутатор закреплен между щетками, которые закреплены вокруг него на статоре. Коммутатор работает как переключатель и постоянно переключает различные обмотки для включения и выключения, что поддерживает постоянное вращение ротора.

Вращение щеточного двигателя происходит при подаче постоянного тока, который создает магнитное поле в роторе, которое отталкивает фиксированное магнитное поле статора, и это вызывает вращение вала. Кроме того, использование H-моста помогает контролировать скорость, крутящий момент, приложенное напряжение и, что самое важное, направление вращения.

Бесщеточные двигатели постоянного тока

Хотя принцип работы бесщеточных двигателей постоянного тока такой же, как и у щеточных двигателей постоянного тока, это принцип отталкивания и притяжения магнитного поля между ротором и статором. Но их конструкция отличается. Это отличает BLDC от щеточных двигателей.

Конструкция ротора и статора противоположна конструкции быстрых двигателей. Ротор в BLDC имеет постоянный магнит, а статор имеет обмотки, противоположные щеточным двигателям. Таким образом, коммутатор здесь в BLDC электрический, а не механический, как в щеточных двигателях.

Другое отличие в конструкции — количество фаз. Фазы на самом деле являются обмотками статоров. Количество обмоток равно количеству фаз в BLDC-двигателе. Хотя ограничений на количество фаз нет, обычно при разработке BLDC-двигателей используются 3 фазы. Эти 3 фазы выровнены по схеме «треугольник» или «звезда».

Кроме того, еще одним отличием является количество магнитных полюсов, присутствующих на магните ротора в BLDC-двигателе. Обычно на роторе есть как минимум два полюса, как южный и северный полюса. При необходимости их может быть больше. Необходимость и функция будут обсуждаться в разделе применения обоих двигателей.

Еще одним очень важным отличием является использование в двигателях BLDC сложной электроники по сравнению с коллекторными двигателями, такой как датчик Холла и 3 Н-вентиля для каждой фазы.

Основные различия между щеточными и бесщеточными двигателями постоянного тока

До сих пор вы узнали, почему важно знать разницу между обоими двигателями, а также основы принципов конструкции как щеточных, так и BLDC двигателей. Теперь вы узнаете ключевые различия, основанные на преимуществах и недостатках обоих типов.

Разница в скорости и ускорении

Из-за большего веса в щеточных двигателях скорость и ускорение ниже. Дальнейшее снижение скорости обусловлено наличием щеток и механического коммутатора. Это относит щеточные двигатели к категории среднескоростных двигателей. Коммутатор крепится механически через щетку.

Когда высокая скорость в намерении, контакт между щетками и коммутатором будет вести себя неустойчиво, следовательно, скорость снизится. Другая причина меньшей скорости - использование шихтованного железного сердечника в центре, и из-за большой инерции скорости низкие.

С другой стороны, в двигателях BLDC отсутствуют механические коммутаторы, поэтому теоретически нет сопротивления по сравнению с их аналогом. Это дает преимущество двигателям BLDC в плане очень высоких скоростей и функциональной точности. Таким образом, скорости в BLDC выше, чем у щеточных двигателей, но и стоимость выше.

Электрический и акустический шум

Из-за наличия механических щеток и коммутаторов щеточные двигатели производят больше электрического шума, чем двигатели BLDC. Хотя использование конденсатора может уменьшить шум, его нельзя устранить 100%. С другой стороны, в двигателях BLDC такие компоненты отсутствуют, что делает их очень тихими для использования в чувствительных к шуму приложениях.

Обслуживание

На данный момент вы узнали много о щетках и коммутаторах. Оба являются механическими компонентами и постоянно трутся друг о друга. Это приводит к постоянному износу и поломке как щеток, так и коммутатора, что требует частой замены. Следовательно, стоимость обслуживания высока и требуется время от времени.

С другой стороны, двигатели BLDC не имеют подобных компонентов, что делает их не требующими обслуживания двигателями.

Крутящий момент пульсации

Это механическое явление, которое названо в честь механических вибраций в двигателях. Из-за большего количества механических компонентов в щеточных двигателях пульсация крутящего момента выше, поэтому вибрации чаще возникают на высокой скорости в щеточных двигателях постоянного тока по сравнению с BLDC.

Продолжительность жизни

Жизненный цикл BLDC выше, чем у щеточных двигателей, из-за наличия в конструкции меньшего количества механических компонентов. Из-за большого механического износа для щеточных двигателей наступает время, когда они больше не могут работать.

Расходы

Наконец, сопутствующая стоимость щеточного двигателя намного меньше, чем у двигателя BLDC. Это связано с его простой конструкцией и продуманным дизайном. Хотя некоторые компоненты отсутствуют в BLDC из-за наличия сложной электроники, они дороже щеточных двигателей.

Факторы, которые следует учитывать перед выбором двигателя постоянного тока

Итак, на данный момент у вас есть полное представление о типах щеточных и бесщеточных двигателей постоянного тока. Чтобы узнать, какой из них лучше всего подойдет для вашего применения. Вам нужно будет оценить требования.

Если вам нужен двигатель постоянного тока для простых применений, то подойдут щеточные двигатели. Эти двигатели дешевы и легкодоступны. В зависимости от управления, скорости, требуемого крутящего момента и стоимости вы можете выбрать щеточный двигатель. Имейте в виду, что срок службы этих двигателей меньше, чем у двигателей BLDC.

С другой стороны. Двигатели BLDC предпочтительны, когда вам нужна высокая производительность и высокая скорость с большим контролем над функциональностью. Более того, когда вы хотите использовать двигатель постоянного тока в чувствительном к шуму приложении, вам понадобится BLDC. Срок службы BLDC намного выше, чем у щеточных двигателей, и ваши инвестиции прослужат вам дольше.

Краткое содержание

Хотя выбор двигателей зависит от различных факторов и, как вы узнали, все основные различия. Возможности использования щеточных двигателей все еще существуют, даже когда доступность и сопутствующие расходы на двигатели BLDC снизились. Вам необходимо учесть все факторы как для щеточных, так и для BLDC двигателей, прежде чем выбирать любой из них для вашего применения.