Почему в электроинструментах (таких как ручные дрели, угловые шлифовальные машины и т. д.) обычно используются щеточные двигатели вместо бесщеточных? Если вы хотите понять, это действительно неясно в одном или двух предложениях.
Двигатели постоянного тока делятся на щеточные и бесщеточные. Упомянутая здесь «щетка» относится к угольным щеткам. Как выглядит угольная щетка?
Зачем двигателям постоянного тока нужны угольные щетки? В чем разница между наличием угольных щеток и отсутствием угольных щеток? Давайте двигаться дальше!
Принцип щеточного двигателя постоянного тока
Как показано на рисунке 1, это схема структурной модели коллекторного двигателя постоянного тока. Два закрепленных разнополых магнита, посередине размещена катушка, а два конца катушки соответственно соединены с двумя полукруглыми медными кольцами. Два конца медного кольца соприкасаются с неподвижными угольными щетками, а затем два конца угольных щеток соответственно подключаются к источнику питания постоянного тока.
После подключения к источнику питания ток показан стрелкой на рисунке 1. Согласно правилу левой руки на желтую катушку действует направленная вертикально вверх электромагнитная сила; на синюю катушку воздействует направленная вертикально вниз электромагнитная сила. Ротор двигателя начинает вращаться по часовой стрелке после поворота на 90 градусов, как показано на рисунке 2:
В это время угольная щетка находится как раз в зазоре между двумя медными кольцами, и весь контур катушки обесточен. Однако под действием инерции ротор все равно продолжает вращаться.
Когда ротор поворачивается в указанное выше положение под действием инерции, ток катушки показан на рисунке 3. Согласно правилу левой руки, синяя катушка подвергается вертикально направленной электромагнитной силе; на желтую катушку действует направленная вертикально вниз электромагнитная сила. Ротор двигателя продолжает вращаться по часовой стрелке после поворота на 90 градусов, как показано на рисунке 4:
В это время угольная щетка находится как раз в зазоре между двумя медными кольцами, и весь контур катушки обесточен. Однако под действием инерции ротор все равно продолжает вращаться. Затем повторите вышеуказанные шаги, и цикл продолжится.
Бесщеточный двигатель постоянного тока
Как показано на рисунке 5, это структурная схема модели бесщеточного двигателя постоянного тока. Он состоит из статора и ротора, в котором на роторе имеется пара магнитных полюсов; на статоре намотано много наборов катушек, и на рисунке 6 наборов катушек.
Когда мы пропускаем ток к катушкам статора 2 и 5, катушки 2 и 5 будут генерировать магнитное поле, а статор эквивалентен стержневому магниту, где 2 — южный (южный) полюс, а 5 — северный (северный) полюс. полюс. Поскольку магнитные полюса одного пола притягиваются друг к другу, полюс N ротора повернется в положение катушки 2, а полюс S ротора повернется в положение катушки 5, как показано на рисунке 6.
Затем снимаем ток катушки статора 2,5, а затем пропускаем ток на катушку статора 3,6. В это время катушки 3 и 6 будут генерировать магнитное поле, а статор эквивалентен стержневому магниту, в котором 3 — южный (южный) полюс, а 6 — северный (северный) полюс. Поскольку магнитные полюса одного пола притягиваются друг к другу, полюс N ротора повернется к положению катушки 3, а полюс S ротора повернется к положению катушки 6, как показано на рисунке 7.
Таким же образом снимают ток катушек статора 3 и 6, а затем током питают катушки статора 4 и 1. В это время катушки 4 и 1 будут генерировать магнитное поле, а статор эквивалентен стержневому магниту, где 4 — южный (южный) полюс, а 1 — северный (северный) полюс. Поскольку противоположные магнитные полюса притягиваются друг к другу, полюс N ротора повернется в положение катушки 4, а полюс S ротора повернется в положение катушки 1.
До сих пор двигатель вращался на пол-оборота... второй полукруг такой же, как и предыдущий принцип, поэтому я не буду повторять его здесь. Мы можем просто понять бесщеточный двигатель постоянного тока как ловлю морковки перед ослом, так что осел всегда будет двигаться к морковке.
Итак, как мы можем подавать точные токи на разные катушки в разное время? Для этого нужна схема коммутации тока... Я не буду здесь вдаваться в подробности.
Сравнение преимуществ и недостатков
Коллекторный двигатель постоянного тока: быстрый запуск, своевременное торможение, плавная регулировка скорости, простое управление, простая конструкция и низкая цена. Суть дешевая! низкая цена! низкая цена! При этом он имеет большой пусковой ток, большой крутящий момент (силу вращения) на малых скоростях и может нести большую нагрузку.
Однако из-за трения между угольной щеткой и коллектором щеточный двигатель постоянного тока подвержен искрам, нагреву, шуму, электромагнитным помехам во внешней среде, имеет низкий КПД и короткий срок службы. Поскольку угольные щетки являются расходными материалами, они могут выйти из строя и должны быть заменены через некоторое время.
Бесщеточный двигатель постоянного тока: поскольку в бесщеточном двигателе постоянного тока отсутствует угольная щетка, он имеет низкий уровень шума, не требует обслуживания, низкий уровень отказов, длительный срок службы, а время работы и напряжение относительно стабильны, а помехи для радиооборудования малы. Но это дорого! Дорогой! Дорогой!
Электрические инструменты очень часто используются в повседневной жизни. Существует множество типов брендов и жесткая конкуренция. Все очень чувствительны к цене. Кроме того, электроинструменты должны выдерживать большую нагрузку и иметь большой пусковой крутящий момент, например, электрические ручные дрели и ударные дрели. В противном случае при сверлении двигатель просто не сможет работать из-за заклинивания сверла.
Только представьте, коллекторный двигатель постоянного тока дешев, имеет большой пусковой момент и может выдерживать большие нагрузки; хотя бесщеточный двигатель имеет низкую частоту отказов и долгий срок службы, он дорог, а его пусковой крутящий момент намного уступает щеточному двигателю. Если бы вы могли выбирать, как бы вы выбрали? Думаю, ответ очевиден.
