Про щітковий та безщітковий електромотори

Електромотор постійного струму - це електричний пристрій, який конвертує електричну енергію прямого струму в механічну. Практично всі електричні мотори прямого струму мають внутрішній механізм, або електромеханічний, або електричний, для періодичної зміни напрямку потоку струму. Двигуни постійного струму були першими, які почали широко використовуватися у світі. Швидкість електромоторів можна регулювати у великому діапазоні, використовуючи змінну напругу або змінюючи силу струму на обмотках.

Щітковий електромотор

Щітковий електромотор генерує крутний момент безпосередньо від поданого живлення на нього, використовуючи внутрішній комутатор, стаціонарні магніти (постійні або електромагнітні), і електромагніти, що обертаються.

Переваги щіткових моторів: низька ціна виробництва, висока надійність, і легке управління швидкістю.
Недоліки щіткових моторів: високі експлуатаційні витрати і малий термін служби при високій інтенсивності використання.

Обслуговування включає в себе регулярну заміну графітових щіток також, як і очищення або заміна комутатора. Ці компоненти важливі для передачі електроенергії на обмотку ротора.

Безщітковий електромотор

У типовому безщітковому електромоторі ротор виконаний у вигляді постійних магнітів, що обертаються навколо статора з електромагнітами. Контролер такого мотора конвертує постійний струм у змінний. Цей тип механічно простіший за щітковий, тому що виключає складність передачі електроенергії до обертового ротора мотора. Контролер мотора може відстежувати положення ротора за допомогою датчиків ефекту Холла і може дуже точно контролювати таймінги, фази тощо, струмом на обмотках ротора можна оптимізувати крутний момент, зберігати енергію, регулювати швидкість і навіть здійснювати певне гальмування.

Переваги безщіткових моторів: великий термін служби, відсутність потреби в обслуговуванні та висока ефективність.
Недоліки безщіткових моторів: висока вартість виробництва і складніший контролер швидкості.

Порівняння щіткового і безщіткового електромоторів

Щіткові електромотори були винайдені в 19-му столітті і дуже поширені. А можливість виробляти безщіткові мотори постійного струму з'явилася тільки з винаходом напівпровідників у 1960-х.

Про комутатор

У щіткових моторах цей вузол виконано у вигляді поворотного перемикача на валу мотора, який називається комутатор. Він складається з обертового циліндра, поділеного на n-ну кількість сегментів (контактів) на роторі. Ці сегменти з'єднані з обмотками електромагнітів ротора. Два або більше (здебільшого два) стаціонарних контакти, що називаються «щітки», зроблені з м'якого (порівняно з комутатором) провідника, здійснюють ковзний контакт із сегментами на комутаторі. Під час кожного півоберта комутатор змінює напрямок струму на обмотках ротора, і в такий спосіб магнітне поле створює крутний момент тільки в одному напрямку.

Основні недоліки комутатора:

- Ковзний контакт щіток з комутатором призводить до втрат енергії, що може бути значним недоліком. - Щітки зношуються через тертя, створюючи пил, з часом щітки мають бути замінені.
. - Опір ковзних контактів призводить до падіння напруги. - Повторювані різкі зміни потоків струму через індукцію обмоток призводять до іскріння контактів комутатора і створюють електричний "шум", що може призвести до електромагнітного втручання в найближчі електричні ланцюги.

Безщіткові електромотори були створені, щоб виключити ці недоліки.

Безщіткове рішення

Розробка напівпровідників в електроніці в 70-х роках дала змогу прибрати комутатор і щітки в електромоторах постійного струму. У безщіткових електромоторах електрична сервосистема замінює механічний комутаторний вузол. Електричні датчики визначають кут ротора і керують напівпровідниковими перемикачами, як-от транзистори, які вмикають струм через обмотки, а також переспрямовують струм (у деяких моторах просто відключають) у певний час кожні 180 градусів. Таким чином електромагніти створюють крутний момент в одному напрямку. Виключення ковзних контактів в електромоторах дало змогу позбутися вузлів, що механічно зношуються, і додати в терміні служби. Термін служби таких моторів обмежений тільки терміном служби їхніх підшипників.

Саме тому сучасні електропідсилювачі керма використовують безщіткові електромотори у своїй конструкції.