Kartáčované a bezuhlíkové motory: Aký je rozdiel a čo je najlepšie?

Kartáčované a bezuhlíkové motory: Aký je rozdiel a čo je najlepšie?

Jednosmerné elektromotory sú niektoré z najdôležitejších vynálezov, na ktoré sa moderný svet veľmi spolieha. Tieto motory sa používajú v domácich spotrebičoch, elektrickom náradí, dronoch, chladiacich systémoch PC, robotike a elektrických vozidlách.





Dva z najbežnejších dnes používaných elektromotorov na jednosmerný prúd sú jednosmerné motory s kefou a bezkartáčové. Oba motory majú rovnakú základnú myšlienku použitia elektromagnetizmu na zabezpečenie mechanických rotácií. Ale s rôznymi koncepciami dizajnu, kartáčované a bezkomutátorové motory musia mať svoje rozdiely vo výkone, nákladoch a údržbe.





VYUŽITIE VIDEA DŇA

Aký dizajn motora je teda lepší – kartáčovaný alebo bezkartáčový?





Ako funguje jednosmerný elektromotor?

Elektromotory premieňajú elektrinu na mechanickú energiu. Robia to tak, že umožňujú prechod elektriny cez medené vinutia, čím sa vytvára elektromagnetické pole, ktoré vybudí permanentné magnety vo vnútri motora, čo spôsobí pohyb rotora a produkciu mechanickej energie.

Hoci kefované aj bezkomutátorové motory majú rovnaký cieľ premeny elektriny na mechanickú energiu, ich dizajn je odlišný. Aby sme pochopili ich rozdiel, povedzme si o dizajne motora, počnúc kartáčovaným motorom.



ako preniesť kód Product Key systému Windows 10

Kartáčovaný dizajn motora

  Ilustrácia kartáčovaného motora

Kartáčované motory sa vyrábajú už viac ako storočie. Je známe, že majú zjednodušený dizajn využívajúci pár uhlíkových kefiek na dodávanie energie do motora. Kartáčované motory budú mať vždy štyri hlavné časti, a to:

  • Stator: Stacionárna časť motora. Obsahuje permanentné magnety, vďaka ktorým sa rotor pohybuje.
  • Rotor: Rotujúca časť motora. Obsahuje medenú cievku, ktorá po napájaní robí medenú cievku elektromagnetickou.
  • Komutátor: Kovový krúžok, ktorý zaisťuje, že rotor sa neustále otáča obrátením polarity pre každú polovicu otáčky rotora.
  • Štetce: Stacionárna časť vyrobená z uhlíka priamo spojená so svorkami zdroja energie. Prenášajú energiu do kruhu komutátora, ktorý potom aktivuje rotor.

Kartáčovaný motor používa kefy na elektrické napájanie motora, pričom umožňuje otáčanie rotora aj komutátora. Rotor sa skladá z medených vinutí, ktoré sa po napájaní v podstate stávajú elektromagnetom.





Čo sa teda stane, ak sa dva magnety priblížia k sebe?

No, v závislosti od zarovnania magnetických pólov sa budú navzájom priťahovať alebo odpudzovať. Cieľom brúseného motora je využiť príťažlivosť a odpudivosť na otáčanie motora. Tu je komutátor užitočný.





Komutátor je kovový krúžok v strede rotora, ktorý prepína magnetický pól rotora každých 180 stupňov. To účinne zaisťuje, že magnetický pól rotora je vždy zarovnaný s rovnakým magnetickým pólom statora, čo spôsobuje odpudzovanie.

Výsledok? Nepretržitý mechanické rotácie majú dostatočnú silu na napájanie vášho mixéra (alebo čohokoľvek, čo používa kartáčovaný motor).

Dizajn bezkartáčového motora

  Brushless-Motor-Ilustration

Bezkomutátorové motory začali získavať na popularite v 80. rokoch, keď sa tranzistory stali bežnejšími v elektronike. Mať ľahko dostupné pevné zložky zohral veľkú úlohu pri výrobe bezkomutátorových motorov použiteľných pre elektrické náradie, domáce spotrebiče a elektroniku. Ich komplexný, ale efektívny dizajn dáva bezkomutátorovým motorom väčší krútiaci moment ako ich kefované náprotivky.

Konštrukcia bezkomutátorového motora využíva niekoľko základných častí. Zahŕňali by:

  • Stator: Stacionárna časť motora. Obsahuje niekoľko medených cievok, ktoré sa po napájaní stanú aktívnym magnetom.
  • Rotor: Rotujúca časť motora. Obsahuje permanentné magnety, ktoré sa otáčajú v dôsledku elektromagnetického poľa medzi statorom a rotorom.
  • Senzor Hallovho efektu: Senzor, ktorý zisťuje, ktoré cievky sú pod napätím a ktoré nie.
  • Riadiaci obvod: Elektronický obvod určený na rozhodovanie, ktoré cievky vo vnútri statora sa majú napájať.

Ako už názov napovedá, bezkomutátorové motory nepoužívajú na napájanie motora kefy. Bezkomutátorové motory tiež nemajú komutátory s prúdom. Namiesto toho používa Hallov senzor a riadiaci obvod, aby sa zabezpečilo, že protiľahlé magnetické póly statora a rotora budú vždy zarovnané. Ďalšia vec, ktorú nájdete odlišnú, je, že stator obsahuje medené vinutia, zatiaľ čo rotor obsahuje permanentné magnety.

Prečo moja aplikácia YouTube nefunguje

Bezuhlíkový motor v zásade funguje rovnako ako kartáčovaný motor: využíva rozdiely v magnetických póloch na pohyb rotora, čím sa vytvára rotácia a krútiaci moment.

Ale bez kief a komutátorov, ako môžu medené vinutia získať energiu?

Jednoduché, medené vinutia urobíte stacionárne. So stacionárnymi medenými vinutiami už nie sú potrebné kefy, pretože cievky môžete napájať priamo cez drôty.

Čo sa týka komutátorov, bezkomutátorový motor využíva Hallov senzor a riadiaci obvod. Hallov snímač je plochý kruhový snímač umiestnený vedľa medených vinutí statora. Pretože stator obsahuje niekoľko cievok, Hallov senzor dokáže zistiť, či je jedna z týchto cievok pod napätím alebo nie.

  Ilustrácia magnetického poľa bezkomutátorového motora
Ilustrácia Jayrica Maninga -- Nevyžaduje sa žiadne uvedenie zdroja
Vyrobené pomocou aplikácie Sketchup

Senzor potom odovzdá údaje riadiacemu obvodu a rozhodne, ktoré cievky sa majú napájať. Takže ak sa permanentné magnety rotora dostanú do blízkosti priťahujúcich magnetických pólov, riadiaci obvod prestane napájať tieto cievky a nabudí ďalšiu cievku, ktorá priťahuje permanentné magnety rotora. Riadiaci obvod bude tiež napájať cievky pred permanentnými magnetmi, čo spôsobí odpudzovanie a pridá ešte väčší krútiaci moment do rotácie.

Výhody a nevýhody kartáčovaných a bezuhlíkových motorov

S rozdielmi v dizajne motora budú mať kefové aj bezkomutátorové motory klady a zápory. Tu je tabuľka, ktorá vám pomôže pochopiť ich silné a slabé stránky:

čo môže niekto robiť s vašou sim kartou
Dĺžka života Krátky Dlhé
Zrýchlenie Stredná Vysoká
Efektívnosť Stredná Vysoká
Krútiaci moment Stredná Vysoká
Akustika Hlučný Ticho
náklady Lacné Drahé (s riadiacim obvodom)

Mali by ste si kúpiť hardvér s kartáčovaným alebo bezuhlíkovým motorom?

  Otázniky na ulici
Kredit za obrázok: Veronique Debord-Lazaro / Flickr

Ako môžete vidieť v tabuľke, bezkomutátorové motory sú vo všetkých smeroch lepšie (okrem nákladov) ako ich kartáčovaný náprotivok. Poskytujú vyšší krútiaci moment, rýchlejšie zrýchlenie otáčok, nižšiu hlučnosť a vyššiu účinnosť a sú odolnejšie.

Takže keď dostanete šancu kúpiť si nové elektrické náradie, kuchynský spotrebič, dron alebo čokoľvek, čo potrebuje motor, vo všeobecnosti je lepšou voľbou veci s bezkomutátorovým motorom.

Mali by byť teda brúsené motory zastarané?

No nie. Najmä preto, že bezkomutátorový motor (plus riadiaci obvod) bude stáť podstatne viac ako položka využívajúca kartáčovaný motor. A hoci je bezkomutátorový motor lepší ako jeho česaný náprotivok, neznamená to, že česaný motor je zlý. V skutočnosti je brúsený motor dosť dobrý. S kartáčovaným motorom môžete dosiahnuť rovnaké úlohy ako ľudia s bezkomutátorovým motorom.

Vo všeobecnosti sú bezkomutátorové motory ideálne motory vo vnútri vášho náradia a vybavenia. Existujú však aj situácie, kedy možno budete chcieť namiesto toho použiť kartáčované motory. Tieto situácie by zahŕňali:

  • Keď sa motor krátkodobo používa (napr. mixér, elektricky ovládané sedadlá a stierače čelného skla)
  • Keď sa nástroj/spotrebič stane užitočným len niekoľkokrát do roka
  • Keď úloha nevyžaduje veľký krútiaci moment (napr. hračky, vetracie otvory)
  • V extrémnych prevádzkových podmienkach. Kartáčované motory nepotrebujú senzory ani riadiace obvody, ktoré môžu v extrémnych poveternostných podmienkach zlyhať

Inteligentné nákupy

Teraz, keď ste pochopili rozdiel medzi kefovým a bezkomutátorovým motorom, dúfajme, že vám to uľahčí inteligentný nákup pri nákupe kuchynských spotrebičov, náradia a vybavenia. To by malo tiež vysvetliť, prečo sú niektoré položky drahšie ako ich náprotivky, aj keď pochádzajú od rovnakej značky, majú rovnaké vlastnosti a používajú rovnaký tvarový faktor. Pamätajte si, že to, že si môžete kúpiť prémiovú položku pomocou bezkomutátorového motora, nemusí vždy znamenať, že je to múdre kúpiť.