Ako fungujú kartáčové motory? Vysvetlenie komutátora, kefy a krivky krútiaceho momentu

Krátka odpoveď: Prúd cievky sa pri otáčaní obráti

A kartáčovaný motor má dve magnetické časti a jeden otočný spínač. Pole je stacionárne, vytvorené permanentnými magnetmi v kryte alebo samostatným budiacim vinutím. Pracovné cievky sú umiestnené v kotve, navinuté okolo železného jadra, ktoré je pripevnené k hriadeľu a voľne sa otáča.

Jednosmerný prúd sa dostáva do týchto cievok cez kefy. Každá kefa tlačí na komutátor, valec z izolovaných medených segmentov. Prúd vstupuje cez kladnú kefku, prechádza do segmentu pod ním, prechádza cez jednu cievku kotvy a odchádza cez opačný segment a kefu. Pretože táto cievka teraz prenáša prúd vo vnútri magnetického poľa, každá jej strana cíti silu v pravom uhle k poľu aj prúdu a tieto dve sily pôsobia na opačné strany hriadeľa. Kotva sa otáča.

Háčik je v tom, že cievka s pevným prúdom by sa zarovnala s poľom a zastavila by sa tam. Bráni tomu komutátor. Keď sa kotva otáča, každá kefa sa posúva z jedného segmentu do druhého, čím sa obráti prúd v tejto cievke, keď prechádza neutrálnou rovinou. Polarita cievky sa prevráti, takže sila tlačí rotor stále rovnakým smerom. Pre každú cievku sa toto obrátenie deje dvakrát za otáčku a časovanie je nastavené samotnou geometriou: šírkou segmentu, šírkou kefy a polohou kefy.

Čo každá časť robí a ktorý symptóm na ňu poukazuje

Keď je motor s kefou nedostatočný, chyba sa zvyčajne nachádza na jednom z piatich miest a každé zanecháva iný odtlačok prsta.

Na kontaktnej ploche záleží rovnako ako na samotných častiach. Tenký, rovnomerný, tmavý film na komutátore udržuje nízky oblúk; jasná suchá meď zvyčajne znamená, že druh kefy je príliš abrazívny alebo že motor beží príliš ľahko po dlhú dobu.

Prečo sa prúd obráti dvakrát za revolúciu

1. Napájací prúd vstupuje cez kladnú kefku do segmentu komutátora, ktorý sa jej dotýka.
2. Tento segment vedie prúd cez jednu cievku kotvy, ktorá sa stáva elektromagnetom so severným a južným koncom.
3. Jeho severný koniec je odpudzovaný severným pólom statora a priťahovaný k južnému pólu statora, takže sa kotva otáča.
4. V neutrálnej rovine kefka prechádza izolovanou medzerou medzi segmentmi a prúd do tejto cievky je krátko prerušený.
5. Nasledujúci segment prevezme riadenie a smer prúdu cez cievku je teraz obrátený.
6. Póly cievky sa vymenili, takže sila namiesto brzdenia hriadeľa tlačí v rovnakom smere otáčania.

Kartáčovaný motor je otočný spínač s magnetom priskrutkovaným okolo neho. Prach z kief, životnosť kefy, vysokofrekvenčný hluk a praktický strop rýchlosti – to všetko pochádza z tohto spínača, rovnako ako nízka cena.

Krok štyri je miesto, kam smeruje inžinierske úsilie. Počas krátkeho prerušenia sa indukčnosť cievky snaží udržať prúd v toku a táto energia musí niekam ísť: malý oblúk na čele kefy, trochu tepla alebo napäťový hrot, ktorý absorbuje odrušovací kondenzátor. Trieda kefy, tlak pružiny a rozstup segmentov sú zvolené tak, aby bol oblúk dostatočne malý, aby prežil tisíce hodín.

Rýchlosť, krútiaci moment a spätné EMF: Správne čítanie čísel

Rotujúca cievka vo vnútri magnetického poľa je tiež generátor. Napätie, ktoré vytvára, odporuje napájaniu a nazýva sa späť EMF a rastie s rýchlosťou. Aritmetika je ľahko viditeľná.

Vezmite 12 V kartáčovaný motor s odporom kotvy 1,2 ohmu. V okamihu, keď sa spínač zatvorí, rotor je nehybný, spätné EMF je nulové a vinutie môže odoberať asi 10 A. O zlomok sekundy neskôr, pri rýchlosti okolo 3 000 otáčok za minútu, môže spätné EMF vzrásť na približne 10,5 V, pričom zostáva len 1,5 V na odpore, alebo asi 1,25 A. Štartovací prúd a vybiehajúci prúd na každom štartovacom prúde sú rozdielne hodnoty.

• Rýchlosť voľnobehu sa meria bez ničoho na hriadeli; rýchlosť uvedená na stránke katalógu je zvyčajne hodnota pri menovitom zaťažení, ktoré je nižšie.
• Tolerancie sú skutočné. Okno plus-mínus 10 percent pri rýchlosti bez zaťaženia je normálne a posúva prúdenie vzduchu, odber prúdu a hluk v hotovom spotrebiči.
• Krútiaci moment pri zastavení je maximálnym číslom na niekoľko sekúnd. Je to užitočné na dimenzovanie poistky, nie na popis nepretržitej prevádzky.

Kde v dizajne spotrebičov stále víťazia kartáčované motory

Komutácia bez elektroniky prináša špecifický súbor výhod, ktoré sú stále dôležité v produktoch citlivých na náklady:

• Najnižšie jednotkové náklady na watt výkonu hriadeľa, najmä medzi 5 W a 150 W.
• Spoľahlivý rozbehový krútiaci moment; motor silno ťahá od nulových otáčok bez ovládača.
• Regulácia otáčok s jedným PWM stupňom, sériovým odporom alebo variabilným napájaním.
• Zmena smeru výmenou dvoch zvodov.
• Elegantné správanie, keď napätie batérie klesá.

Táto kombinácia uchováva brúsené motory v stolných chladiacich ventilátoroch, odparovacích chladičoch vzduchu, malých ohrievačoch ventilátorov, kuchynských digestoroch, vodných čerpadlách a dlhom zozname automobilového príslušenstva.

Výrobcovia zariadení, ktorí porovnávajú pohony na pohyb vzduchu, zvyčajne vyhodnotia oba typy pred uzamknutím dizajnu. Napríklad chladiče s nútenou konvekciou a stolné ventilátory majú teraz alternatívy DC, ktoré bežia s premenlivou rýchlosťou.

Opotrebenie kefy, teplo a elektrický hluk: Čestné kompromisy

Životnosť kefiek je prvou vecou, ktorú treba kvantifikovať, pretože určuje prísľub údržby, ktorý môžete dať. Malé uhlíkové kefky v motoroch pre spotrebiče bežne vydržia niekde medzi 500 a 2 000 prevádzkovými hodinami a rozsah je široký z dobrého dôvodu: motor, ktorý sa celý deň štartuje a zastavuje, sa opotrebováva rýchlejšie ako ten, ktorý beží nepretržite, pretože k veľkej strate kefiek dochádza pri štartovacom oblúku.

Teplo je druhým problémom. Straty vznikajú v medi, v žehličke a na čele kefy a rotor má najhoršiu cestu do vonkajšieho vzduchu. Skutočný limit nepretržitej prevádzky určuje trieda izolácie vinutia, nie teplota krytu. Elektrický šum je tretí: každý oblúk na čele kefy je malý širokopásmový vysielač, a preto sa kartáčované motory často dodávajú s už namontovanými odrušovacími kondenzátormi alebo tlmivkami.

Špecifikácia kartáčovaného motora: Praktický kontrolný zoznam kupujúceho

Dvaja dodávatelia môžu uvádzať „12 V, 3 000 otáčok za minútu“ a napriek tomu dodať motory, ktoré sa v tom istom zariadení správajú odlišne, pretože jeden údaj je uvádzaný pri voľnobehu a druhý pri špecifickom krútiacom momente. Požiadajte o bod zaťaženia písomne.

• Menovité napätie plus rozsah, ktorý aplikácia skutočne uvidí.
• Rýchlosť naprázdno a prúd naprázdno.
• Rýchlosť, krútiaci moment a prúd v zamýšľanom pracovnom bode.
• Krútiaci moment zastavenia s časovým limitom, ako dlho sa môže držať.
• Cieľová životnosť kefy v hodinách pri vašom skutočnom pracovnom cykle.
• Nepretržitá alebo prerušovaná prevádzka a očakávaný začiatok za hodinu.
• Trieda izolácie a maximálna teplota vinutia.
• Namontované komponenty tlmenia a emisná norma, ktorú spĺňajú.
• Priemer hriadeľa, dĺžka a tolerancia, plus vzor príruby a skrutky.
• Akustický hluk v dB(A) v bode zaťaženia v stanovenej vzdialenosti.
• Certifikácie požadované na cieľovom trhu.

Pomáha aj práca s a dodávateľ malých elektromotorov ktorý sa zostavuje podľa výkresu alebo vzorky namiesto zasielania iba katalógových položiek, pretože dva milimetre dĺžky hriadeľa alebo iná kvalita kefy sú často rozdielom medzi motorom, ktorý sa hodí, a tým, ktorý nie. Ako zostava komutátora a kefy sa správa pri skutočnom zaťažení, stojí za to si ho pred odhlásením výkresu prezrieť.

Kartáčovaný alebo bezkartáčový: Výber bez ľútosti

Rozhodnutie zvyčajne padne skôr na pracovný cyklus a požiadavky na kontrolu než na surový výkon.

Vetranie kuchyne jasne ukazuje posun: odsávače pár bežia dlho a nepravidelne a posudzujú sa podľa hluku pri nízkej rýchlosti, takže jednosmerné pohony s premenlivými otáčkami majú na tomto trhu stále väčší podiel.