Dlaczego elektronarzędzia (takie jak wiertarki ręczne, szlifierki kątowe itp.) generalnie używają silników szczotkowych zamiast silników bezszczotkowych? Jeśli chcesz zrozumieć, to naprawdę nie jest jasne w jednym lub dwóch zdaniach.
Silniki prądu stałego dzielą się na silniki szczotkowe i silniki bezszczotkowe. Wspomniana tutaj „szczotka” odnosi się do szczotek węglowych. Jak wygląda szczotka węglowa?
Dlaczego silniki prądu stałego potrzebują szczotek węglowych? Jaka jest różnica między posiadaniem szczotek węglowych a brakiem szczotek węglowych? Przejdźmy dalej!
Zasada silnika szczotkowego prądu stałego
Jak pokazano na rysunku 1, jest to schemat modelu strukturalnego silnika szczotkowego prądu stałego. Dwa stałe heteroseksualne magnesy, cewka jest umieszczona pośrodku, a dwa końce cewki są odpowiednio połączone z dwoma półokrągłymi miedzianymi pierścieniami. Dwa końce miedzianego pierścienia stykają się ze stałymi szczotkami węglowymi, a następnie dwa końce szczotek węglowych są odpowiednio podłączone do zasilania prądem stałym.
Po podłączeniu do zasilania prąd pokazuje strzałka na rysunku 1. Zgodnie z regułą lewej ręki na żółtą cewkę działa siła elektromagnetyczna skierowana pionowo w górę; niebieska cewka jest poddawana działaniu siły elektromagnetycznej skierowanej pionowo w dół. Wirnik silnika zaczyna obracać się zgodnie z ruchem wskazówek zegara po obrocie o 90 stopni, jak pokazano na rysunku 2:
W tym momencie szczotka węglowa znajduje się właśnie w szczelinie między dwoma miedzianymi pierścieniami, a cała pętla cewki nie ma prądu. Jednak pod działaniem bezwładności wirnik nadal się obraca.
Kiedy wirnik obraca się do powyższego położenia pod działaniem bezwładności, prąd cewki pokazano na rysunku 3. Zgodnie z regułą lewej ręki, niebieska cewka jest poddawana działaniu siły elektromagnetycznej skierowanej pionowo w górę; żółta cewka jest poddawana działaniu siły elektromagnetycznej skierowanej pionowo w dół. Wirnik silnika nadal obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara po obróceniu o 90 stopni, jak pokazano na rysunku 4:
W tym momencie szczotka węglowa znajduje się właśnie w szczelinie między dwoma miedzianymi pierścieniami, a cała pętla cewki nie ma prądu. Jednak pod działaniem bezwładności wirnik nadal się obraca. Następnie powtórz powyższe kroki, a cykl będzie kontynuowany.
Bezszczotkowy silnik prądu stałego
Jak pokazano na rysunku 5, jest to schemat modelu strukturalnego bezszczotkowego silnika prądu stałego. Składa się ze stojana i wirnika, w którym na wirniku znajduje się para biegunów magnetycznych; istnieje wiele zestawów cewek nawiniętych na stojanie, a na rysunku jest 6 zestawów cewek.
Kiedy przekażemy prąd do cewek stojana 2 i 5, cewki 2 i 5 wygenerują pole magnetyczne, a stojan jest odpowiednikiem magnesu sztabkowego, gdzie 2 to biegun S (południowy), a 5 to biegun N (północny) Polak. Ponieważ bieguny magnetyczne tej samej płci przyciągają się, biegun N wirnika obróci się do położenia cewki 2, a biegun S wirnika obróci się do położenia cewki 5, jak pokazano na rysunku 6.
Następnie usuwamy prąd cewki stojana 2,5, a następnie przekazujemy prąd do cewki stojana 3,6. W tym czasie cewki 3 i 6 będą generować pole magnetyczne, a stojan jest odpowiednikiem magnesu sztabkowego, w którym 3 to biegun S (południowy), a 6 to biegun N (północny). Ponieważ bieguny magnetyczne tej samej płci przyciągają się, biegun N wirnika obróci się do położenia cewki 3, a biegun S wirnika obróci się do położenia cewki 6, jak pokazano na rysunku 7.
W ten sam sposób prąd cewek stojana 3 i 6 jest usuwany, a następnie cewki stojana 4 i 1 są zasilane prądem. W tym czasie cewki 4 i 1 będą generować pole magnetyczne, a stojan jest odpowiednikiem magnesu sztabkowego, gdzie 4 to biegun S (południowy), a 1 to biegun N (północny). Ponieważ przeciwne bieguny magnetyczne przyciągają się, biegun N wirnika obróci się do położenia cewki 4, a biegun S wirnika obróci się do położenia cewki 1.
Póki co silnik obrócił się o pół okręgu... drugie półokręg jest taki sam jak poprzednia zasada, więc nie będę tego tutaj powtarzał. Bezszczotkowy silnik prądu stałego możemy po prostu rozumieć jako łowienie marchewki przed osłem, tak aby osioł zawsze poruszał się w kierunku marchewki.
Jak więc możemy dostarczać dokładne prądy do różnych cewek w różnych momentach? Wymaga to obwodu komutacyjnego prądu... Nie będę tu wchodził w szczegóły.
Porównanie zalet i wad
Szczotkowany silnik prądu stałego: szybki start, szybkie hamowanie, płynna regulacja prędkości, prosta kontrola, prosta konstrukcja i niska cena. Punkt jest tani! niska cena! niska cena! Ponadto ma duży prąd rozruchowy, duży moment obrotowy (siła obrotowa) przy niskich prędkościach i może przenosić duże obciążenia.
Jednak ze względu na tarcie między szczotką węglową a komutatorem, szczotkowany silnik prądu stałego jest podatny na iskry, ciepło, hałas, zakłócenia elektromagnetyczne w środowisku zewnętrznym oraz ma niską wydajność i krótką żywotność. Ponieważ szczotki węglowe są materiałami eksploatacyjnymi, są podatne na awarie i po pewnym czasie wymagają wymiany.
Bezszczotkowy silnik prądu stałego: ponieważ bezszczotkowy silnik prądu stałego eliminuje szczotkę węglową, ma niski poziom hałasu, brak konserwacji, niski wskaźnik awaryjności, długą żywotność, a czas pracy i napięcie są stosunkowo stabilne, a zakłócenia sprzętu radiowego są niewielkie. Ale to jest drogie! Drogi! Drogi!
Narzędzia elektryczne są bardzo często używanymi narzędziami w życiu codziennym. Istnieje wiele rodzajów marek i ostra konkurencja. Wszyscy są bardzo wrażliwi na cenę. Ponadto narzędzia elektryczne muszą przenosić duże obciążenia i muszą mieć duży moment rozruchowy, takie jak elektryczne wiertarki ręczne i wiertarki udarowe. W przeciwnym razie podczas wiercenia silnik nie będzie mógł pracować, ponieważ wiertło utknie.
Wyobraź sobie, że szczotkowany silnik prądu stałego jest tani, ma duży moment rozruchowy i może przenosić duże obciążenia; chociaż silnik bezszczotkowy ma niski wskaźnik awaryjności i długą żywotność, jest drogi, a jego moment rozruchowy jest znacznie gorszy od silnika szczotkowego. Gdybyś mógł wybrać, jak byś wybrał? Myślę, że odpowiedź jest oczywista.
