Nara-auto.ru

Автосервис NARA
3 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Регулятор оборотов электродвигателя 220в без потери мощности

Регулятор оборотов электродвигателя 220в без потери мощности


Практически во всех бытовых приборах и электроинструментах используется коллекторныйдвигатель. В более новых моделях болгарок, шуруповертов, ручных фрезеров, пылесосов, миксеров и других присутствует регулировка оборотов двигателя, но в более поздних моделях такой функции нет. Такими инструментами и бытовыми приборами не всегда удобно работать, и поэтому существуют регуляторы оборотов с поддержанием мощности.

Виды двигателей и принцип работы

Двигатели делятся на три типа: коллекторный, асинхронный и бесколлекторный. В большинстве электроинструментов стоит первый тип. Этот электродвигатель имеет довольно компактный размер. Его мощность значительно выше, чем у асинхронного, а цена довольно низкая. Что касается асинхронных, то этот тип в основном используется в металлообрабатывающей отрасли, а также широкое распространение они получили в угледобывающих шахтах. Довольно редко их можно встретить в быту.

Бесколлекторный электродвигатель используется там, где нужны большие обороты, точное позиционирование и малые размеры. Например, в различной медицинской технике, авиамоделировании. Принцип работы довольно прост. Если рамку прямоугольной формы, которая имеет ось вращения, поместить между плюсами постоянного магнита, то она начнет вращаться. Направление зависит от направления тока в рамке. В составе этого типа присутствуют якорь и статор. Якорь вращается, а статор стоит неподвижно. Как правило, на якоре стоит не одна рамка, а 4,5 или более.

Асинхронный двигатель работает по другому принципу. Благодаря эффекту переменного магнитного поля в статорных катушках он приводится во вращение. Если углубиться в курс физики, то можно вспомнить, что вокруг проводника, через который проходит ток, создается своеобразное магнитное поле, заставляющее вращаться ротор.

Принцип работы бесколлекторного типа основан на включении обмоток так, чтобы магнитные поля статора и ротора были ортогональны друг другу, а вращающий момент регулируется специальным драйвером.

На рисунке отчетливо видно, что для перемещения ротора нужно выполнить необходимую коммутацию, но и регулировать обороты не представляется возможным. Тем не менее бесколлекторный двигатель может очень быстро набирать обороты.

Устройство коллекторного двигателя

Коллекторный электродвигатель состоит из статора и ротора. Ротором называется часть, которая

вращается, а статор является неподвижным. Еще одной составляющей электродвигателя являются графитовые щетки, по которым ток течет к якорю. В зависимости от комплектации могут присутствовать датчики Холла, которые дают возможность плавного запуска и регулировки оборотов. Чем выше подаваемое напряжение, тем выше обороты. Этот тип может работать как от переменного, так и от постоянного тока.

По классификации коллекторные двигатели можно разделить на те, что работают от переменного и от постоянного тока. Их также можно разделить по типу возбуждения обмотки: двигатели с параллельным, последовательным и смешанным (параллельно-последовательным) возбуждением.

Типы регулировки

Существует довольно много вариантов регулировки оборотов. Вот основные из них:

  • Блок питания с регулировкой выходного напряжения.
  • Заводские устройства регулировки, которые идут изначально с электромотором.
  • Регуляторы на кнопочном управлении и стандартные регуляторы, которые просто ограничивают напряжение.

Эти типы регулировки плохи тем, что с уменьшением или увеличением напряжения падает и мощность. В некоторых электроинструментах это допустимо, но, как показывает практика, в большинстве случаев это является неприемлемым из-за сильного падения мощности и, соответственно, КПД.

Наиболее приемлемым вариантом будет регулятор на основе симистора или тиристора. Мало того что такой регулятор не уменьшает мощность при уменьшении напряжения, он еще и позволяет осуществлять более плавный пуск и регулировку оборотов. К тому же такую схему можно сделать своими руками. Ниже изображен регулятор оборотов с поддержанием мощности. Схема собрана на базе симистора BTA 41 800 В.

Все номиналы электроэлементов обозначены на схеме. Это схема после сборки, работает довольно стабильно и обеспечивает плавную регулировку коллекторного двигателя. При уменьшении выходного напряжения мощность не уменьшается, что является весомым плюсом.

При желании можно собрать регулятор оборотов коллекторного двигателя 220 В своими руками. Эта схема собрана на базе симистора ВТА26−600, который предварительно необходимо установить на радиатор, так как при нагрузке этот элемент довольно сильно греется.

К готовой схеме возможно подключить электромотор, мощность которого не превышает 4 кВт.

Схема выглядит следующим образом.

Она успешно справится с регулировкой таких электроинструментов, как дрель, болгарка, циркулярка, лобзик. При желании можно использовать схему в качестве регулятора мощности ТЭН-ов, обогревателей и в качестве диммера. К минусам можно отнести невозможность регулировки мощности приборов, которые питаются от постоянного тока.

Устройство шуруповерта

Устройство шуруповерта
Устройство шуруповерта: 1 — регулятор оборотов с реверсом, 2 — электродвигатель, 3 — редуктор.
Устройство шуруповерта
Устройство шуруповерта: 1 — регулятор оборотов, 2 — реверс, 3 — транзистор регулятора оборотов прикрученный к радиатору, 4 — электродвигатель, 5 — редуктор.

Читайте так же:
Как отрегулировать зажигание на скутере suzuki

Двигатель постоянного тока выполнен в виде цилиндра, у которого внутри корпуса расположены по кругу постоянные магниты. Якорь двигателя располагается на втулках-опорах, изготовленных из латуни. Сам якорь изготавливается из электротехнической стали с высокой магнитной проницаемостью. В пазы якоря укладываются обмотки из изолированной медной проволоки. Через равное количество витков, обмотка имеет выход на коллекторные пластины. На вал якоря запрессовывается ведущая шестеренка (солнечная). Щетки двигателя прикасаются к коллекторным пластинам на «хвосте» якоря. Для надежного контакта, щетки подпружинены, при этом изолированы от корпуса двигателя. По схеме шуруповерта, напряжение подается только на щетки. Если изменить полярность подводимого к щеткам двигателя напряжения, то изменится и направление вращения.

Двигатель с солнечной шестерней (сверху) и планетарный редуктор (снизу)
Двигатель с солнечной шестерней (сверху) и планетарный редуктор (снизу)

Планетарный редуктор шуруповерта выполнен в отдельном корпусе. В состав редуктора входят следующие элементы: кольцевая шестерня, солнечная шестерня (запрессована на валу якоря), сателлиты и водило. Детали редуктора могут быть изготовлены как из пластмассы, так и из металла. Для более полного представления работы редуктора, необходимо уточнить расположение отдельных деталей.

Планетарный редуктор
Планетарный редуктор: 1 — кольцевая шестерня, 2 — сателлит, 3 — штифт водило.

Кольцевая шестерня представляет собой цилиндр, внутри которого по всей окружности расположены зубья, по которым движутся во время работы сателлиты. Сателлиты устанавливаются на штифты водило. Между сателлитами первого водило, заходит приводная шестерня двигателя (первая солнечная). Первое водило на противоположной стороне от сателлитов имеет приводную шестерню (вторую солнечную), которая при сборке заходит между сателлитами второго водила.

Второе водило с сателлитами
Второе водило с сателлитами

Если редуктор двухступенчатый, второе водило жестко связано с валом, на который крепиться патрон. Таким образом, получается своеобразный «бутерброд» из двух водил с сателлитами. Этот «бутерброд» находится внутри кольцевой шестерни.

Кольцевая шестерня жестко крепится в корпусе при помощи выступов на её торце или по бокам. Выступы упираются в выступающие шарики, подпружиненные упругим кольцом по всей окружности. Кольцо в свою очередь подпружинено пружиной механизма ограничения нагрузки. Усилие пружины может меняться в зависимости от положения регулятора нагрузки.

Выступы на торце кольцевой шестерни
Выступы на торце кольцевой шестерни
Шарики фиксирующие кольцевую шестерню
Шарики фиксирующие кольцевую шестерню

Работа редуктора выглядит следующим образом: солнечная шестерня двигателя вращает сателлиты по кругу кольцевой шестерни, соответственно водило вращается с меньшей скоростью, чем скорость двигателя. Первое водило передает крутящий момент через свою солнечную шестерню ко второй троице сателлитов, которые также вращаются по кругу кольцевой шестерни, значит обороты второго водило уменьшаются еще больше. Второе водило, как говорилось выше, соединено с валом патрона. Так происходит в двухступенчатом редукторе. Есть модели шуруповертов с трехступенчатыми редукторами, у них в редуктор вводится еще один планетарный механизм. В конце статьи есть видео показывающее работу планетарного редуктора.

Трехступенчатый планетарный редуктор шуруповерта
Трехступенчатый планетарный редуктор шуруповерта
Трехступенчатый планетарный редуктор шуруповерта
Трехступенчатый планетарный редуктор шуруповерта

Есть модели шуруповертов и с обычным редуктором.

Шуруповерт с обычным редуктором
Шуруповерт с обычным редуктором

Для удобства при производстве работ, некоторые шуруповерты имеют двухскоростные редукторы. Первая скорость предназначена для закручивания шурупов (0-450 об/мин и повышенный крутящий момент), а вторая для работ по сверлению отверстий (0-1400 об/мин).

При вращении патрона под нагрузкой наступает момент, когда для выполнения работы понадобится большее усилие, например последняя стадия закручивания шурупа, или когда необходимо усилие ограничить. В работу вступает регулятор нагрузки. Усилия пружины регулятора не хватает для удержания кольцевой шестерни и она «срывается» с шариков. Получается, что двигатель начинает вращать кольцевую шестерню, при этом слышны характерные щелчки, патрон же в это время останавливается. Для использования шуруповерта в режиме сверления, кольцевая шестерня блокируется и ее вращение исключается.

Регулятор оборотов собран на основе ШИМ-контроллера и ключевого N-канального полевого транзистора. Управляет работой регулятора переменный резистор, положение которого зависит от усилия нажатия на кнопку включения (курок).

Реверс сводится только к изменению полярности напряжения подаваемого на щетки двигателя. Для этого предусмотрены перекидные контакты, которые приводятся в действие рычажком реверса.

Аккумулятор. Для питания шуруповерта в корпус устанавливается малогабаритный аккумулятор. Аккумулятор для шуруповерта представляет собой набор небольших элементов заключенных в одном корпусе.

Устройство аккумулятора шуруповерта
Устройство аккумулятора шуруповерта

Диапазон питающих напряжений для разных марок шуруповертов составляет от 9 до 18 вольт. Чем больше напряжение питания, тем мощнее сам шуруповерт.

Видео демонстрирующее принцип работы планетарного редуктора:

Регулятор оборотов электродвигателя: назначение, принцип работы

В большинстве современных бытовых и промышленных приборов применяются электрические машины, совершающие какую-либо полезную работу. В качестве рабочего инструмента в них могут выступать самые разнообразные приспособления, которые необходимо вращать с различной скоростью. Для изменения этого параметра используется регулятор оборотов электродвигателя.

Читайте так же:
Регулировка оборотов с помощью vcds

Назначение

Технически регулятор оборотов электродвигателя предназначен для изменения количества вращения вала за единицу времени. На этапе разгона корректировка частоты обеспечивает более плавную процедуру, меньшие токи и т.д. В некоторых технологических процессах необходимо регулятор оборотов снижает скорость движения оборудования, изменение подачи или нагнетания сырья и т.д.

Однако на практике данная опция может преследовать и другие цели:

  • Экономия затрат электроэнергии – позволяет снизить потери в моменты пуска и остановки вращений мотора, переключения скоростей или регулировки тяговых характеристик. Особенно актуально для часто запускаемых электродвигателей, использующих кратковременные режимы работы.
  • Контроль температурного режима, величины давления без установки обратной связи с рабочим элементом или с таковой в асинхронных электродвигателях.
  • Плавный пуск – предотвращает бросок тока в момент включения, особенно актуально для асинхронных моторов с большой нагрузкой на валу. Приводит к существенному сокращению токовых нагрузок на сеть и исключает ложные срабатывания защитной аппаратуры.
  • Поддержание оборотов трехфазных электродвигателей на требуемой отметке. Актуально для точных технологических операций, где из-за колебаний питающего напряжения может нарушиться качество производства или на валу возникает разное усилие.
  • Регулировка скорости оборотов электродвигателя от 0 до максимума или от другой базовой скорости.
  • Обеспечения достаточного момента на низких частотах вращения электрической машины.

Возможность реализации тех или иных функций у регуляторов оборотов определяет как принцип их действия, так и схематическое исполнение.

Принцип работы

Для регулировки оборотов может использоваться способ понижения или повышения напряжения, изменение силы тока и частоты, подаваемых в обмотки асинхронных и коллекторных электродвигателей. Поэтому далее рассмотрим варианты частотных преобразователей и регуляторов напряжения.

Среди используемых в промышленной и бытовой сфере следует выделить:

  • Введение рабочего сопротивления – реализуется при помощи переменных резисторов, делителей и прочих преобразователей. Хорошо обеспечивает снижение в однофазных двигателях за счет контроля скольжения (разницы между магнитным полем статора и скоростью вращения асинхронных агрегатов). Для этого устанавливаются электродвигатели большей мощности, чтобы на них можно было подавать меньшее напряжение. Соотношение по скорости оборотов будет составлять до 2 раз в сторону уменьшения.
  • Автотрансформаторный – выполняется путем перемещения подвижного контакта по обмотке, что снижает или увеличивает скорость вращения электродвигателя. Преимущество такого принципа заключается в четкой синусоиде переменного тока и большой перегрузочной способности.
  • Тиристорный или симисторный – изменяет величину питающего напряжения посредством пары встречно включенных тиристоров или совместного включения с симистором. Этот способ применим не только в асинхронных двигателях, но и других бытовых приборах – диммерах, переключателях и т.д.

Как видите на схеме, подаваемое на тот же асинхронный однофазный электродвигатель напряжение, проходит через переменный резистор R1 на тиристор D1 и на управляющий электрод симистора T1. Перемещая ручку тиристорного регулятора R1 изменяем и скорость вращения однофазного электродвигателя.

  • Транзисторный – позволяет изменять форму подаваемого напряжения за счет преобразования числа импульсов и временной паузы между подаваемым напряжением. Благодаря чему получил название широтно-импульсной модуляции, пример такого регулятора приведена на схеме ниже.

Здесь питание однофазного асинхронного двигателя производится от линии 220В через выпрямительный блок VD1-4, далее напряжение поступает на эмиттер и коллектор транзисторов VT1 и VT2. Подавая управляющий сигнал на базы этих транзисторов, и регулируют обороты мотора.

  • Частотный – преобразует частоту подаваемого напряжения на обмотки однофазного или трехфазного асинхронного электродвигателя. Это наиболее современный способ, ранее он относился к дорогостоящим, но с появлением дешевых высоковольтных полупроводников и микроконтроллеров перешел в разряд наиболее эффективных. Может реализовываться с помощью транзисторов, микросхем или микроконтроллеров, способных уменьшать или увеличивать частоту ШИМ.
  • Полюсный – позволяет регулировать частоту вращения электродвигателя при переключении количества катушек в фазных обмотках, в результате чего изменяется направление и величина тока, протекающего в каждой из них. Реализуется как за счет намотки нескольких катушек для каждой из фаз, так и одновременным последовательным или параллельным соединением катушек, такой принцип приведен на рисунке ниже.

Как выбрать?

Конкретная модель регулятора оборотов должна подбираться в соответствии с типом подключаемой электрической машины – коллекторный двигатель, трехфазный или однофазный электродвигатель. В соответствии с чем и подбирается определенный преобразователь частоты вращения.

Помимо этого для регулятора оборотов необходимо выбрать:

  • Тип управления – выделяют два способа: скалярный и векторный. Первый из них привязывается к нагрузке на валу и является более простым, но менее надежным. Второй отстраивается по обратной связи от величины магнитного потока и выступает полной противоположностью первого.
  • Мощность – должна выбираться не менее или даже больше, чем номинал подключаемого электродвигателя на максимальных оборотах, желательно обеспечивать запас, особенно для электронных регуляторов.
  • Номинальное напряжение – выбирается в соответствии с величиной разности потенциалов для обмоток асинхронного или коллекторного электродвигателя. Если вы подключаете к заводскому или самодельному регулятору одну электрическую машину, будет достаточно именно такого номинала, если их несколько, частотный регулятор должен иметь широкий диапазон по напряжению.
  • Диапазон частот вращения – подбирается в соответствии с конкретным типом оборудования. К примеру, для вращения вентилятора достаточно от 500 до 1000 об/мин, а вот станку может потребоваться до 3000 об/мин.
  • Габаритные размеры и вес – выбирайте таким образом, чтобы они соответствовали конструкции оборудования, не мешали работе электродвигателя. Если под регулятор оборотов будет использоваться соответствующая ниша или разъем, то размеры подбираются в соответствии с величиной свободного пространства.
Читайте так же:
Регулировка карбюратора huayi бензопилы

Подключение

Способ подключения регулятора оборотов электродвигателя будет отличаться в зависимости от его типа и принципа действия. Поэтому в качестве примера мы разберем один из наиболее распространенных частотных регуляторов, которые используются в самых различных сферах.

Перед подключением обязательно ознакомьтесь с заводской схемой. Как правило, вы можете увидеть ее на самом регуляторе оборотов, либо в паспорте устройства:

Схема подключения регулятора

Схема подключения регулятора

Далее, пользуясь распиновкой, можно определить количество выводов, которые будут использоваться для подключения регулятора электродвигателя к сети. В нашем примере, рассмотрим случай, когда применяется трехпроводная система, значит, понадобится фаза, ноль и земля. На задней панели регулятора это два вывода AC и FG:

Распиновка регулятора

Распиновка регулятора

Затем необходимо проверить цветовую маркировку разъема с приведенной схемой и сопоставить ее со всеми элементами электродвигателя, которые будут подключаться в вашем случае. Если какие-то выводы окажутся лишними, их можно закоротить, как показано на рисунке выше.

Проверьте цветовую маркировку

Проверьте цветовую маркировку

Если все выводы регулятора соответствуют клеммам электродвигателя, можете подсоединять их друг к другу и к сети.

Выбор шуруповерта

Выбор шуруповерта

Выбор шуруповерта (аккумуляторного шуруповерта) задача вполне решаемая. Для этого нужно знать на какие характеристики необходимо обратить внимание при выборе. Для начала определяемся, бытовая или профессиональная модель нужна. Если Вы покупаете шуруповерт для мелких работ по дому, для работ на даче и т.д., то Ваш выбор бытовой шуруповерт. Если же для шуруповерта предполагается интенсивная эксплуатация на протяжении длительного времени, то Вам нужен профессиональный шуруповерт. Данный материал подскажет как выбрать шуруповерт.

Вернемся к основным характеристикам, которые необходимо знать при выборе аккумуляторного шуруповерта:

Напряжение двигателя шуруповерта. Современные модели шуруповертов имеют напряжение двигателя от 7,2В до 24В (Вольт). Чем больше напряжение, тем меньшая сила тока нужна для получения нужной мощности. Соответственно, большую мощность легче получить в шуруповерте с двигателем на 18В, а не на 12В или 7,2В. Стоит уточнить, что самые ходовые шуруповерты с двигателем на 12В, 14В и 18В.

Крутящий момент шуруповерта. Крутящий момент измеряется в Hм (Ньютон на метр). Простыми словами крутящий момент, это то с какой силой ваш шуруповерт вкручивает саморезы. Чем больше крутящий момент, тем больше возможностей появляется у шуруповерта. В современных бытовых шуруповертах как правило крутящий момент составляет 10-28Hм. Этого вполне достаточно для работы по дому. С крутящим моментом в 28-30Нм шуруповерт может и саморезы 100мм вкручивать и дерево с металлом сверлить. Говоря о сверлении в дереве и металле, современные бытовые модели способны сверлить отверстия до 20мм в дереве и до 13мм в металле. В профессиональных шуруповертах крутящий момент достигает 70-140Нм.

В большинстве шуруповерт есть функция регулировки крутящего момента. Она применяется там, где требуется больший контроль при выполнении определенных работ. Регулировка происходит при помощи переключения кольца находящегося на корпусе шуруповерта, у основания патрона. На кольце отмечены числа означающие режимы в установке крутящего момента. Значок «сверла» после максимального числа на кольце показывает режим сверления.

Выбор шуруповерта, регулировка крутящего момента

На примере закручивания саморезов функция используется так:

Закручивая саморезы разной длины не нужен ведь один крутящий момент. Для саморезов меньшего размера хватит и меньшей силы затяжки, а для саморезов большей длины соответственно большей силы затяжки. Скорее всего каждый кто закручивал саморез в дерево хоть раз, но утапливал его в материал. А там где нужно, чтобы поверхность была ровной и гладкой вмятины не допустимы. При срабатывании так называемой «трещетки», а это происходит при завышении установленного крутящего момента, шуруповерт перестает закручивать саморез. Тем самым позволяя более точно контролировать процесс работы. Данная функция также защищает двигатель от перегрузки.

Читайте так же:
После регулировки клапанов высокие обороты

Аккумуляторная батарея шуруповерта. Именно батарея позволяет работать мобильно и не зависеть от длины шнура. В шуруповертах используются три типа аккумуляторных батарей:

NiCd (никель-кадмиевые) — такие аккумуляторы самые доступные по цене, но и характеристики проще, чем у ниже представленных. Ёмкость таких аккумуляторов от 1,2 либо 1,5 А/ч(Ампер час). Шуруповерт с ёмкостью 2,0А/ч при одинаковых условиях способен проработать дольше, чем шуруповерт с ёмкостью аккумулятора 1,2А/ч. Ёмкости в 1,2-1,5А/ч достаточно для домашнего использования. А учитывая время сегодняшней зарядки аккумулятора 1час, Вы всегда будете иметь «свежий» аккумулятор под рукой. Из минусов: требуют полной разрядки.

Выбор шуруповерта, батарея NiCd

NiMh (никель-металл-гидридные)- данные аккумуляторы стоят дороже, но и ёмкость их выше от 1,5 до 2,6А/ч. Подходят как для домашнего использования, так и для более сложного и продолжительного использования. Не требует полной разрядки.

Выбор шуруповерта, батарея NiMh

Li-Ion (литий-ионные)- аккумуляторы самые дорогостоящие, обладают высокой ёмкостью, которая бывает выше 3,0А/ч. Еще плюсом Li-Ion аккумуляторов является их легкий вес. Разница в весе может достигать 40%. Li-Ion аккумуляторы не обладают эффектом памяти, что и позволяет не дожидаться полной разрядки аккумулятора.

Выбор шуруповерта, батарея Li-Ion

Стоит сказать, что гарантия на аккумуляторы не распространяется, так как часто они выходят из строя по вине покупателя. Если оставить аккумулятор при низкой температуре хотя бы на ночь и такие аккумуляторы использовать возможно уже не удастся. Храните батареи в теплом помещении.

Число оборотов шуруповерта. Для разного вида работ нужны разные обороты. Для сверления, нужны более высокие обороты 1000-1300об/мин. Для закручивания саморезов достаточно 400-550об/мин. Шуруповерты бывают односкоростные, двухскоростные и трехскоростные. Переключение скоростей позволяет работать с нужными Вам оборотами для решения различных задач.

Итак. Если Вы выбираете шуруповерт для дома, то здесь подойдет 12-14В шуруповерт с ёмкостью аккумулятора 1,2-1,5А/ч и крутящим моментом 15-26Нм. Такому шуруповерту по плечу практически любая работа по дому. Стоят бытовые шуруповерты с такими характеристиками от 1300 до 3000руб. Не стоит гнаться за низкой ценой, как правило ценник на шуруповерт ниже 900руб говорит о том, что такой шуруповерт долго не проработает. При выборе обратите внимание на узнаваемость фирмы производителя, на условия гарантии, количество сервисных центров. Ну а сам шуруповерт стоит подержать в руке, повертеть, понажимать и т.д.

Что такое бесщеточные шуруповерты? Их плюсы и минусы

Что такое бесщеточные шуруповерты? Их плюсы и минусы

Все чаще на электроинструменте можно встретить надпись «Brushless motor». Это значит, что девайс оснащен бесщеточным электродвигателем постоянного тока. Действительно ли от этого есть толк или это очередная уловка маркетологов? Давайте разбираться на примере шуруповертов.

Мы будем говорить о шуруповертах как о наиболее востребованном электроинструменте в арсенале домашнего мастера (кто крутил саморезы отверткой, тот поймет). Но тезисы материала безоговорочно распространяются на весь электроинструмент, оснащенный бесщеточными двигателями.

Конструкция и принцип действия

«Brushless motor» в буквальном переводе означает бесщеточный двигатель, в конструкции которого отсутствует коллектор и щеточный узел. Также можно встретить сокращение BLDC, которым именуют бесщеточный электродвигатель постоянного тока.

Классический коллекторный двигатель

Щеточный узел — это механическая контактная часть якоря электродвигателя. С помощью него через пластины коллектора подается напряжение на обмотку якоря. Электрический ток, протекая по проводнику, вызывает электромагнитное поле. Магнитное поле обмотки якоря, взаимодействуя с постоянным магнитным полем статорных обмоток, приводит к возникновению крутящего момента на валу электродвигателя и его вращению. Чтобы вращение вала сохранялось постоянно, напряжение на отдельные проводники якорной обмотки нужно подавать в определенной последовательности. Электрический ток должен протекать по рамкам якорной обмотки в нужный момент, а электромагнитное поле, наводимое в проводниках, взаимодействовало с постоянным магнитным полем обмоток статора. В двигателе постоянного тока эту функцию выполняет коллекторный узел на якоре электродвигателя.

В бесщеточном электродвигателе коллектор и щетки отсутствуют, но принцип взаимодействия постоянного магнитного поля якоря с электромагнитным полем обмоток статора остается неизменным. Только в BLDC моторе нужно подавать постоянное напряжение на обмотки статора в определенные интервалы времени, имитируя работу коллектора.

Как правило, в конструкции статора бесщеточного мотора используются три пары обмоток, и напряжение на них подается поочередно. При подаче напряжения на первую пару обмоток якорь с постоянными магнитами поворачивается, выравнивая свое положение в соответствии с направлением силовых линий возникшего магнитного поля. В этот момент напряжение с первой пары обмоток снимается и подается на вторую пару. Поскольку якорь электродвигателя обладает определенным моментом инерции, он не останавливается моментально, а продолжает свое вращение, и его магниты начинают взаимодействовать со следующим магнитным полем. Так продолжается до тех пор, пока на обмотки статора поочередно подается напряжение.

Читайте так же:
Регулировка зажигания на мотоцикле лифан

Это упрощенная схема работы Brushless мотора. На самом деле, для усиления крутящего момента и исключения «провалов» его полки, в работе постоянно находятся две пары обмоток. Одна из них притягивает постоянные магниты якоря в моменты, когда они находятся до средней линии полюса катушки, а вторая подталкивает, как только полюс катушки пройден центральной частью постоянного магнита якоря. На первую пару катушек подается напряжение прямой полярности, а на вторую — обратной.

Для определения, на какие пары катушек нужно подать напряжение и какой полярности, в системе установлен датчик положения ротора. Он состоит из трех датчиков Холла, дающих контроллеру сигнал о необходимости формирования напряжения на каждой из пар катушек статора.

На видео наглядно проиллюстрирована работа бесщеточного двигателя:

Плюсы и минусы бесщеточного шуруповерта

Производители пишут, что основная изюминка бесщеточного шуруповерта — не нужно менять щетки, которых нет. Это на самом деле так, но так ли сложно поменять щетки?

За этим «жирным» плюсом притаился довольно коварный минус. Дело в том, что более-менее нагруженный шуруповерт потребует замены щеток на второй, а то и третий год работы. Проводя их замену, бережливый владелец наверняка заглянет и в другие узлы инструмента. Обратит внимание на состояние подшипников, очистит внутренности от пыли, заложит порцию свежей смазки — в общем, проведет полное техобслуживание инструмента. В случае с бесколлекторным инструментом, о необходимости сервисного обслуживания можно просто забыть и вспомнить о нем, когда шуруповерт начнет конкретно барахлить.

Вот по-настоящему значимые преимущества бесщеточного инструмента:

  • Высокий КПД. У бесщеточного двигателя он составляет порядка 90 %, в то время как у коллекторного мотора — на уровне 60 %. Это обусловлено отсутствием потерь на трение и искрообразование, и, как следствие, повышением температуры коллекторного узла якоря мотора.
  • Быстрый выход на номинальную скорость вращения двигателя. В этом опять же заслуга высокого КПД BLDC мотора.
  • При тех же массогабаритных показателях, с вала бесщеточного электродвигателя снимается большая мощность, а это влечет получение большего крутящего момента.
  • Лучшая энергоэффективность. Благодаря отсутствию потерь в коллекторе и щеточном узле и более высокому КПД бесщеточный шуруповерт сделает больше полезной работы на одном заряде аккумулятора. Это важно профессионалам, для которых время — деньги. Эффективность бесщеточного шуруповерта в среднем выше на 25–40 % в сравнении с его коллекторным аналогом.
  • Возможность использования во взрыво- и пожароопасных средах ввиду отсутствия искр на щеточном узле.
  • Грамотная защита от перегрузки. Плата управления электродвигателем просто не позволит нагрузить инструмент сверх меры, а вот коллекторный шуруповерт при должном старании можно перегреть и получить дымок из вентиляционных отверстий.

Но бесщеточным инструментам присущи и некоторые недостатки:

  • Высокая цена. Наличие в конструкции дорогой силовой платы управления BLDC мотором ощутимо увеличивает стоимость шуруповерта.
  • Плохая ремонтопригодность. В бесщеточном шуруповерте плата управления, кнопка включения инструмента и статор электродвигателя обычно идут единым блоком. Стоимость запчасти — от 2/3 до 3/4 стоимости нового инструмента. Если поломка произойдет по истечении гарантийного срока, то ремонтировать такой шуруповерт вряд ли целесообразно. В отличие от коллекторных экземпляров, где можно заменить кнопку или электродвигатель отдельно, и стоить это будет на порядок дешевле.

Перспективы бесщеточных шуруповертов на рынке электроинструмента

Переход на бесщеточные инструменты неизбежен, поскольку они выгодны в первую очередь самим производителям ввиду унификации производственных процессов, уменьшению количества составных частей и улучшения технических характеристик выпускаемых моделей. Конечному пользователю такой переход абсолютно ничем не грозит. Шуруповерты как закручивали винты и саморезы, так и будут, исходя из своих технических возможностей.

Для профессиональной деятельности однозначно стоит смотреть в сторону бесщеточных моделей. Они экономичней, шустрее и надежней. Каждый рубль, вложенный в их покупку, окупится сторицей.

А вот домашнему мастеру стоит взвесить все «за» и «против», реально оценить возможную загруженность инструмента и свою готовность отдать больше денег за современные технологии.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector