Brush vs brushless motors: operasyon, konstruksyon at aplikasyon

Ang mga de-kuryenteng motor ay naging isang malaking bahagi ng aming buhay. Ang mga ito ay matatagpuan sa lahat ng uri ng mga aparato mula sa mga de-kuryenteng kotse hanggang sa mga drone, robot at iba pang Mga Elektronikong aparato. Sa pangkalahatang mga termino, ang isang de- kuryenteng Motor ay isang aparato na nagpapalit ng elektrikal na enerhiya sa mekanikal na enerhiya. Karaniwan silang tinutukoy bilang eksaktong kabaligtaran ng mga generator habang nagpapatakbo sila sa magkatulad na mga prinsipyo at maaaring gawing teoretikal na mabago sa mga generator. Mahalaga silang ginagamit sa mga sitwasyon kung saan kinakailangan ang pag-ikot ng paggalaw at nakakahanap sila ng mga application sa mga appliances (mga motor na panginginig), mga robot, mga kagamitan sa medisina, mga laruan, at marami pa.

Ang mga de-kuryenteng motor ay maaaring mai-kategorya sa dalawang malawak na kategorya batay sa uri ng mapagkukunan ng kuryente na ginamit para sa kanila: AC Motors at DC Motors. Tulad ng ipinahihiwatig ng pangalan, ang mga motor ng AC ay pangkalahatang pinalakas gamit ang mga mapagkukunang kuryente ng AC (solong yugto o tatlong yugto) at kadalasang ginagamit sa mga aplikasyon ng Pang-industriya at mabibigat na tungkulin kung saan kinakailangan ang maraming metalikang kuwintas. Sa kabilang banda, ang DC motors (na kung saan ang aming pokus) ay karaniwang mas maliit at ginagamit sa baterya (o naka-plug sa mga mapagkukunan ng DC) batay sa mga application kung saan mas mababa ang halaga ng trabaho na kinakailangan kumpara sa mga AC motor. Nakahanap sila ng mga application sa maraming mga aparato mula sa mga pang-araw-araw na aparato tulad ng pag-ahit ng mga clipping hanggang sa mga laruan para sa mga bata, robot, at mga drone bukod sa iba pa.

Ang kinakailangan para sa DC motors ay naiiba mula sa isang aplikasyon sa isa pa, dahil ang isang aplikasyon ay maaaring mangailangan ng mas maraming metalikang kuwintas at mabawasan ang bilis habang ang isa pa ay maaaring mangailangan ng higit na bilis at nabawasan na metalikang kuwintas, kaya't ang DC motor ay minsan ay inuri ng mga benta ng tao batay dito. Gayunpaman, ang DC motors ay maaaring maiuri sa tatlong magkakaibang kategorya o uri kabilang ang;

Brushing DC Motor
Walang Brush DC Motors
Mga Servo Motors.

Para sa Artikulo ngayong araw, Ang aming pokus ay sa Brushless at Brushing DC na motor, habang sinusuri namin ang pagkakaiba sa pagitan ng mga ito sa linya ng prinsipyo ng pagpapatakbo, Konstruksyon, aplikasyon, pakinabang at kawalan. Para sa pangatlong uri, maaari kang dumaan sa detalyadong artikulo ng Servo Motor.

Prinsipyo sa Operasyon at Konstruksiyon

Ang pagpapatakbo ng lahat ng mga motor ay karaniwang batay sa dalawang mga prinsipyo na ; Batas ng Amperes at batas ng faraday. Nakasaad sa unang batas na ang isang de koryenteng konduktor na inilalagay sa isang magnetic field ay makakaranas ng isang puwersa kung ang anumang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng conductor ay may sangkap sa tamang mga anggulo sa patlang na iyon. Ang pangalawang prinsipyo ay nagsasaad na kung ang isang konduktor ay inilipat sa pamamagitan ng isang magnetic field, kung gayon ang anumang bahagi ng paggalaw patayo sa patlang na iyon ay makakabuo ng isang potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga dulo ng conductor.

Batay sa mga batas na ito, ang mga de-kuryenteng motor ay binubuo ng dalawang pangunahing bahagi; Ang isang permanenteng pang-akit at isang grupo ng mga konduktor na sugat sa isang likid. Sa pamamagitan ng paglalapat ng kuryente sa likid ay nagiging isang magnet at batay sa katotohanan na ang mga magnet ay nagtataboy sa tulad ng mga poste at nakakaakit sa hindi katulad ng mga poste, nakamit ang isang paikot na paggalaw.

Brushing DC Motor

Ang brushing DC motor ay kilala na isa sa pinakamaaga at pinakasimpleng motor dahil ipinatutupad nito ang mga batas na inilarawan sa itaas sa pinakasimpleng pamamaraan. Tulad ng inilarawan sa imahe sa ibaba ang pagbuo ng isang brushing DC motor na binubuo ng isang nakapirming stator na gawa sa isang permanenteng pang-akit at isang gumagalaw na armature (Rotor) kung saan ang mga sangkap tulad ng commutator, brushes, at split ring na lahat ay inilalagay sa paligid ng motor baras

Kapag ang kapangyarihan ay ibinibigay sa motor (sa pamamagitan ng baterya o sa pamamagitan ng isang AC sa DC na naka-plug sa mapagkukunan), ang kuryente ay dumadaloy mula sa mapagkukunan patungo sa armature sa pamamagitan ng mga brush na karaniwang matatagpuan sa tapat ng mga gilid ng motor shaft. Ang mga brush (na ang pagkakaroon ng disenyo ay isang pangunahing kadahilanan sa likod ng pangalan ng motor), ilipat ang kasalukuyang elektrisidad sa armature sa pamamagitan ng pisikal na pakikipag-ugnay sa commutator. Sa sandaling ang armature (ang coil ng wire) ay pinalakas, nagsisimula itong kumilos tulad ng isang pang-akit at sa puntong iyon ang mga poste nito ay nagsisimulang itaboy ang mga poste ng permanenteng pang-akit na bumubuo sa stator. Habang nagtataboy ang mga poste, ang motor shaft kung saan nakakabit ang armature ay nagsisimulang paikutin na may bilis at metalikang kuwintas na nakasalalay sa lakas ng magnetic field sa paligid ng armature.

Ang lakas ng magnetic field ay karaniwang isang pagpapaandar ng boltahe na inilalapat sa mga brush at ang lakas ng permanenteng magnet na ginamit para sa stator.

Walang Brush DC Motors

Kahit na ginagamit nila ang parehong prinsipyo ng electromagnetism, ang mga brushless motor sa kabilang banda ay mas kumplikado. Ang mga ito ay isang direktang resulta ng mga pagsisikap na ginawa upang mapabuti ang kahusayan ng Brushing DC motors at maaaring inilarawan bilang mga motor na hindi gumagamit ng paggamit ng mga brush para sa pagbawas. Gayunpaman, ang simplistic na likas na katangian ng paglalarawan na iyon ay nagbibigay daan sa mga katanungan kung paano napapatakbo ang motor at kung paano nakamit ang paggalaw nang walang mga brush na susubukan kong ipaliwanag.

Taliwas sa pagbuo ng mga brush motor, Sa mga walang motor na motor ay baligtad ang mga bagay. Ang armature na kung saan sa brushing motor, paikutin sa loob ng stator, ay nakatigil sa mga motor na walang brotsa at ang permanenteng magnet, na kung saan ay naayos ang mga motor, nagsisilbing rotor sa isang motor na walang brush. Sa madaling salita, ang stator para sa mga brushless DC motor ay binubuo ng mga coil habang ang rotor nito (kung saan nakakabit ang shaft ng motor) ay binubuo ng isang permanenteng magnet.

Dahil tinanggal ng brushless motor ang paggamit ng mga brushes upang magbigay lakas sa armature, ang paglipat (commutation) ay nagiging mas kumplikado at ginaganap nang elektronikong gamit ang karagdagang hanay ng mga elektronikong sangkap (tulad ng isang amplifier na pinalitaw ng isang commutating na sangkap tulad ng isang optikong encoder) upang makamit ang paggalaw. Ang mga algorithm ng commutation para sa Brushless DC motors ay maaaring nahahati sa dalawa; Batay sa sensor at walang katuturang pagbawas.

Sa pagbawas na batay sa sensor, ang mga sensor (hal. Sensor ng hall) ay inilalagay kasama ang mga poste ng motor upang magbigay ng puna sa control circuitry upang matulungan itong tantyahin ang posisyon ng rotor. Mayroong tatlong tanyag na mga algorithm na ginagamit para sa pagbawas na batay sa sensor;

Trapezoidal commutation
Sinusoidal commutation
Pagkontrol ng Vector (o oriented sa larangan).

Ang bawat isa sa mga control algorithm na ito ay may mga kalamangan at kahinaan at ang mga algorithm ay maaaring ipatupad sa iba't ibang mga paraan depende sa software at disenyo ng electronics hardware upang makagawa ng mga kinakailangang pagbabago.

Sa kabilang banda, ang sensorless commutation, sa halip na ilagay ang mga sensor sa loob ng mga motor, ang control circuitry ay idinisenyo upang masukat ang likod na EMF upang tantyahin ang posisyon ng rotor.

Ang algorithm na ito ay gumaganap nang maayos at nasa isang nabawasan na gastos dahil ang gastos ng mga sensor ng hall ay natanggal ngunit ang pagpapatupad nito ay mas kumplikado kumpara sa mga algorithm na batay sa sensor.

Advantage at Disadvantages

Sa brushing DC motors, ang mga brush ay patuloy na nakikipag-ugnay sa umiikot na commutator. Ito ay humahantong sa isang malaking halaga ng alitan na nabuo at ito naman ay humahantong sa pagkawala ng enerhiya sa pag-init at unti-unting pagkasuot ng mga brush. Sa gayon, ang mga motor na Brush DC ay may mababang kahusayan at nangangailangan ng pana-panahong pagpapanatili. Lumilikha ito ng maraming alitan, at ang alitan ay katumbas ng init (pagkawala ng enerhiya) at pagkasira. Ang Brushless DC sa kabilang banda ay mahalagang walang pagkikiskisan at sa gayon ay may mataas na kahusayan, nangangailangan ng zero maintenance at mas mahaba kaysa sa brushing DC motor.

Gayunpaman, ang brushing DC motor ay napakamura kumpara sa kanilang mga walang kapantay na brush dahil sa simpleng likas na katangian ng kanilang disenyo. Ang mga brushless DC motor sa kabilang banda ay medyo mahal dahil sa kanilang kumplikadong disenyo at sa labis na gastos ng mga karagdagang sangkap ng electronics (mga kontroler) na kinakailangan upang himukin sila.

Mga Aplikasyon

Habang ang mga brushless DC motor ay mas popular sa mga araw na ito, ang brushing DC motor ay ginagamit pa rin sa araw-araw na mga gamit sa bahay, mga laruan ng bata, at sa mga pang-industriya na aplikasyon dahil sa kadalian kung saan ang kanilang bilis sa torque ratio ay maaaring iba-iba. Dahil sa kanilang mababang gastos, ginagamit sila sa mga application kung saan maaaring mabigo ang host device bago ang mga motor.

Ang mga motor na Brushless DC sa kabilang banda ay nakakita ng mga aplikasyon sa lahat ng uri ng mga aparato, mula sa mga medikal na kagamitan, robot at drone hanggang sa mga de-kuryenteng kotse, mga tool sa kuryente atbp. Ito ay mahalagang ginagamit sa mga aplikasyon na nangangailangan ng mataas na kahusayan, mahabang buhay at nagkakahalaga ng gastos.

Mga kadahilanan na isasaalang-alang kapag pumipili sa pagitan ng Brushless at Brushing DC Motors

Bukod sa bilis, metalikang kuwintas, rating ng kuryente at iba pang pangunahing mga kinakailangan para sa iyong aplikasyon sa ibaba ay tatlong mga kadahilanan sa palagay ko ay maaari ding maging mahusay na isaalang-alang kapag gumagawa ng desisyon sa uri ng motor na ilalagay para sa iyong aplikasyon.

Pag-ikot ng Tungkulin / Buhay ng Serbisyo
Kahusayan
Pagkontrol / Actuation
Gastos

Pag-ikot ng Tungkulin / Buhay ng Serbisyo

Inilalarawan ng buhay ng serbisyo kung gaano katagal ang motor ay kinakailangan upang gumana bago mabigo at sa anong ikot ng tungkulin. Ito ay mahalaga dahil ang brushing DC motor na nabanggit kanina ay madaling kapitan magsuot dahil sa alitan sa pagitan ng mga brush at ng Commutator. Sa gayon ito ay mahalaga upang matiyak na ang application ay isa kung saan ang motor ay magiging functional sa buong buhay ng serbisyo o isang application kung saan ang paglilingkod sa motor ay ituturing na normal at mura kung ang brushing DC motor ang gagamitin. Ang isang mahusay na halimbawa nito ay sa mga laruan ng mga bata, kung saan ang mga laruan ay karaniwang itinapon o nasisira bago mag-motor. Sa mga application na may mahabang buhay sa serbisyo at paglilingkod sa motor ay hindi isang mabubuhay na pagpipilian, ang mga brushless DC motor ay karaniwang matalinong pagpipilian.

Kahusayan

Pangkalahatan, ang mga motor na Brushless DC ay may mas mataas na pangkalahatang kahusayan kumpara sa brushing DC motor ngunit may mga kaso ng Iron-less core brushing motor na may higit na kahusayan kumpara sa katumbas na mga motor na walang brush. Gayunpaman, mahalagang suriin ang pangkalahatang kinakailangang kahusayan at ihambing ito sa bawat motor bago magpasya. Sa karamihan ng mga kaso kung saan ang kahusayan ay ang pagpapasiya kadahilanan, karaniwang walang tagumpay ang DC Motors.

Pagkontrol / Actuation

Karaniwan ito ay isa sa mga pangunahing mga sagabal pagdating sa paggamit ng mga brushless DC motor. Ang mga karagdagang kinakailangan tulad ng mga tagakontrol at iba pa, ay ginagawang mas kumplikado ang pagpapaaktibo kumpara sa mga brushing DC motor na maaaring pinalakas / aktibo ang mga pamamaraan bilang walang halaga bilang pagkonekta ng baterya sa mga terminal nito. Dapat mong tiyakin na ang halaga ng pagiging kumplikado na kasangkot sa paggamit ng isang brushless DC motor para sa proyekto ay makatwiran at ang mga sumusuporta sa electronics tulad ng mga tagakontrol ay madaling magagamit. Hindi alintana ang pagiging simple ng brushing DC motor, minsan hindi sila angkop para sa mga application ng mataas na katumpakan. Habang ang Brushing DC motor ay maaaring madaling konektado sa controller tulad ng Arduino, mas kumplikado upang ikonekta ang isang BLDC sa Arduino Uno, gayunpaman ang ESC (Electronic Speed Controller) ginagawang mas madali upang i-interface ang isang BLDC gamit ang isang microcontroller.

Gastos

Ang pagiging kumplikado ng disenyo ng mga brushless DC motor ay ginagawang talagang mahal sila kung ihahambing sa mga brush DC motor. Siguraduhin na ang mga sobrang gastos ay nasa loob ng abot-kayang mga limitasyon para sa proyekto bago pumunta para sa mga brushless DC motor. Isaalang-alang din ang gastos ng iba pang mga aksesorya na kinakailangan para sa paggamit ng mga BLDC bago magpasya.