Stejnosměrný kartáčovaný motor

Stejnosměrný kartáčovaný motor – točivý stejnosměrný elektrický stroj, který přeměňuje stejnosměrnou elektrickou energii na mechanickou energii, ve kterém je alespoň jedno z vinutí zapojených do procesu přeměny hlavní energie připojeno ke kolektoru.

Návrh komutátorového stejnosměrného motoru

Stator (permanentní magnet)
Obrázek 1 — Řez stejnosměrným elektromotorem s permanentními magnety

Stator – stacionární část motoru.

Induktor (budicí systém) – součást stejnosměrného komutátorového stroje nebo synchronního stroje, který vytváří magnetický tok pro generování točivého momentu. Induktor musí obsahovat buď permanentní magnety nebo budící vinutí. Induktor může být součástí rotoru i statoru. U motoru znázorněného na Obr. 1 se budicí systém skládá ze dvou permanentních magnetů a je součástí statoru.

Kotva – část stejnosměrného komutátorového stroje nebo synchronního stroje, ve kterém se indukuje elektromotorická síla a protéká zatěžovací proud [2]. Rotor i stator mohou fungovat jako kotva. U motoru znázorněného na Obr. 1 je rotorem kotva.

Štětce – část elektrického obvodu, kterou je přenášen elektrický proud ze zdroje energie do kotvy. Kartáče jsou vyrobeny z grafitu nebo jiných materiálů. Stejnosměrný motor obsahuje jeden pár kartáčů nebo více. Jeden ze dvou kartáčů je připojen ke kladnému a druhý k zápornému pólu zdroje energie.

Sběratel – část motoru v kontaktu s kartáči. Pomocí kartáčů a komutátoru je elektrický proud distribuován přes cívky vinutí kotvy [1].

Typy komutátorových motorů

Podle konstrukce statoru může mít komutátorový motor permanentní magnety a budicí vinutí.

Kartáčovaný motor s permanentním magnetem

Schéma kartáčovaného motoru s permanentním magnetem

Mezi DCMC je nejběžnější motor s kartáčovaným stejnosměrným proudem (DCM) s permanentními magnety. Induktor tohoto motoru obsahuje permanentní magnety, které vytvářejí magnetické pole ve statoru. Komutátorové stejnosměrné motory s permanentními magnety (CMDC PM) se obvykle používají v úlohách, které nevyžadují vysoký výkon. PM DC motory jsou levnější na výrobu než komutátorové motory s budícím vinutím. V tomto případě je točivý moment PM DC omezen polem permanentních magnetů statoru. Permanentní magnet DCDC velmi rychle reaguje na změny napětí. Díky konstantnímu poli statoru je snadné řídit otáčky motoru. Nevýhodou stejnosměrného motoru s permanentním magnetem je, že magnety časem ztrácejí své magnetické vlastnosti, což má za následek zmenšení pole statoru a snížení výkonu motoru.

Výhody:
• nejlepší poměr cena/kvalita
• vysoký točivý moment při nízkých otáčkách
• rychlá reakce na změny napětí

Nevýhody:
• permanentní magnety časem a vlivem vysokých teplot ztrácejí své magnetické vlastnosti

Komutátorový motor s budicím vinutím

Podle schématu zapojení statorového vinutí se komutátorové elektromotory s vinutím pole dělí na motory:
• nezávislé buzení
• sekvenční buzení
• paralelní buzení
• smíšené vzrušení

Nezávislý budicí obvod

Paralelní budicí obvod

Sériový budicí obvod

Smíšený budicí obvod

Motory nezávislého a paralelního buzení

U nezávisle buzených elektromotorů není budicí vinutí elektricky spojeno s vinutím kotvy (obrázek výše). Typicky budicí napětí U_OV se liší od napětí v obvodu kotvy U. Pokud jsou napětí stejná, pak je budicí vinutí zapojeno paralelně k vinutí kotvy. Použití nezávislého nebo paralelního buzení v pohonu elektromotoru je dáno obvodem elektrického pohonu. Vlastnosti (charakteristiky) těchto motorů jsou stejné [3].

U motorů s paralelním buzením jsou proudy budícího vinutí (induktoru) a proudy kotvy na sobě nezávislé a celkový proud motoru se rovná součtu proudu budícího vinutí a proudu kotvy. Při běžném provozu, s rostoucím napětím napájení zvyšuje celkový proud motoru, což vede ke zvýšení statorových a rotorových polí. S rostoucím celkovým proudem motoru se zvyšují i ​​otáčky a klesá točivý moment. Když je motor zatížen Proud kotvy se zvyšuje, což má za následek zvýšení pole kotvy. S rostoucím proudem kotvy se snižuje proud induktoru (budící vinutí), což má za následek snížení pole induktoru, což vede ke snížení otáček motoru a zvýšení točivého momentu.

Výhody:
• téměř konstantní točivý moment při nízkých otáčkách
• dobré nastavovací vlastnosti
• žádná ztráta magnetismu v průběhu času (protože neexistují žádné permanentní magnety)

Nevýhody:
• dražší než KDPT PM
• motor se vymkne kontrole, pokud proud induktoru klesne na nulu

Kartáčovaný bočníkový motor má mechanickou charakteristiku s klesajícím kroutícím momentem při vysokých otáčkách a vysokým, ale stálejším kroutícím momentem při nízkých otáčkách. Proud ve vinutí induktoru a kotvy na sobě nezávisí, takže celkový proud elektromotoru je roven součtu proudů induktoru a kotvy. Výsledkem je, že tento typ motoru má vynikající výkon při regulaci rychlosti. Boční kartáčovaný stejnosměrný motor se obvykle používá v aplikacích, které vyžadují výkon vyšší než 3 kW, zejména v automobilovém a průmyslovém průmyslu. Ve srovnání s DC DC PM neztrácí motor s paralelním buzením časem své magnetické vlastnosti a je spolehlivější. Nevýhody motoru s paralelním buzením jsou vyšší cena a možnost, že se motor vymkne kontrole, pokud proud induktoru klesne na nulu, což může vést k poruše motoru [5].

Sériový motor

U sériově buzených elektromotorů je budicí vinutí zapojeno do série s vinutím kotvy a budicí proud se rovná proudu kotvy (I_в = I_а), který dává motorům speciální vlastnosti. Při lehkém zatížení, kdy je proud kotvy menší než jmenovitý proud (I_а nom) a magnetický systém motoru není nasycený (F ~ I_а), elektromagnetický moment je úměrný druhé mocnině proudu ve vinutí kotvy:

• kde M je točivý moment elektromotoru, N∙m,
• с_М – konstantní koeficient určený konstrukčními parametry motoru,
• Ф – hlavní magnetický tok, Wb,
• I_a – proud kotvy, A.

Jak se zatížení zvyšuje, magnetický systém motoru se nasytí a úměrnost mezi proudem I_а a magnetický tok F je narušen. S výraznou saturací, magnetický tok Ф s rostoucím I_а prakticky nezvyšuje. Graf závislosti M=f(I_a) má v počáteční části (když magnetický systém není nasycený) tvar paraboly, poté se při nasycení od paraboly odchyluje a v oblasti vysokého zatížení přechází do přímky [3].

Výkonová charakteristika sériového motoru

Elektromechanické charakteristiky sériového budícího motoru

Je důležité, aby se: Je nepřijatelné připojovat sériově buzené motory k síti v klidovém režimu (bez zatížení hřídele) nebo se zatížením menším než 25% jmenovitého zatížení, protože při nízkém zatížení se frekvence otáčení kotvy prudce zvyšuje a dosahuje hodnot při kterém je možná mechanická destrukce motoru, proto u pohonů U motorů se sekvenčním buzením je nepřípustné používat řemenový pohon, při jeho prasknutí přejde motor do volnoběhu. Výjimkou jsou sériové budicí motory s výkonem do 100-200 W, které mohou pracovat v klidovém režimu, protože jejich síla mechanických a magnetických ztrát při vysokých otáčkách je úměrná jmenovitému výkonu motoru.

Schopnost sériových budicích motorů vyvinout velký elektromagnetický moment jim poskytuje dobré startovací vlastnosti.

Výhody:
• vysoký točivý moment při nízkých otáčkách
• žádná ztráta magnetismu v průběhu času

Nevýhody:
• nízký točivý moment při vysokých otáčkách
• dražší než KDPT PM
• špatná regulace otáček v důsledku sériového zapojení vinutí kotvy a tlumivky
• motor se vymkne kontrole, pokud proud induktoru klesne na nulu

Sériově buzený kartáčovaný motor má vysoký točivý moment při nízkých otáčkách a vyvíjí vysoké otáčky, když není zatížení. Tento elektromotor je ideální pro zařízení, která potřebují vyvinout vysoký točivý moment (jeřáby a navijáky), protože proud statoru i rotoru se při zatížení zvyšuje. Na rozdíl od stejnosměrných motorů PM a motorů s paralelním buzením nemá sériově buzený motor přesnou charakteristiku řízení otáček a v případě zkratu v budícím vinutí se může stát neovladatelný.

Motor se smíšeným buzením

Motor se smíšeným buzením má dvě budicí vinutí, jedno z nich je zapojeno paralelně k vinutí kotvy a druhé sériově. Poměr mezi magnetizačními silami vinutí může být různý, ale obvykle jedno z vinutí vytváří větší magnetizační sílu a toto vinutí se nazývá hlavní vinutí, druhé vinutí se nazývá pomocné vinutí. Budicí vinutí lze zapínat koordinovaně a protiproudově, a proto je magnetický tok vytvářen součtem nebo rozdílem magnetizačních sil vinutí. Pokud jsou vinutí odpovídajícím způsobem zapojena, pak se rychlostní charakteristiky takového motoru nacházejí mezi rychlostními charakteristikami motorů s paralelním a sériovým buzením. Protispojení vinutí se používá, když je potřeba dosáhnout konstantní rychlosti otáčení nebo zvýšení rychlosti otáčení s rostoucí zátěží. Výkonové charakteristiky motoru se smíšeným buzením se tak přibližují charakteristikám motoru s paralelním nebo sériovým buzením v závislosti na tom, které z budicích vinutí hraje hlavní roli [4].

Výhody:
• dobré nastavovací vlastnosti
• vysoký točivý moment při nízkých otáčkách
• méně pravděpodobné, že se vymknou kontrole
• žádná ztráta magnetismu v průběhu času

Nevýhody:
• dražší než jiné kartáčované motory

Motor se smíšeným buzením má výkonnostní charakteristiky motorů s paralelním a sériovým buzením. Má vysoký točivý moment při nízkých otáčkách jako sériový motor a dobrou regulaci otáček jako bočník. Motor se smíšeným buzením je ideální pro automobilové a průmyslové aplikace (jako jsou generátory). Výstup motoru se smíšeným buzením mimo kontrolu je méně pravděpodobný, protože k tomu musí být proud paralelního budicího vinutí snížen na nulu a sériové budicí vinutí musí být zkratováno.

Charakteristika kartáčovaného stejnosměrného motoru

Provozní vlastnosti stejnosměrných motorů jsou dány jejich provozními, elektromechanickými a mechanickými vlastnostmi a také regulačními vlastnostmi.

Mechanické vlastnosti kartáčovaných stejnosměrných motorů

Základní parametry stejnosměrného motoru

Konstanta točivého momentu

Pro stejnosměrný komutátorový motor je konstanta točivého momentu určena vzorcem:

• kde Z je celkový počet vodičů,
• Ф – magnetický tok, Wb [1]

Jak funguje kartáčovaný a bezkomutátorový motor, jaký je jejich rozdíl, výhody a nevýhody každého z nich. Proč se všude klade důraz pouze na bezkomutátorový motor.

Produktová řada Greenworks zahrnuje nástroje s kartáčovanými motory a bezkomutátorovými motory. Všude je ale kladen důraz pouze na bezkomutátorový elektromotor. Proč jen na něm a proč se potom používají přístroje se štětcem? V tomto článku vám řekneme výhody a nevýhody každého elektromotoru a odpovíme na tyto dvě otázky.

Kolektorový motor

Začněme tím, že motor je zařízení, které přeměňuje jakýkoli druh energie na energii mechanickou a naopak. Účinnost tohoto procesu závisí na vnitřní konstrukci motoru, která zase závisí na zdroji proudu (DC nebo AC).

Konstrukce komutátorového motoru

Ukotvit Jádrem celé konstrukce je kotva, známá také jako kovový dřík. Hřídel je pohyblivý prvek, na kterém závisí krouticí moment. Na něm je umístěn i rotor.

Rotor. Připojeno k hnací hřídeli. Jeho vnější struktura připomíná buben, který se otáčí uvnitř statoru. Úkolem rotoru je přijímat nebo přenášet napětí do pracovní tekutiny.

Ložiska. Jsou umístěny na opačných koncích kotvy, aby bylo zajištěno vyvážené otáčení.

Kartáče. Obvykle se vyrábí z grafitu. Jejich úkolem je přenášet napětí přes kolektor do vinutí.

Sběrač (vypínač). Vyrábí se ve formě propojených měděných kontaktů. Během procesu rotace absorbuje energii z kartáčů a směruje ji do vinutí.

Vinutí Nachází se na rotoru a statoru různých polarit. Jejich funkcí je generovat vlastní magnetické pole vlivem různých polarit, díky čemuž kotva vstupuje do činnosti.

Jádro statoru. Vyrobeno z kovových plátů. Může mít budicí cívku s polárním napětím vinutí rotoru. Nebo permanentní magnety. Toto provedení závisí na zdroji napětí. Jedná se o statický prvek celého mechanismu.

• Cena je nižší než u bezkomutátorových motorů (BL).
• Návrh je relativně jednodušší než návrh databáze.
• S ohledem na to je údržba jednodušší.

Při vysokých rychlostech se zvyšuje tření kartáče. Z toho plyne:

• Rychlé opotřebení kartáčů.
• Snížený výkon nástroje.
• Objevují se jiskry.
• Kouř nástroje.
• Selhání nástroje před jeho „životním cyklem“.

Pokud vezmeme v úvahu domácí sféru použití, pak je komutátorový motor tradiční a cenově dostupnou variantou (a nejčastěji používanou).
Nářadí na tomto typu motoru si v rámci svých možností věrně a věrně poradí s každým každodenním úkolem. Vzhledem k tomu, že takové nástroje jsou cenově mnohem levnější než nástroje s bezkomutátorovým motorem, jsou považovány za kategorie spotřebitelů, kteří zastávají názor: „nic netrvá věčně“. Proč přeplácet, když jakákoliv jednotka může selhat? Věříme, že za správných provozních podmínek může každý nástroj věrně sloužit po poměrně dlouhou dobu. Ale výběr je na vás.

Bezkartáčový motor

Jestliže u kartáčovaného motoru vše funguje díky mechanice, pak u bezkomutátorového motoru je to čistá elektronika. Také jsou prohozeny pozice některých prvků ve struktuře. V komutátorovém motoru byla vinutí na rotoru a permanentní magnety na statoru. U bezkomutátorového typu jsou permanentní magnety přenášeny na rotor a cívky s vinutím jsou umístěny na statoru. Také rotor a stator mohou měnit své polohy: existují modely motorů s vnějším rotorem. Nejsou zde žádné kartáče a komutátor, místo něj je přidán mikroprocesor (řadič) a chladič pro chlazení systému. Mikroprocesor řídí polohu rotoru, rychlost otáčení a rovnoměrné rozložení napětí na cívkách vinutí.

Hlavní typy bezkomutátorových motorů:

• Asynchronní je motor, který přeměňuje střídavý proud na mechanickou energii. Název pochází z různých rychlostí otáčení magnetického pole a rotoru. Rychlost rotoru je nižší než magnetické pole vytvářené vinutím statoru (například motor DigiPro používaný v produktech Greenworks).
• Synchronní je střídavý motor, ve kterém se frekvence otáčení rotoru rovná frekvenci otáčení magnetického pole.

Typ motoru s vnějším rotorem

Uspořádání rotoru a statoru v bezkomutátorovém motoru DigiPro

• Díky absenci kartáčů dochází k menšímu tření.
• Méně podléhají opotřebení.
• Žádné jiskry ani možný požár.
• Zjednodušené nastavení točivého momentu v širokém rozsahu.
• Úspora spotřeby energie.
• Oboustranné nástroje mají stejný výkon v obou směrech otáčení.
• Rychlé spuštění při vysokých rychlostech.
• Mohou zrychlit na maximální rychlost.
• Některé modely jsou vybaveny systémem ochrany motoru při velkém zatížení.

• Výrazně dražší než komutátorové motory.
• Údržba je více specializovaná.

Bezkomutátorové motory jsou bezesporu zaměřeny na profesionální práci se slušnou zátěží. I přes vysoký výkon vylepšeného typu motoru jeho jediná nevýhoda zasáhne peněženku. A před zakoupením nástroje pro konkrétní motor si nejprve musíte položit otázku: pro jaký účel je to potřeba. Vyberte si na základě odpovědi.

Kolik lidí – tolik názorů. Společnost Greenworks se snaží vyrábět vysoce kvalitní produkty s využitím různých typů motorů, aby si každý mohl vybrat nástroj podle svých preferencí, funkčnosti a požadovaného výkonu pro konkrétní úkoly, které jsou pro každého klienta jedinečné. Proto například v sekci „Ruční nářadí“ můžete vidět jeden typ jednotky s kartáčovými a bezkomutátorovými motory. Který je lepší? Volba je na vás!

Povídáme si o tom, jak používat sekačky na trávu Greenworks, na co si dát zvláštní pozor a co nedělat

Nůžky na živý plot budou vynikajícím pomocníkem při stříhání větví a formování živých plotů. Pojďme přijít na to, jak vybrat ten správný nástroj pro vaši zahradu.