Любой, кто в первый раз столкнулся с испускающими искры щетками внутри пилы по металлу или электродрели, вероятно, спрашивал себя о том, в чем отличие их мотора от иных моторов, например, находящихся у сверлильных станков. Моторы, встроенные в оборудовании малой мощности, как правило, не испускают искры. Помимо этого, они тише при работе, в отличие от электродрели, хотя ее мощность слабее, чем у некоторых станков. В чем причина этого? Это объясняется тем, что искрящийся мотор представляет собой коллекторный мотор, а у станков мотор бесколлекторный. Какой из них лучше нельзя сказать однозначно – все зависит от цели применения оборудования.
Коллекторный мотор
Коллекторный мотор зачастую обладает только 2 проводами электропитания. Он легок в контроле. Нужно всего лишь настроить вид напряжения питания и темп оборотов отрегулируется соответственно. Для контроля над коллекторным мотором можно использовать даже обыкновенное электронное устройство для изменения мощности (регулятор). Основное преимущество коллекторного мотора – большой темп вращения (свыше 10 000/мин.) при большом крутящем моменте.
Основа функционирования коллекторного мотора достаточна элементарна. Фактически его движущаяся часть является комплектом рамок из меди в магнитопроводе. Каждая из них по очереди присоединяется к центру питания на щеточноколлекторном узле. Неподвижная часть двигателя способна состоять как из нескольких магнитов, так и с наличием обмотки, которая подпитывается из того же энергетического центра, что и подвижная часть, или обособленного центра. В некоторых случаях обе части двигателя объединены в одну последовательную цепь (так устроены моторы бытовой техники для стирки белья).
На каждую из зон обмотки движущейся части двигателя сквозь щеточноколлекторный узел, по очереди, при движении ротора направляется электронапряжение. В итоге подвижная часть мотора заново магнитится, получая ярко проявляющиеся противоположные полюсы магнита. За счет них подвижная часть двигателя движется внутри неподвижной (полюсы подвижной части мотора проталкиваются полюсами неподвижной, а потом ротор заново магнитится и снова проталкивается). В связи с тем, что подвижная часть мотора то и дело присоединяется к энергетическому центру очередным сектором, движение не прекращается до тех пор, пока на коллектор идет энергия.
Главный минус коллекторного мотора
Вращение коллекторного мотора весьма легко настраивать, но при больших оборотах щетки напоминают о себе. В связи с тем, что они постоянно находятся бок о бок с коллектором, то при сильном вращении щетки достаточно быстро подвергаются износу, постепенно тем или иным образом загрязняются, и в итоге появляются искры.
Их изнашивание, как и всего щеточноколлекторного соединения, приводит к падению коэффициента полезного действия коллекторного мотора. Иными словами, именно это соединение и есть основная причина всех бед в коллекторном моторе. В настоящее время от них пытаются всячески уйти, заменив их бесколлекторными.
Бесщеточный пошаговый мотор
У такого мотора отсутствуют как коллектор, так и сами щетки. Яркий образец этого вида двигателей – асинхронный 3-фазный мотор с движущейся частью вида «беличья клетка». Другим образцом бесщеточного мотора – более новый – шаговый мотор с магнитной подвижной частью. Обмотки неподвижной части бесщеточного мотора самостоятельно перемагничиваются таким образом, чтобы подвижная часть мотора постоянно разворачивалась и бесперебойно двигалась.
В основном, современные бесщеточные моторы обладают сенсором позиции подвижной части. По данным сенсора функционирует устройство, управляющее темпом оборотов мотора. Сигнал с сенсора позиции подвижной части отправляется на обработку в процессор свыше ста раз в секунду. В итоге достигается точное положение подвижной части двигателя и большой крутящий момент. На практике встречаются бесщеточные моторы и без указанного сенсора (асинхронный 3-фазный двигатель). Двигатели без сенсора имеют более низкую стоимость, чем с сенсором.
Преимущества бесщеточных моторов
В связи с тем, что запас прочности подшипников подвижной части мотора очень большой, следует отметить, что в бесщеточном моторе почти нет изнашивающихся элементов. Более того, он не нуждается в технической профилактике неисправностей при использовании. Тут практически отсутствует трение, не возникает проблемы чрезмерного повышения температуры коллектора. В общем и целом, качество и коэффициент полезного действия бесщеточных моторов огромны. Также отсутствуют щетки, которые при работе испускают искры, сенсор позиции подвижной части способствует повышению точности контроля. Минусы почти отсутствуют. Единственный неоднозначный момент – это стоимость. У шаговых моторов отличного качества она будет больше, нежели чем у щеточных (включая драйвер). Однако этот недостаток становится несущественным на фоне постоянной замены комплектующих частей у коллекторных моторов.