La differenza principale sta nel fatto che un motore a spazzole utilizza spazzole fisiche e un commutatore per fornire corrente elettrica agli avvolgimenti del motore, mentre un motore brushless (BLDC) utilizza controller elettronici al posto delle spazzole per commutare la corrente elettrica all'interno degli avvolgimenti. I motori a spazzole hanno un design semplice, economico e forniscono una buona coppia a basse velocità, ma causano attrito e usura nel tempo, richiedendo una manutenzione regolare. I motori brushless sono più complessi da integrare, ma eliminano l'attrito, con conseguente maggiore efficienza, maggiore durata, funzionamento più silenzioso e minore manutenzione.
| Caratteristica | Motore a spazzole | Motore senza spazzole |
|---|---|---|
| Efficienza | Mezzo | Alto |
| Durata | Corto, a causa dell'usura delle spazzole | A lungo, poiché non ci sono spazzole che si consumano |
| Prestazione | Velocità media, coppia di avviamento elevata | Velocità più elevata |
| Rumore | Rumoroso a causa dell'attrito delle spazzole | Silenzioso, grazie alla mancanza di attrito. |
| Costo | Costi iniziali inferiori | Costi iniziali più elevati dovuti a circuiti di controllo complessi |
| Complessità | Semplice, controllabile con interruttori a bilanciere o simili | Complesso, richiede un controller elettronico |
Motore a corrente continua con spazzole
Un motore a corrente continua con spazzole è costituito da alcuni componenti principali che, insieme a un alimentatore in corrente continua, creano un motore rotante. La configurazione di indotto, collettore, spazzole e magnete di campo è visibile nella Figura 1 qui sotto.
Figura 1: Disegno (a sinistra) ed esempio reale (a destra) di motori a corrente continua con spazzole
Il nostro disegno mostra un'armatura semplificata per una visualizzazione più agevole della corrente che la attraversa; tuttavia, i motori a corrente continua con spazzole presentano avvolgimenti multipli nell'armatura. Le spazzole caricano il commutatore, che a sua volta fornisce corrente attraverso l'armatura con polarità opposta a quella del magnete permanente. Ciò provoca la rotazione dell'armatura per effetto dell'attrazione magnetica.
I motori a corrente continua con spazzole sono facili da usare in quanto sono tra i tipi di motori più semplici, tuttavia, avranno una durata inferiore rispetto ai motori senza spazzole. Poiché le spazzole entrano in contatto fisico con il commutatore, la formazione di scintille è un problema comune nei motori con spazzole. Questo contatto fisico usura anche le spazzole nel tempo e provoca una certa perdita di energia dovuta all'attrito generato.
Controller per motore CC brushless
Un motore a corrente continua senza spazzole (BLDC) elimina le principali inefficienze del suo equivalente con spazzole. Il motore è composto da magneti permanenti e bobine che, attraverso una serie di intervalli di eccitazione perfettamente temporizzati, fanno ruotare il magnete permanente centrale attorno alle bobine che lo circondano. Nella Figura 2 qui sotto è riportato uno schema di un motore brushless a scopo di riferimento.
Figura 2: Disegno (a sinistra) ed esempio reale (a destra) di motori a corrente continua senza spazzole
Le bobine del motore brushless vengono alimentate secondo una sequenza specifica (Figura 3), che provoca la rotazione dei magneti permanenti sul rotore. Questo avviene senza alcun contatto fisico e consente di ottenere un motore a corrente continua più efficiente e di maggiore durata.
Figura 3: Sequenza di energizzazione della bobina
Per replicare il comportamento mostrato in Figura 3, il motore brushless a corrente continua richiede un'unità di controllo elettronica (ECU) per determinare la posizione del rotore e quali bobine alimentare.
A differenza dei motori CC con spazzole che richiedono 12 Vcc applicati direttamente al motore per ruotare, il motore CC senza spazzole richiede alimentazione trifase. Ciò significa che un controller per motori CC senza spazzole deve erogare la potenza appropriata alle diverse bobine per ottenere la rotazione. Quando si utilizza il nostro Regolatore per motore CC brushless LC-241, 12 Vcc a 5 A possono essere applicati ai terminali di ingresso utilizzando un Alimentazione elettricaQuesta viene poi convertita in alimentazione trifase per controllare i nostri motori brushless personalizzati. Nella sezione successiva, uno schema elettrico di base aiuterà a testare un attuatore CC brushless.
Collegamento di motori brushless a interruttori a bilanciere
Progressive Automations offre il Attuatore lineare miniaturizzato PA-14 nell'opzione Brushless DC per ordini personalizzati. Il nostro schema di cablaggio per gli attuatori Brushless PA-14 è visibile nella Figura 4 qui sotto.
Figura 4: Schema di cablaggio dell'attuatore brushless PA-14
Passo 1
Collegare i 3 fili del controller del motore dall'attuatore brushless PA-14 al Controllo motore CC senza spazzole LC-241r. I fili sono in genere verdi, blu e bianchi, che si collegheranno rispettivamente ai terminali U, V e W. Assicurarsi che i collegamenti del motore brushless siano ben fissati. Se i fili sono di colori diversi, collegarli nell'ordine sbagliato sposterà semplicemente il motore elettrico lineare attuatore nella direzione opposta a quella prevista.
Passo 2
Collega il pin SPD alla massa dell'alimentatore da 12 Vcc per attivare il potenziometro integrato per il controllo della velocità. Assicurati che il potenziometro sia ruotato in senso orario per la massima velocità.
Passo 3
Collega il pin GND ai pin Common del tuo interruttore a bilanciere.
Passo 4
Collega il pin RUN a entrambi i lati dell'interruttore a bilanciere. Questo è importante perché sia la marcia avanti che la retromarcia necessitano che il pin RUN sia a contatto con la massa per funzionare.
Passo 5
Collega il pin REV a un lato dell'interruttore a bilanciere. Questo lato corrisponderà al lato di inversione di marcia dell'interruttore a bilanciere.
Passo 6
Applicando 12 Vcc al controller del motore brushless DC, all'accensione iniziale si può udire un segnale acustico.
Figura 5: Cablaggio fisico dell'attuatore brushless PA-14
La configurazione di base è ora completa; utilizzando l'interruttore a bilanciere, l'attuatore può essere esteso e retratto. Il problema con un attuatore con motore CC brushless è che l'interno interruttori di finecorsa non sono in grado di interrompere l'alimentazione all'attuatore come avviene per i motori CC a spazzole. Questo perché l'alimentazione del motore brushless PA-14 è trifase. L'attuatore elettrico brushless PA-14 è dotato di feedback del finecorsa che può essere utilizzato con un PLC o microcontrollore per indicare che l'attuatore ha raggiunto la fine della corsa. Il feedback funge da interruttore da normalmente chiuso a normalmente aperto, essenziale per integrare un attuatore brushless PA-14 pollici applicazioni reali.
Abbiamo anche un articolo su Estensione e retrazione continue della corsa di un attuatore con un motore CC senza spazzole per riferimento con esempi di codice.
Il nuovo e migliorato Attuatore mini PA-01 (Aggiornamento PA-14) è il modello attualmente disponibile, con una serie di vantaggi aggiuntivi. Per un confronto, consulta le tabelle sottostanti ed effettua l'aggiornamento in tutta sicurezza!
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PA-01 |
PA-14 |
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Opzioni di carico dinamiche |
16, 28, 56, 112, 169, 225 libbre |
35, 50, 75, 110, 150 libbre |
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Carico massimo |
225 lb |
150 lb |
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Velocità massima |
3,54 pollici/s |
2,00 pollici/s |
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Protezione contro l'ingresso di agenti esterni |
IP65 |
IP54 |
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Opzioni di ictus |
da 1 pollice a 40 pollici |
da 1 pollice a 40 pollici |
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Feedback effetto Hall |
Opzionale |
NO |
Collegamento di motori a spazzole a interruttori a bilanciere
La maggior parte dei nostri attuatori lineari elettrici vengono forniti pronti all'uso con motori CC a spazzole. Il funzionamento semplice dei motori CC a spazzole consente un interruttori a bilanciere da collegare tra i due CC Alimentazione elettrica e motore a spazzole senza necessità di alcun controller aggiuntivo.
Figura 6: Schema di cablaggio di un interruttore a bilanciere a un attuatore con motore a spazzole
Lo schema di cablaggio dell'attuatore lineare mostrato sopra può essere realizzato seguendo alcuni passaggi:
- I terminali in alto a sinistra e in basso a destra devono essere collegati alla massa dell'alimentatore.
- I terminali in alto a destra e in basso a sinistra devono essere collegati al terminale +12V dell'alimentatore.
- I terminali centrale destro e centrale sinistro devono essere collegati ai 2 ingressi dell'attuatore.
Questo tipo di cablaggio dell'interruttore dell'attuatore consente all'operatore di cambiare la direzione del flusso di corrente elettrica che entra nell'attuatore per cambiare la direzione di movimento. Per un esempio fisico di un circuito di cablaggio dell'attuatore con un interruttore a bilanciere, questo video è un ottimo esempio.
Figura 7: Cablaggio fisico di un interruttore a bilanciere a un attuatore con motore a spazzole
Qual è la principale differenza tra motori a corrente continua con spazzole e motori senza spazzole?
I motori a spazzole utilizzano spazzole di carbone e un commutatore per fornire corrente agli avvolgimenti del motore, mentre i motori brushless a corrente continua (BLDC) utilizzano controller elettronici per commutare la corrente. I motori a spazzole sono più semplici, più economici e forniscono una buona coppia a basse velocità, mentre i motori brushless hanno una maggiore efficienza, una durata maggiore e un funzionamento più silenzioso.
Quale tipo di motore è migliore per un utilizzo a lungo termine: quello a spazzole o quello brushless?
I motori brushless sono più adatti all'uso a lungo termine perché non hanno spazzole soggette a usura. Ciò riduce l'attrito, il calore e le esigenze di manutenzione, consentendo una durata operativa significativamente maggiore rispetto ai motori con spazzole.
Quali sono i principali vantaggi dei motori a corrente continua senza spazzole?
I motori brushless a corrente continua offrono maggiore efficienza, maggiore durata, funzionamento più silenzioso e un migliore controllo di velocità e coppia. Inoltre, generano meno calore e richiedono poca o nessuna manutenzione, il che li rende ideali per applicazioni continue o di precisione.
Quali sono gli svantaggi dei motori brushless rispetto a quelli con spazzole?
I principali svantaggi dei motori brushless sono il costo iniziale più elevato e la necessità di un controller elettronico. Questo li rende più complessi e costosi da installare rispetto ai motori a spazzole, che sono più semplici ed economici per applicazioni di base con cicli non continui.
I motori brushless durano davvero di più?
Sì. Poiché non hanno spazzole che si usurano per attrito, i motori brushless possono durare più a lungo dei motori con spazzole, soprattutto in applicazioni continue o ad alto carico.
I motori brushless sono più efficienti o potenti di quelli con spazzole?
I motori brushless sono più efficienti perché disperdono meno energia sotto forma di calore e mantengono una coppia costante. Sebbene entrambi i tipi possano offrire prestazioni elevate, i motori brushless garantiscono un miglior rapporto potenza-peso e un funzionamento complessivamente più fluido.
Vale la pena spendere di più per un motore brushless?
Nella maggior parte dei casi, sì. Il costo iniziale più elevato è compensato dalla riduzione dei costi di manutenzione, dalla maggiore efficienza energetica e dalla maggiore durata, che riducono il costo totale di proprietà nel tempo.
I motori brushless richiedono meno manutenzione?
Sì. Poiché non ci sono spazzole o collettori da sostituire, i motori brushless richiedono una manutenzione minima, in genere solo una pulizia periodica o un'ispezione per la rimozione di polvere e detriti.
Un motore brushless può surriscaldarsi? Come si può evitarlo?
I motori brushless possono surriscaldarsi per cause elettriche se sovraccaricati o se non adeguatamente ventilati, impedendo così la dissipazione del calore generato dalla corrente elettrica. Tuttavia, questo problema è meno frequente rispetto ai motori a spazzole, che possono surriscaldarsi sia per cause meccaniche che elettriche. Il surriscaldamento può essere evitato utilizzando un motore con una forza nominale adeguata, un controller motore con una potenza nominale appropriata e garantendo un flusso d'aria sufficiente.
Quale tipo di motore è più adatto per attuatori lineari e sistemi di automazione?
I motori brushless a corrente continua sono generalmente la scelta migliore per attuatori lineari e sistemi di automazione. Offrono un movimento più fluido, una maggiore efficienza e una durata più lunga, caratteristiche fondamentali per applicazioni di precisione, continue o gravose. I motori a spazzole, tuttavia, rimangono una buona opzione per applicazioni semplici o economiche in cui sono previsti cicli di funzionamento brevi.
In sintesi
I motori a corrente continua con spazzole hanno bobine al centro che ruotano attorno a magneti permanenti, mentre i motori a corrente continua senza spazzole hanno magneti permanenti al centro che ruotano attorno alle bobine. Il design del motore senza spazzole è più adatto per applicazioni che sfruttano la sua maggiore durata e la sua maggiore efficienza energetica. Per un funzionamento più semplice e intuitivo, le applicazioni con tempi di ciclo brevi possono beneficiare del design semplice e immediato dei motori a corrente continua con spazzole.
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