Główna różnica polega na tym, że silnik szczotkowy wykorzystuje fizyczne szczotki i komutator do dostarczania prądu elektrycznego do uzwojeń silnika, podczas gdy silnik bezszczotkowy (BLDC) używa elektronicznych sterowników zamiast szczotek, aby przełączać prąd w uzwojeniach. Silniki szczotkowe mają prostą, opłacalną konstrukcję i zapewniają dobry moment przy niskich prędkościach, ale powodują tarcie i zużycie w czasie, wymagając regularnej konserwacji. Silniki bezszczotkowe są bardziej złożone pod względem integracji, ale eliminują tarcie, co skutkuje wyższą sprawnością, dłuższą żywotnością, cichszą pracą i mniejszymi wymaganiami konserwacyjnymi.
| Cecha | Silnik szczotkowy | Silnik bezszczotkowy |
|---|---|---|
| Sprawność | Średnia | Wysoka |
| Żywotność | Krótka, z powodu zużycia szczotek | Długa, ponieważ nie ma szczotek, które mogłyby się zużyć |
| Osiągi | Średnia prędkość, wysoki moment rozruchowy | Wyższa prędkość |
| Hałas | Głośniejszy z powodu tarcia szczotek | Cichy, z powodu braku tarcia |
| Koszt | Niższy koszt początkowy | Wyższy koszt początkowy z powodu złożonych układów sterowania |
| Złożoność | Prosty, można sterować przełącznikami kołyskowymi lub podobnymi | Złożony, wymaga elektronicznego sterownika |
Przeglądaj wszystkie nasze elektryczne siłowniki liniowe — od mikro po przemysłowe!
Silnik DC szczotkowy
Silnik DC szczotkowy składa się z kilku głównych elementów, które wraz z zasilaczem DC tworzą wirujący silnik. Wirnik, komutator, szczotki i układ magnesów biegunów przedstawiono na Rysunku 1 poniżej.
Rysunek 1: Rysunek (po lewej) i rzeczywisty przykład (po prawej) silników DC szczotkowych
Nasz rysunek pokazuje uproszczony wirnik dla łatwiejszego zobrazowania przepływu prądu; jednak silniki DC szczotkowe mają wiele uzwojeń na wirniku. Szczotki ładują komutator, który dostarcza prąd przez wirnik w biegunowości przeciwnej do magnesu trwałego. Powoduje to obrót wirnika wskutek przyciągania magnesów.
Silniki DC szczotkowe są łatwe w obsłudze, ponieważ należą do najprostszych typów silników, jednak ich żywotność jest krótsza w porównaniu z silnikami bezszczotkowymi. Z powodu fizycznego kontaktu szczotek z komutatorem iskrzenie jest częstym problemem silników szczotkowych. Ten kontakt powoduje też zużycie szczotek w czasie oraz pewne straty energii wynikające z generowanego tarcia.
Wybierz odpowiedni system sterowania dla swojego siłownika z naszej szerokiej oferty!
Sterownik silnika DC bezszczotkowego
Silnik DC bezszczotkowy (BLDC) eliminuje główne nieefektywności swojego szczotkowego odpowiednika. Silnik składa się z magnesów trwałych i cewek, które dzięki serii idealnie zsynchronizowanych impulsów zasilania powodują, że magnes trwały w środku obraca się wokół otaczających go cewek. Dla odniesienia poniżej zamieściliśmy schemat silnika bezszczotkowego na Rysunku 2.
Rysunek 2: Rysunek (po lewej) i rzeczywisty przykład (po prawej) silników DC bezszczotkowych
Cewki w silniku bezszczotkowym są zasilane w określonej sekwencji (Rysunek 3), co powoduje obrót magnesów trwałych na wirniku. Odbywa się to bez żadnego kontaktu mechanicznego i pozwala uzyskać bardziej efektywny, trwalszy silnik DC.
Rysunek 3: Sekwencja zasilania cewek
Aby realizować przebieg pokazany na Rysunku 3, silnik DC bezszczotkowy wymaga Elektronicznej Jednostki Sterującej (ECU), która określa położenie wirnika i to, które cewki należy zasilać.
W przeciwieństwie do silników DC szczotkowych, które do obrotu wymagają przyłożenia 12VDC bezpośrednio do silnika, silnik DC bezszczotkowy wymaga zasilania trójfazowego. Oznacza to, że sterownik silnika DC bezszczotkowego musi dostarczać odpowiednią moc do poszczególnych cewek, aby uzyskać obrót. Korzystając z naszego LC-241 Brushless DC Motor Controller, na zaciski wejściowe można podać 12VDC przy 5A, używając zasilacza. Następnie jest to konwertowane na zasilanie trójfazowe do sterowania naszymi niestandardowymi silnikami bezszczotkowymi. W następnej sekcji podstawowy schemat okablowania pomoże w testowaniu bezszczotkowego siłownika DC.
Podłączanie silników bezszczotkowych do przełączników kołyskowych
Progressive Automations oferuje mini siłownik liniowy PA-14 w opcji bezszczotkowego DC dla zamówień niestandardowych. Nasz schemat okablowania dla bezszczotkowych siłowników PA-14 przedstawiono na Rysunku 4 poniżej.
Rysunek 4: Schemat okablowania dla bezszczotkowego siłownika PA-14
Krok 1
Podłącz 3 przewody sterownika silnika z bezszczotkowego siłownika PA-14 do LC-241 Brushless DC Motor Controller. Przewody są zazwyczaj zielony, niebieski i biały — podłącz je odpowiednio do zacisków U, V i W. Upewnij się, że połączenia silnika bezszczotkowego są mocno dokręcone. Jeśli kolory przewodów są inne, podłączenie ich w niewłaściwej kolejności spowoduje jedynie ruch elektrycznego liniowego siłownika w przeciwnym kierunku niż zamierzony.
Krok 2
Podłącz pin SPD do masy Twojego źródła zasilania 12 VDC, aby włączyć wbudowany potencjometr do regulacji prędkości. Upewnij się, że potencjometr jest przekręcony zgodnie z ruchem wskazówek zegara na pełną prędkość.
Krok 3
Podłącz pin GND do pinów wspólnych w Twoim przełączniku kołyskowym.
Krok 4
Podłącz pin RUN do obu stron przełącznika kołyskowego. To ważne, ponieważ zarówno kierunek do przodu, jak i wsteczny wymagają, aby pin RUN był zwarty do masy, aby działać.
Krok 5
Podłącz pin REV do jednej strony przełącznika kołyskowego. Ta strona będzie odpowiadać za kierunek wsteczny.
Krok 6
Podaj 12VDC do sterownika silnika DC bezszczotkowego — przy pierwszym uruchomieniu słychać sygnał dźwiękowy.
Rysunek 5: Fizyczne okablowanie bezszczotkowego siłownika PA-14
Podstawowa konfiguracja jest teraz zakończona; używając przełącznika kołyskowego, siłownik można wysuwać i wsuwać. Problem z bezszczotkowym siłownikiem DC polega na tym, że wewnętrzne wyłączniki krańcowe nie są w stanie odciąć zasilania siłownika tak, jak dzieje się to w silnikach DC szczotkowych. Wynika to z faktu, że do PA-14 Brushless Motor doprowadzane jest zasilanie trójfazowe. Bezszczotkowy siłownik elektryczny PA-14 ma wbudowane sprzężenie zwrotne wyłącznika krańcowego, które można wykorzystać z PLC lub mikrokontrolerem do sygnalizowania, że siłownik osiągnął koniec skoku. Sprzężenie działa jak przełącznik typu Normalnie Zamknięty na Normalnie Otwarty, co jest kluczowe przy integracji bezszczotkowego PA-14 z zastosowaniami w świecie rzeczywistym.
Mamy też artykuł: Ciągłe wysuwanie & wsuwanie skoku siłownika za pomocą bezszczotkowego silnika DC — znajdziesz tam przykłady kodu.
Nowy i ulepszony mini siłownik PA-01 (ulepszona wersja PA-14) to obecny model, który oferujemy z szeregiem dodatkowych korzyści. Aby porównać, sprawdź tabele poniżej i zyskaj pewność przy modernizacji!
|
|
PA-01 |
PA-14 |
|
Opcje obciążenia dynamicznego |
16, 28, 56, 112, 169, 225 lbs |
35, 50, 75, 110, 150 lbs |
|
Maksymalne obciążenie |
225 lbs |
150 lbs |
|
Najszybsza prędkość |
3.54 "/sec |
2.00"/sec |
|
Klasa szczelności IP |
IP65 |
IP54 |
|
Opcje skoku |
1" to 40" |
1" to 40" |
|
Sprzężenie zwrotne efektu Halla |
Opcjonalne |
Nie |
Podłączanie silników szczotkowych do przełączników kołyskowych
Większość naszych elektrycznych siłowników liniowych jest dostępna „z półki” z silnikami DC szczotkowymi. Łatwa obsługa silników DC szczotkowych pozwala na wpięcie przełączników kołyskowych pomiędzy zasilacz DC a silnik szczotkowy bez potrzeby stosowania dodatkowego sterownika.
Rysunek 6: Schemat okablowania przełącznika kołyskowego z siłownikiem z silnikiem szczotkowym
Powyższy schemat okablowania siłownika można zrealizować, wykonując kilka kroków:
- Górny lewy i dolny prawy zacisk należy połączyć z masą zasilacza.
- Górny prawy i dolny lewy zacisk należy połączyć z zaciskiem +12V zasilacza.
- Środkowy prawy i środkowy lewy zacisk należy połączyć z dwoma przewodami wychodzącymi z siłownika.
Taki sposób okablowania przełącznika siłownika pozwala operatorowi zmieniać kierunek przepływu prądu doprowadzanego do siłownika, aby zmienić kierunek ruchu. Aby zobaczyć fizyczny przykład obwodu okablowania siłownika z przełącznikiem kołyskowym, ten film jest świetną ilustracją.
Rysunek 7: Fizyczne okablowanie przełącznika kołyskowego z siłownikiem z silnikiem szczotkowym
Chcesz wprowadzić automatykę do swojego domu? Zobacz nasze produkty do automatyki domowej!
Jaka jest główna różnica między silnikami DC szczotkowymi a bezszczotkowymi?
Silniki szczotkowe używają szczotek węglowych i komutatora do dostarczania prądu do uzwojeń silnika, podczas gdy silniki bezszczotkowe DC (BLDC) wykorzystują elektroniczne sterowniki do przełączania prądu. Silniki szczotkowe są prostsze, bardziej opłacalne i zapewniają dobry moment przy niskich prędkościach, natomiast bezszczotkowe cechują się wyższą sprawnością, dłuższą żywotnością i cichszą pracą.
Który typ silnika lepiej nadaje się do długotrwałej pracy — szczotkowy czy bezszczotkowy?
Silniki bezszczotkowe lepiej sprawdzają się w długotrwałej pracy, ponieważ nie mają szczotek ulegających zużyciu. Zmniejsza to tarcie, nagrzewanie i potrzeby konserwacyjne, co przekłada się na znacznie dłuższą żywotność w porównaniu z silnikami szczotkowymi.
Jakie są główne zalety silników DC bezszczotkowych?
Silniki DC bezszczotkowe oferują wyższą sprawność, dłuższą żywotność, cichszą pracę oraz lepszą kontrolę prędkości i momentu. Wytwarzają też mniej ciepła i wymagają niewielkiej lub żadnej konserwacji, dzięki czemu idealnie nadają się do zastosowań ciągłych lub precyzyjnych.
Jakie są wady silników bezszczotkowych w porównaniu z szczotkowymi?
Główne wady silników bezszczotkowych to wyższy koszt początkowy oraz konieczność użycia elektronicznego sterownika. Sprawia to, że są bardziej złożone i droższe w instalacji niż silniki szczotkowe, które są prostsze i tańsze dla podstawowych zastosowań z nieciągłymi cyklami pracy.
Czy silniki bezszczotkowe naprawdę działają dłużej?
Tak. Ponieważ nie mają szczotek, które zużywają się przez tarcie, silniki bezszczotkowe mogą działać dłużej niż szczotkowe, zwłaszcza w zastosowaniach ciągłych lub o wysokim cyklu pracy.
Czy silniki bezszczotkowe są bardziej wydajne lub mocniejsze niż szczotkowe?
Silniki bezszczotkowe są bardziej wydajne, ponieważ tracą mniej energii w postaci ciepła i utrzymują stabilny moment. Oba typy mogą zapewniać wysoką wydajność, jednak konstrukcje bezszczotkowe oferują lepszy stosunek mocy do masy i ogólnie płynniejszą pracę.
Czy silnik bezszczotkowy jest wart swojej wyższej ceny?
W większości przypadków tak. Wyższy koszt początkowy rekompensują mniejsze wymagania konserwacyjne, większa efektywność energetyczna i dłuższa żywotność, co obniża całkowity koszt posiadania w czasie.
Czy silniki bezszczotkowe wymagają mniejszej konserwacji?
Tak. Ponieważ nie ma szczotek ani komutatorów do wymiany, silniki bezszczotkowe wymagają minimalnej konserwacji — zwykle jedynie okresowego czyszczenia lub inspekcji pod kątem kurzu i zanieczyszczeń.
Czy silnik bezszczotkowy może się przegrzać i jak temu zapobiec?
Silniki bezszczotkowe mogą się przegrzewać z przyczyn elektrycznych, jeśli są przeciążone lub słabo wentylowane, przez co ciepło od prądu nie może się odprowadzić, ale zdarza się to rzadziej niż w silnikach szczotkowych, które mogą się przegrzewać zarówno z przyczyn mechanicznych, jak i elektrycznych. Przegrzewaniu można zapobiec, dobierając odpowiednią siłę, stosując sterownik silnika o właściwych parametrach oraz zapewniając odpowiedni przepływ powietrza.
Który typ silnika jest najlepszy do siłowników liniowych i systemów automatyki?
Silniki DC bezszczotkowe są na ogół najlepszym wyborem do siłowników liniowych i systemów automatyki. Zapewniają płynniejszy ruch, wyższą efektywność i dłuższą trwałość — kluczowe w zastosowaniach precyzyjnych, ciągłych lub o wysokim cyklu pracy. Silniki szczotkowe pozostają jednak dobrym rozwiązaniem do prostych lub niskokosztowych zastosowań, w których przewiduje się krótkie cykle pracy.
Podsumowanie
Silniki DC szczotkowe mają cewki w środku, które obracają się wokół magnesów trwałych, podczas gdy silniki DC bezszczotkowe mają magnes trwały w środku, który obraca się wokół cewek. Konstrukcja silnika bezszczotkowego lepiej sprawdza się w zastosowaniach, które wykorzystają jego dłuższą żywotność i większą efektywność energetyczną. Do prostszej i łatwiejszej obsługi w aplikacjach o krótkich czasach cyklu można wykorzystać przyjazną użytkownikowi konstrukcję silników DC szczotkowych.
Jeśli masz jakiekolwiek pytania lub chcesz porozmawiać o naszych produktach, nie wahaj się z nami skontaktować! Jesteśmy ekspertami w tym, co robimy, i chcemy mieć pewność, że znajdziesz najlepsze rozwiązanie do swojego zastosowania.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123