Fırçalı Motorlar Nasıl Çalışır? Komütatör, Fırçalar ve Tork Eğrisinin Açıklaması

Kısa Cevap: Bobinin Akımı Döndükçe Tersine Dönüyor

A fırçalanmış motor iki manyetik parçaya ve bir döner anahtara sahiptir. Alan sabittir ve mahfazadaki kalıcı mıknatıslar veya ayrı bir alan sargısı tarafından üretilir. Çalışma bobinleri armatürün içinde bulunur, mile sabitlenmiş ve serbestçe dönebilen bir demir çekirdeğin etrafına sarılır.

Doğru akım bu bobinlere fırçalar vasıtasıyla ulaşır. Her bir fırça, yalıtılmış bakır parçalardan oluşan bir silindir olan komütatöre baskı yapar. Akım pozitif fırçadan girer, altındaki segmente geçer, bir armatür bobininden geçer ve karşı segment ve fırçadan çıkar. Bu bobin artık manyetik bir alan içerisinde akım taşıdığından, her iki tarafı da hem alana hem de akıma dik açılarda bir kuvvet hisseder ve iki kuvvet, şaftın karşıt taraflarına etki eder. Armatür dönüyor.

İşin püf noktası, sabit akımlı bir bobinin alanla aynı hizaya gelip orada durmasıdır. Komütatör bunu önler. Armatür döndükçe, her fırça bir parçadan diğerine kayar ve nötr düzlemi geçerken o bobindeki akımı tersine çevirir. Bobinin polaritesi değişir, böylece kuvvet rotoru aynı yönde itmeye devam eder. Her bobin için bu ters dönüş, devir başına iki kez gerçekleşir ve zamanlama yalnızca geometri tarafından belirlenir: segment genişliği, fırça genişliği ve fırça konumu.

Her Bir Parça Ne İşe Yarar ve Hangi Belirti Ona İşaret Eder?

Fırçalanmış bir motor düşük performans gösterdiğinde, arıza genellikle beş yerden birinde bulunur ve her biri farklı bir parmak izi bırakır.

Temas yüzeyi parçaların kendisi kadar önemlidir. Komütatör üzerindeki ince, eşit ve koyu renkli film, düşük ark oluşumunu sağlar; parlak kuru bakır genellikle fırçanın çok aşındırıcı olduğu veya motorun uzun süre çok hafif çalıştığı anlamına gelir.

Akım Neden Devir Başına İki Kez Tersine Dönüyor?

1. Besleme akımı pozitif fırçadan ve ona temas eden komütatör segmentine girer.
2. Bu bölüm, akımı, kuzey ve güney ucu olan bir elektromıknatıs haline gelen bir armatür bobini üzerinden yönlendirir.
3. Kuzey ucu, statorun kuzey kutbu tarafından itilir ve statorun güney kutbuna çekilir, böylece armatür döner.
4. Nötr düzlemde fırça, bölümler arasındaki yalıtımlı boşluğu geçer ve bu bobine giden akım kısa süreliğine kesilir.
5. Bir sonraki bölüm devreye girer ve bobinden geçen akımın yönü artık tersine çevrilir.
6. Bobinin kutupları değişti, böylece kuvvet, şaftı frenlemek yerine aynı dönme yönünde itmeye devam ediyor.

Fırçalı motor, etrafına cıvatalanmış bir mıknatısla dönen bir anahtardır. Fırça tozu, fırça ömrü, radyo frekansı gürültüsü ve pratik tavan hızının yanı sıra düşük fiyat da bu anahtardan gelir.

Dördüncü adım, mühendislik çabasının gittiği yerdir. Kısa kesinti sırasında bobinin endüktansı akımın akmasını sağlamaya çalışır ve bu enerjinin bir yere gitmesi gerekir: fırça yüzeyinde küçük bir ark, biraz ısı veya bir bastırma kapasitörünün emdiği voltaj yükselmesi. Fırça kalitesi, yay basıncı ve segment aralığı, arkı binlerce saat boyunca dayanabilecek kadar küçük tutacak şekilde seçilmiştir.

Hız, Tork ve Geri EMF: Sayıları Doğru Okumak

Manyetik alanın içinde dönen bir bobin aynı zamanda bir jeneratördür. Ürettiği voltaj, beslemeye karşı gelir ve geri EMF olarak adlandırılır ve hızla büyür. Aritmetiğin görülmesi kolaydır.

1,2 ohm armatür direncine sahip 12 V fırçalı bir motor alın. Anahtar kapandığı anda rotor sabittir, arka EMF sıfırdır ve sargı yaklaşık 10 A çekebilir. Saniyenin çok küçük bir bölümünde, 3.000 rpm'ye yakın bir hızda çalışırken, geri EMF yaklaşık 10,5 V'a yükselmiş olabilir ve direnç boyunca yalnızca 1,5 V veya yaklaşık 1,25 A kalmış olabilir. Başlangıç ​​akımı ve çalışma akımı farklı miktarlardır ve yalnızca çalışan rakama göre boyutlandırılan bir kaynak her başlangıçta kahverengileşecektir.

• Serbest çalışma hızı, şaft üzerinde hiçbir şey yokken ölçülür; katalog sayfasında belirtilen hız genellikle nominal yükteki değerdir ve bu değer daha düşüktür.
• Toleranslar gerçektir. Yüksüz hızda artı veya eksi yüzde 10'luk bir pencere normaldir ve bitmiş cihazdaki hava akışını, akım çekişini ve gürültüyü değiştirir.
• Durma torku en fazla birkaç saniye için zirve rakamıdır. Sürekli çalışmayı tanımlamak için değil, sigortayı boyutlandırmak için kullanışlıdır.

Fırçalı Motorların Cihaz Tasarımında Hala Kazandığı Yer

Elektroniksiz komütasyon belirli avantajlar sağlar ve bunlar maliyete duyarlı ürünlerde hala önemlidir:

• Şaft gücünün watt başına en düşük birim maliyeti, özellikle 5 W ile 150 W arasında.
• Güvenilir başlangıç torku; motor, kontrol cihazı olmadan sıfır hızdan sert bir şekilde çeker.
• Bir PWM kademesi, seri direnç veya değişken besleme ile hız kontrolü.
• İki ucu değiştirerek yön değişikliği.
• Akü voltajı düşerken zarif davranış.

Bu kombinasyon, fırçalı motorları masaüstü soğutma fanlarında, evaporatif hava soğutucularında, küçük fan ısıtıcılarında, uygun fiyatlı mutfak aspiratörlerinde, su pompalarında ve uzun bir otomotiv aksesuarları listesinde tutar.

Hava hareketi için tahrikleri karşılaştıran cihaz üreticileri, bir tasarımı kilitlemeden önce genellikle her iki türü de değerlendirir. Örneğin, zorlamalı konveksiyon soğutucuları ve masaüstü fanları artık değişken hızda çalışan DC alternatiflerine sahiptir.

Fırça Aşınması, Isı ve Elektrik Gürültüsü: Dürüst Takaslar

Fırça ömrü, ölçülecek ilk şeydir çünkü verebileceğiniz bakım vaadini belirler. Cihaz sınıfı motorlardaki küçük karbon fırçalar genellikle 500 ila 2.000 çalışma saati arasında dayanır ve aralık iyi bir nedenden ötürü geniştir: Tüm gün çalışıp duran bir motor, sürekli çalışan bir motordan daha hızlı aşınır çünkü fırça kaybının büyük kısmı başlangıç ​​yayında meydana gelir.

Isı ikinci sorundur. Bakırda, demirde ve fırça yüzeyinde kayıplar görülür ve rotor, dış havaya giden en kötü yola sahiptir. Sürekli çalışmadaki gerçek sınırı muhafaza sıcaklığı değil, sargı yalıtım sınıfı belirler. Elektriksel gürültü üçüncüsüdür: Fırça yüzeyindeki her yay küçük bir geniş bant vericidir, bu nedenle fırçalı motorlar genellikle bastırma kapasitörleri veya bobinleri önceden takılmış olarak gönderilir.

Fırçalı Motorun Belirlenmesi: Pratik Bir Alıcının Kontrol Listesi

İki tedarikçi "12 V, 3.000 rpm" teklifinde bulunabilir ve yine de aynı cihazda farklı davranan motorlar teslim edebilir, çünkü bir rakam yüksüz durumdayken diğeri belirli bir torkta verilmiştir. Yükleme noktasını yazılı olarak isteyin.

• Nominal voltaj artı uygulamanın gerçekte göreceği aralık.
• Yüksüz hız ve yüksüz akım.
• İstenilen çalışma noktasında hız, tork ve akım.
• Durma torku, ne kadar süre tutulabileceğine ilişkin bir zaman sınırıyla birlikte.
• Gerçek görev döngünüzde yaşam hedefinizi saatler içinde fırçalayın.
• Sürekli veya aralıklı görev ve saat başına beklenen başlangıç ​​sayısı.
• Yalıtım sınıfı ve maksimum sargı sıcaklığı.
• Takılan bastırma bileşenleri ve bunların karşıladığı emisyon standardı.
• Mil çapı, uzunluğu ve toleransının yanı sıra flanş ve vida düzeni.
• Yük noktasında belirtilen mesafede dB(A) cinsinden akustik gürültü.
• Hedef pazarda gerekli sertifikalar.

Aynı zamanda bir kişiyle çalışmaya da yardımcı olur. küçük elektrik motoru tedarikçisi Bu, yalnızca katalog öğelerini göndermek yerine bir çizime veya numuneye dayalıdır, çünkü iki milimetrelik şaft uzunluğu veya farklı bir fırça kalitesi genellikle takılan bir motor ile uymayan bir motor arasındaki farktır. nasıl komütatör ve fırça tertibatı Gerçek yük altında nasıl davrandığı, çizim imzalanmadan önce gözden geçirilmeye değerdir.

Fırçalı veya Fırçasız: Pişman Olmadan Seçim Yapmak

Karar genellikle ham performanstan ziyade görev döngüsü ve kontrol gereksinimlerine göre verilir.

Mutfak havalandırması bu değişimi açıkça gösteriyor: davlumbazlar uzun ve düzensiz sürelerle çalışıyor ve düşük hızda gürültüye göre değerlendiriliyor, dolayısıyla değişken hızlı DC sürücüler bu pazardan giderek artan bir pay alıyor.