Чем отличаются бесщеточные двигатели от щеточных?

Производители электроинструмента в техпаспорте часто указывают тип двигателя: щеточный или бесщеточный. Можно встретить и другие варианты названия: коллекторный и бесколлекторный электрические двигатели. Сегодня мы рассказываем, в чем разница между этими двумя типами и разбираем преимущества и недостатки каждого.

Щеточный двигатель: как устроен, плюсы и минусы, сфера применения

Конструкция коллекторного электродвигателя включает в себя две основные части: вращающийся ротор (якорь) и неподвижный статор. Ротор состоит из вала и трех катушек с медной обмоткой, которые выполняют роль электромагнитов. На концах вала находятся подшипники. В статоре установлены постоянные магниты или катушка возбуждения.

Коллектор (коммутатор) ротора состоит из медных пластин, к которым присоединяются выводы с обмоток. По коллектору скользят графитовые щетки, через которые подается ток питания. При контакте щетки с определенной пластиной электричество запитывает соединенную с ней катушку. Таким образом в обмотках ротора возникает электромагнитное поле. В результате отталкивания и притяжения электромагнитов ротора к постоянным магнитам статора создается крутящий момент.

Среди достоинств щеточного типа двигателей отмечают следующие:

1. простая конструкция понятна даже непрофессионалам;

2. обслуживание проще, а ремонт дешевле, чем у бесщеточных двигателей;

3. коллекторные двигатели стоят значительно дешевле бесколлекторных, иногда в несколько раз.

К недостаткам моторов этого типа относят такие моменты:

1. коэффициент полезного действия, а значит, и производительность ниже по сравнению с бесщеточными двигателями;

2. меньшее количество оборотов холостого хода;

3. трение щеток приводит к нагреву двигателя, из-за чего сокращается время беспрерывной работы;

4. щетки изнашиваются и требуют периодической замены.

Двигатели коллекторного типа являются более ранней и распространенной технологией по сравнению с бесколлекторными. В зависимости от мощности щеточные моторы используют как в промышленном оборудовании, так и в бытовой технике и электроинструментах. Для работ небольшого или среднего объема и интенсивности инструменты с щеточным двигателем являются удобным бюджетным вариантом. При своевременном правильном уходе это оборудование прослужит долгое время.

Бесщеточный двигатель: как устроен, преимущества и недостатки, где используется

Работа двигателей этого типа также основывается на взаимодействии полей между электромагнитом и постоянным магнитом. При этом встречаются разные типы конструкции бесщеточного двигателя:

1. наружный ротор с постоянными магнитами и внутренний статор с электромагнитными катушками;

2. наружный статор с тремя парами обмоток, а якорь — с постоянными магнитами.

При поочередной подаче напряжения на катушки происходит взаимодействие электромагнитов с постоянными магнитами. Так как ток разной полярности одновременно подается на две пары обмоток, это будет притяжение у одних катушек и отталкивание у других. В результате этого взаимодействия полей создается крутящий момент электродвигателя.

Главным отличием от коллекторного мотора является способ подачи и переключения напряжения на катушках. В конструкции бесщеточного двигателя отсутствуют коллектор и щетки. Ток подается на обмотки через приложенную трехфазную систему напряжения. Положение ротора во время вращения определяется с помощью трех датчиков Холла. Эти данные передаются в электронный контроллер (микропроцессор). С учетом положения ротора контроллер определяет, на какие пары обмоток надо подавать напряжение.

Бесщеточные двигатели обладают рядом преимуществ по сравнению с щеточными.

1. Коэффициент полезного действия бесколлекторных моторов достигает 90%, а у коллекторных не превышает 75%. Больший КПД означает более высокую мощность и производительность при одинаковом потреблении энергии.

2. Двигатель не греется из-за трения, так как нет щеточно-коллекторного узла. Благодаря этому увеличивается время беспрерывной работы. Отсутствие искр повышает безопасность использования.

3. Бесщеточный двигатель быстрее разгоняется и поддерживает более высокие обороты.

4. Лучшая энергоэффективность позволяет бережнее расходовать заряд батареи у аккумуляторных инструментов.

5. Надежность бесколлекторных двигателей выше, так как щеточно-коллекторный узел является уязвимым местом и подвержен поломкам. При этом стоит помнить, что надежность и срок службы зависят не только от типа конструкции. Решающую роль здесь играют качество материалов, деталей и сборки.

Теперь рассмотрим недостатки бесщеточных двигателей.

1. Стоимость оборудования с этим типом моторов существенно выше, чем у инструментов с щеточными двигателями. Речь идет о сравнении устройств одного класса со схожими характеристиками.

2. В случае поломки отремонтировать бесщеточный двигатель будет сложнее и дороже. В моторах бесколлекторного типа самым уязвимым местом является электроника. Это подразумевает значительные денежные затраты при ремонте.

Благодаря своим преимуществам бесщеточные двигатели получают все большее распространение. Эти моторы выигрывают конкуренцию у коллекторных при работах большого объема и высокой интенсивности, поэтому ими чаще оснащают промышленное оборудование и профессиональные инструменты. Бесщеточным двигателям также отдают предпочтение, если от устройства требуются определенные технические характеристики, например, большая удельная мощность или высокие обороты.

Выводы

Выбор между оборудованием с щеточным или бесщеточным двигателем зависит от стоящих задач по его применению. Если инструмент предназначается для периодического бытового использования, то главными факторами будут невысокая цена и простое обслуживание щеточных моторов. В случае, когда работы поставлены на поток и требуется высокая надежность, лучше выбирать устройства с бесколлекторным двигателем.