Принцип работы бесщеточного генератора: Бесконтактные индукторные генераторы. Принцип работы

устройство, принцип работы, преимущества и недостатки

Генераторы — это электрические машины для трансформации механической, тепловой и других типов энергии в электрическую.

Среди всех прочих, наиболее популярны генераторы, преобразующие в электричество энергию вращения. Источников данного вида движения можно назвать множество:

• двигатели внутреннего сгорания;
• вращающиеся колеса вагона;
• льющаяся на лопасти водяной мельницы вода и т.д.

Обычно, в конструкции генераторов используются щеточные узлы для передачи постоянного тока на вращающийся якорь, который выступает в роли постоянного магнита. Щетки, в силу механической конструкции, являются их слабым звеном.

Щеточный узел требует регулярного обслуживания, чистки и замены подверженных износу деталей. Этого недостатка лишены бесщеточные схемы возбуждения.

Устройство

Самыми распространенными, за счет простоты конструкции и практической надежности, являются бесщеточные синхронные генераторы с компаундной системой возбуждения.

Как любая другая электрическая машина, данный генератор состоит из двух ключевых узлов:

• вращающийся ротор, с расположенными на нем обмотками возбуждения с выпрямительными диодами;
• неподвижный статор, с основной обмотки которого снимается напряжение для питания потребительской нагрузки, а дополнительная обмотка с компенсирующим конденсатором предназначена для усиления магнитного потока. Обмотки статора питаются напрямую от ступенчатого стабилизатора напряжения и, как правило, соединены по схеме «звезда».

При пуске генератора, ток в обмотках ротора индуцируется остаточной намагниченностью железа генератора. За счет кремниевых выпрямительных диодов, ток индуцирует постоянное магнитное поле, которое при вращении приводит к возбуждению ЭДС в статорных обмотках. Замкнутая через компенсирующий конденсатор дополнительная обмотка, усиливает начальную намагниченность и запускает процесс лавинообразного возбуждения генератора, продолжающийся до момента насыщения магнитного потока.

После этого, к генератору можно подключать потребительские устройства и агрегаты.

Чтобы подключение нагрузки не приводило к понижению выдаваемого напряжения, применяется компаундное регулирование. Оно осуществляется за счет того, что обмотки статора располагаются таким образом, чтобы оси их магнитных полей были смещены на 90 градусов. При этом, увеличение тока в цепи нагрузки приводит к повороту магнитного поля ротора в сторону основной обмотки и, следовательно, увеличению индуцируемой в ней ЭДС. Выходное напряжение стабилизируется.

Преимущества и недостатки

По сравнению с обычными генераторами бесщёточный имеет ряд преимуществ:

1. Нет угольной пыли, являющейся причиной электрических пробоев.
2. Нет необходимости в замене изношенных щеток и проточке коллектора якоря.
3. Меньшее количество механических конструкций даёт более высокую надежность при минимальных трудозатратах на обслуживание.
4. На  работу бесщёточного синхронного генератора не влияют окружающие климатические условия, его применение экономически целесообразно.
5. Бесщёточные генераторы просты по конструкции и недороги.

К недостаткам можно отнести то, что данные генераторы могут быть только однофазными и имеют невысокий КПД, что, впрочем, устранимо путем применения системы независимого возбуждения с электронными регуляторами.

Бесщёточный синхронный генератор в настоящее время активно используется в бензиновых электростанциях, в речных и морских судах — везде, где их применение оправдано требованиями повышенной надёжности и долгого срока эксплуатации.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад, если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Всего доброго.

СИСТЕМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ БЕСЩЁТОЧНЫХ СИНХРОННЫХ СУДОВЫХ ГЕНЕРАТОРОВ

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

 

 

Системы возбуждения, используемые в настоящее время на судах действующего флота, являются замкнутыми комбинированного типа прямого действия с амплитудно-фазовым компаундированием.

В качестве объекта управления в основном применяется надежный бесщеточный синхронный генератор с предвозбудителем или без него.

    1.1 Бесщёточный синхронный генератор

Одним из основных недостатков при обслуживании судовых синхронных генераторов является наличие щёточно-кольцевого аппарата. Этот узел наиболее изнашивается в процессе работы. Большое количество пыли от угольных щёток загрязняет обмотки, создавая проводниковые мосты между токоведущими частями синхронного генератора и корпусом: ухудшается изоляция генератора, уменьшая срок их службы, требуется внеочередной ремонт с полной разборкой.

Всё это отсутствует у бесщёточных синхронных генераторов. Возбуждение СГ осуществляется небольшим по размерам возбудителем переменного тока, состоящим из трёхфазной обмотки, расположенной на роторе генератора и электромагнитных полюсов, находящихся на статоре рядом со статорной обмоткой основной машины. Обмотка возбуждения возбудителя питается постоянным током от автоматического регулятора напряжения. Трёхфазный переменный ток, генерируемый в роторной обмотке, выпрямляется трёхфазным выпрямителем, расположенным на роторной обмотке возбудителя и поступает на роторную обмотку возбуждения генератора. Выпрямительное устройство бесщёточного генератора состоит из кремниевых диодов, соединённых по трёхфазной мостовой схеме, регулируемого балластного резистора и сглаживающего конденсатора.

Бесщёточный синхронный генератор (рис. 1.1) состоит из следующих компонентов, где:

G — статорная обмотка, выходная;

F_G — роторная обмотка возбуждения генератора;

Si — блок вращающихся кремниевых выпрямителей;

E — роторная обмотка возбудителя, выходная;

F_E — статорная обмотка возбуждения;

EVA — внешний реостат задающего напряжения;

AVR — автоматический регулятор напряжения (АРН).

Статорная обмотка синхронного генератора уложена в пазы железа статора и представляет собой три обмотки, соединенные звездой.

Конструктивно БСГ объединён с возбудителем переменного тока и вращающимся выпрямительным устройством в один агрегат. Отличительной особенностью БСГ является отсутствие контактных колец и щёток.

Возбудитель представляет собой обращённый трёхфазный синхронный генератор, у которого обмотка возбуждения является неподвижной и питается непосредственно от автоматического регулятора напряжения. В некоторых рассматриваемых далее системах возбуждения и регулирования напряжения генераторов (например,“TAIYO”, “MITSUBISHI”) обмотка возбуждения возбудителя состоит из двух частей: основной и управляемой от AРН, что обеспечивает более надёжное начальное возбуждение.

Трёхфазная роторная обмотка возбудителя, соединённая звездой подключена к роторной обмотке генератора через трёхфазный блок вращающихся кремниевых выпрямителей, который находится между этими  двумя  обмотками,  ближе  к  возбудителю,  на специально

Рис. 1.1. Бесщёточный синхронный генератор

смонтированном изоляционном кольце. Кольцо и вентили вращаются вместе с роторами генератора и возбудителя и размещёны на общем валу.

Трёхфазный переменный ток, генерируемый при вращении в роторной обмотке возбудителя, выпрямляется трёхфазным кремниевым выпрямителем, расположенным на роторной обмотке возбудителя, и постоянное напряжение поступает на роторную обмотку генератора. Расположение вращающихся выпрямителей на роторной обмотке возбудителя удобно как для воздушного охлаждения, так и проведения обслуживания и ремонтных работ при проверке и замене вентилей.

В дополнение к кремниевому выпрямителю параллельно выходному напряжению подключается сглаживающий конденсатор и разрядный резистор для предотвращения обмотки возбуждения и конденсатора от пробоя.

Благодаря такой конструкции, исчезает необходимость в контактных кольцах и щётках для подвода тока к обмотке возбуждения генератора. Таким образом, возбудитель совместно с AРН позволяет поддерживать напряжение генератора с заданным отклонением при малых и больших нагрузках и обеспечивает защиту от короткого замыкания. Отсутствие щёточной аппаратуры значительно повышает надёжность БСГ, сокращает трудозатраты на обслуживание ввиду отсутствия угольной пыли на обмотках. Они также могут применяться и на высоких частотах вращения первичных двигателей, чем обеспечивается более надёжное возбуждение.

У БСГ, также как и у обычных синхронных генераторов, имеется демпферная обмотка. Она находится на явных полюсах ротора и имеет вид широких медных шин, соединенных в беличью клетку. Назначением демпферной обмотки является предотвращение колебаний напряжения ввиду резкого изменения нагрузки при параллельной работе генераторов, а также ограничение повышения третьей гармоники напряжения с увеличением нагрузки.

В результате совместных усилий обмоток статора генератора и возбудителя создаётся результирующая магнитодвижущая сила а, следовательно, и поток возбуждения, обеспечивая реакцию ротора и падение напряжения в обмотке статора генератора во всех режимах работы – от холостого хода до номинальной нагрузки.

Возбудитель переменного тока представляет собой обращённый синхронный генератор роторного типа. Ротор установлен на том же валу, что и ротор генератора и представляет собой трехфазную обмотку переменного тока. Нагрузкой возбудителя является обмотка возбуждения статора, поэтому необходим возбудитель переменного тока высокой частоты: чем выше частота, тем больше возбуждение. Однако высокая частота стремится увеличить потери в железе. Так как увеличение числа полюсов пропорционально увеличению частоты, то частота особенно ограничивается при использовании на низкой частоте вращения с точки зрения экономичности конструкции. В основном, для возбудителя переменного тока принята частота 60 Гц.

Кремниевый выпрямитель возбудителя переменного тока. Учитывая электрические и механические свойства, кремниевый выпрямитель для бесщёточного синхронного генератора должен быть высоконадежным, небольших габаритов и массы.

Он состоит из кремниевой части, которая закреплена вертикально на тонкой пластине основания, для надежного контакта пластины, основания и элемента, и питающего провода. Этот силовой тип контакта кремниевого элемента выпрямителя использует свою огромную силу, когда она приложена вертикально вместе с давлением по направлению к пластине основания и проявляет великолепные характеристики, учитывая такие механические недостатки как внешнее давление, центробежная сила, вибрация системы в действии. Все главные части кремниевого элемента типа P-N перехода помещены в кожух, в котором находится инертный газ, на работу которого не влияют окружающие атмосферные условия.

В дополнение к кремниевому выпрямителю параллельно подключены конденсатор и резистор для предотвращения от чрезмерного напряжения обмоток, предохраняя их от пробоя. При сборке вышеупомянутых компонентов FUJI El. произвел тщательную проверку их механической силы и местоположения, минимизируя пространство для установки, добиваясь однородной и эффективной вентиляции.

По габаритам БСГ сохранил те же размеры что и обычные СГ.

В настоящее время бесщеточные синхронные генераторы успешно используются на судах в качестве основных и аварийных источников электроэнергии.

Рис. 1.2. Изоляция вала БСГ от наводящих токов

Для предотвращения возникновения токов на валу генератора, появляющихся благодаря разбалансу магнитного сопротивления магнитных цепей, используются изоляторы на боковых крышках, как показано на рис. 1.2. Напряжение на валу для генераторов повышенных напряжений и частот обычно составляет 1 В и менее, и реже несколько вольт. Значение сопротивления изолятора должно быть 1-3 кΩ. Если масляная пленка с принудительной смазкой местами исчезает, это может привести к поломке подшипника или аварии генератора в целом.

В основном БСГ не требует особых трудозатрат на обслуживание. Достаточно почаще менять фильтры на воздухозаборах.

Таким образом, БСГ обеспечивает максимум надежности при минимуме трудозатрат на обслуживание.

1.2. Элементы системы возбуждения

Одним из основных элементов системы возбуждения синхрон   ных генераторов является трёхфазный трёхобмоточный  трансформатор TWT (рис. 1.3). Этот трансформатор разработан для:

§     получения тока возбуждения, необходимого генератору для выработки номинального напряжения на холостом ходу и под нагрузкой;

§     поддержания постоянного значения номинального напряжения путём компенсации падений напряжения, возникающих в генераторе в соответствии с векторной диаграммой;

§     подпитки обмотки возбуждения генератора суммарным током, выпрямленным главным выпрямителем.

Конструктивно трёхфазный трансформатор представляет собой систему из трёх обмоток со стальным Ш-образным сердечником, имеющим обмотки напряжения и тока. Уменьшенный размер сердечника используется для получения более упрощённой конструкции. Обмотки размещены таким образом, что воздушное пространство между проводами настолько мало, насколько возможно и таким образом в большой степени улучшает эффективность отвода температуры. Кроме того, поверхность изоляции сконструирована так, что площадь незащищённой поверхности на открытом пространстве увеличена и как результат – уменьшение колебаний температуры на поверхности изоляции. В результате местный перегрев внутри обмоток устраняется, что увеличивает надёжность.

Главный выпрямитель MR разработан для выпрямления выходного тока трёхфазного трансформатора, питания обмотки возбуждения генератора и использует кремниевый элемент выпрямления. Он защищён от обратного напряжения путём применения конденсатора C, описанного ниже так же, как и сам эффект хранения заряда этим конденсатором.

Реактор переменного тока L подсоединяется на фазные клеммы параллельно статорной обмотке генератора и предназначен для сдвига вектора тока холостого хода относительно напряжения генератора на угол, равный примерно 90° в сторону отставания.

Рис. 1.3. Принципиальная схема системы возбуждения и регулирования

Конструкция реактора такова, что величина зазора может быть легко выставлена для получения необходимого значения. Замыкающая секция построена так, что в соответствии с результатами испытаний при работе с высокой температурой, величина зазора, изменённая ухудшением изоляции, может быть успешно компенсирована. Обмотка катушки должна непосредственно проходить вокруг железного сердечника, таким образом, высокая температура в достаточной степени передаётся железному сердечнику. В проекте то же самое рассмотрено относительно изоляции. Результат состоит в том, что реактор имеет компактный размер и обеспечен достаточной индуктивностью, требуемой регулятором.

Вся конструкция в целом пригодна к работе в виде, разработанном для предотвращения появления прогибов и деформаций.

Результаты испытания на вибрацию доказывают, что устройство практически несмещаемо.

Блок конденсаторов С. Этот тщательно подобранный блок конденсаторов позволяет возникать резонансу в цепи реактора переменного тока и конденсатора. Поэтому на ток возбуждения в генераторе практически не влияют изменения значений сопротивления при повышении температуры в цепи возбуждения.

Соответственно, напряжение генератора устойчиво и не колеблется при изменениях температуры. Это позволяет чрезвычайно легко поддерживать напряжения на постоянном уровне, когда генератор запущен и нет необходимости предвозбуждать генератор, у которого небольшой остаточный магнетизм. В результате получаем возможность поддерживать постоянное значение вырабатываемого напряжения. В целом для выпрямительных цепей, имеющих большие значения индуктивности на входе и выходе, вырабатываемая выходная кривая (синусоида) напряжения искажена, что препятствует управлению напряжением через тиристор. Однако при установке конденсатора в цепь выпрямителя, форма кривой напряжения формируется таким образом, что обеспечивается устойчивый контроль изменения переменного напряжения. Конденсатор имеет малые габариты и размеры так, что внутренние потери сведены к миниму­му — отклонение температуры на 10 °С ниже, чем у других конденсаторов. Что касается конструкции, особое внимание уделено варианту комплектации, в котором монтажная площадка и клеммная колодка расположены таким образом, что конденсатор может удовлетворительно работать при качке и вибрации судна.

Внешний реостат уставки напряжения EVA используется в качестве задатчика эталонного напряжения, с которым сравнивается текущее напряжение генератора. В целом, заданное напряжение устанавливается в диапазоне ±5 % от номинального значения и регулируется внешним резистором, имеющим следующие данные: сопротивление R=1,5 kΩ, мощность 2 KW.

Питающий трансформатор PT предназначен для питания цепей AРН. Он удовлетворяет предъявленным требованиям к питанию цепей управления и стандартизирован.

Компенсатор уравнительного тока используется при работе генератора в параллели. Он состоит из: компенсационного токового трансформатора ССТ и разностного токового трансформатора DCT, резистора CCR и нормально замкнутого контакта автоматического выключателя ACB. Данный контакт размыкается при включении на параллельную работу второго генератора. Таким образом, наличие обмотки DCT AРН2, у подключённого в параллель генератора, обеспечивает равномерное распределение реактивной нагрузки между генераторами.

Шунтовой резистор RS является регулируемым реостатом для использования в шунтирующей цепи тиристора, установленного в выходной цепи трёхфазного трансформатора.

Контрольные вопросы

1.    Из каких элементов состоит система возбуждения СГ?

2.    Как обеспечивается первоначальное возбуждение СГ?

3.    Устройство и назначение реактора и блока конденсаторов.

4.    Устройство и назначение трехобмоточного трансформатора.

5.    Какая электрическая цепь обеспечивает распределение реактивной нагрузки между параллельно работающими генераторами?

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10    ..

 

 

 

Причины отказа от использования бесщеточных генераторов — Рамблер/авто

При выходе из строя автомобильного генератора, наиболее распространенной причиной является изношенность щеточного узла.

Но уже давно изобретены генераторы особой конструкции, в которой не используются щетки. Что же мешает им вытеснить своих менее продвинутых соперников?

Конструкция с наибольшим распространением. Самое большое распространение и массовость в настоящее время получила конструкция — с применением щеток из графита, через которые подается напряжение на роторную обмотку посредством двух скользящих контактов кольцеобразной формы, находящихся на валу ротора. Использование подобного решения происходит на большей части автомобилей, с нечастым исключением, так как оно уже является отработанным, и доказало собственную эффективность в течение многих десятилетий.

В конструкции такого рода реализуется процесс поддержания постоянного уровня напряжения в бортовой сети машины, вне зависимости от частоты оборотов мотора и генератора. При помощи электронного блока управления, осуществляется отслеживание уровня выходного напряжения, в соответствии с чем выполняется повышение или снижение тока в катушке возбуждения. Как только наблюдается проседание напряжения, ток сразу же увеличивается, а при приближении к высшей границе в 14,2 В — снижается. Прохождение такого процесса осуществляется без перерыва и на высокой скорости, результатом чего становится постоянный уровень напряжения, как на холостых оборотах мотора, так и под нагрузкой.

Щеточный узел и возможность обходиться без него. Эта деталь автомобиля обычно сухая и слабо защищена от попадания песка и влаги. А все детали, которые являются открытыми и подвергаются трению без наличия смазки, рано или поздно изнашиваются ускоренными темпами до выхода из строя. Именно узел такого рода чаще всего становится причиной поломки генератора. Кроме того, он совмещается с электронным блоком, служащим для стабилизации напряжения без возможности разборки.

Но на протяжении последних нескольких лет на слуху у автомобилистов активно держится слово «бесщеточный», ставшее известным даже для тех, кто далек от технической стороны вопроса. Во многих областях производства применяются электрические моторы бесщеточной конструкции — это могут быть квадрокоптеры, шуруповерты, триммеры и много других устройств. Даже среди гуманитариев вошло в обиход утверждение, что щетки — это плохо, так как они быстро изнашиваются, перегреваются и на них часто фиксируется потеря тока. Но по какой же причине в генераторах машин и по настоящее время используется щеточный узел, несмотря на то, что от него достаточно часто отказываются даже в моторчиках небольшого размера, применяемых в детских игрушках.

Одной из причин, на первый взгляд, может быть массовый перевод на такие технологии электромоторов, а здесь речь ведется о генераторах. На самом деле, здесь никаких препятствий не имеется, так как это две практически идентичные электрические машины, в большей степени случаев обратимые.

Бесщеточный автомобильный генератор. Создание бесщеточного генератора для машины — не такое уж и сложное дело. Щетки необходимы всего лишь для подачи напряжения в 12В на катушку возбуждения, располагающуюся во внутренней части вращающегося ротора.

Убрать их можно, сделав особой конструкцию ротора. С этой целью его делают удлиненным, а катушку, ответственную за возбуждение, делают в виде медного кольца с внешним расположением, закрепленном на статоре. Дело в том, что для успешной работы генератора ротор должен представлять собой магнит, а наружное или внутреннее расположение катушки непринципиально.

Причины отказа от использования. Такой тип генераторов производится в несколько этапов, что, в итоге, делает намного выше его конечную стоимость. Даже несмотря на то, что технологии производства практически одинаковы, он получится на порядок больше по размеру и тяжелее щеточного. Самым же главным их недостатком становилась невозможность зарядки аккумулятора на холостых оборотах.

Итог. В конечном итоге, окончательное решение будет приниматься при взгляде с экономической стороны и частично инжиниринга. В настоящее время надежность обыкновенного щеточного генератора используется в качестве образца стоимости, срока службы и пригодности к ремонту. И отход от таких параметров осуществляется достаточно редко, в ситуациях, когда требуются сложные в техническом плане решения для машин дорогих моделей.

Что такое бесщеточные шуруповерты? Их плюсы и минусы | Шуруповерты и дрели | Блог

Все чаще на электроинструменте можно встретить надпись «Brushless motor». Это значит, что девайс оснащен бесщеточным электродвигателем постоянного тока. Действительно ли от этого есть толк или это очередная уловка маркетологов? Давайте разбираться на примере шуруповертов.

Мы будем говорить о шуруповертах как о наиболее востребованном электроинструменте в арсенале домашнего мастера (кто крутил саморезы отверткой, тот поймет). Но тезисы материала безоговорочно распространяются на весь электроинструмент, оснащенный бесщеточными двигателями.

Конструкция и принцип действия

«Brushless motor» в буквальном переводе означает бесщеточный двигатель, в конструкции которого отсутствует коллектор и щеточный узел. Также можно встретить сокращение BLDC, которым именуют бесщеточный электродвигатель постоянного тока.

^{Классический коллекторный двигатель}

Щеточный узел — это механическая контактная часть якоря электродвигателя. С помощью него через пластины коллектора подается напряжение на обмотку якоря. Электрический ток, протекая по проводнику, вызывает электромагнитное поле. Магнитное поле обмотки якоря, взаимодействуя с постоянным магнитным полем статорных обмоток, приводит к возникновению крутящего момента на валу электродвигателя и его вращению. Чтобы вращение вала сохранялось постоянно, напряжение на отдельные проводники якорной обмотки нужно подавать в определенной последовательности. Электрический ток должен протекать по рамкам якорной обмотки в нужный момент,  а электромагнитное поле, наводимое в проводниках, взаимодействовало с постоянным магнитным полем обмоток статора. В двигателе постоянного тока эту функцию выполняет коллекторный узел на якоре электродвигателя.

В бесщеточном электродвигателе коллектор и щетки отсутствуют, но принцип взаимодействия постоянного магнитного поля якоря с электромагнитным полем обмоток статора остается неизменным. Только в BLDC моторе нужно подавать постоянное напряжение на обмотки статора в определенные интервалы времени, имитируя работу коллектора.

Как правило, в конструкции статора бесщеточного мотора используются три пары обмоток, и напряжение на них подается поочередно. При подаче напряжения на первую пару обмоток якорь с постоянными магнитами поворачивается, выравнивая свое положение в соответствии с направлением силовых линий возникшего магнитного поля. В этот момент напряжение с первой пары обмоток снимается и подается на вторую пару. Поскольку якорь электродвигателя обладает определенным моментом инерции, он не останавливается моментально, а продолжает свое вращение, и его магниты начинают взаимодействовать со следующим магнитным полем. Так продолжается до тех пор, пока на обмотки статора поочередно подается напряжение.

Это упрощенная схема работы Brushless мотора. На самом деле, для усиления крутящего момента и исключения «провалов» его полки, в работе постоянно находятся две пары обмоток. Одна из них притягивает постоянные магниты якоря в моменты, когда они находятся до средней линии полюса катушки, а вторая подталкивает, как только полюс катушки пройден центральной частью постоянного магнита якоря. На первую пару катушек подается напряжение прямой полярности, а на вторую — обратной.

Для определения, на какие пары катушек нужно подать напряжение и какой полярности, в системе установлен датчик положения ротора. Он состоит из трех датчиков Холла, дающих контроллеру сигнал о необходимости формирования напряжения на каждой из пар катушек статора.

На видео наглядно проиллюстрирована работа бесщеточного двигателя:

Плюсы и минусы бесщеточного шуруповерта

Производители пишут, что основная изюминка бесщеточного шуруповерта — не нужно менять щетки, которых нет. Это на самом деле так, но так ли сложно поменять щетки?

За этим «жирным» плюсом притаился довольно коварный минус. Дело в том, что более-менее нагруженный шуруповерт потребует замены щеток на второй, а то и третий год работы. Проводя их замену, бережливый владелец наверняка заглянет и в другие узлы инструмента. Обратит внимание на состояние подшипников, очистит внутренности от пыли, заложит порцию свежей смазки — в общем, проведет полное техобслуживание инструмента. В случае с бесколлекторным инструментом, о необходимости сервисного обслуживания можно просто забыть и вспомнить о нем, когда шуруповерт начнет конкретно барахлить.

Вот по-настоящему значимые преимущества бесщеточного инструмента:

• Высокий КПД. У бесщеточного двигателя он составляет порядка 90 %, в то время как у коллекторного мотора — на уровне 60 %. Это обусловлено отсутствием потерь на трение и искрообразование, и, как следствие, повышением температуры коллекторного узла якоря мотора.
• Быстрый выход на номинальную скорость вращения двигателя. В этом опять же заслуга высокого КПД BLDC мотора.
• При тех же массогабаритных показателях, с вала бесщеточного электродвигателя снимается большая мощность, а это влечет получение большего крутящего момента.
• Лучшая энергоэффективность. Благодаря отсутствию потерь в коллекторе и щеточном узле и более высокому КПД бесщеточный шуруповерт сделает больше полезной работы на одном заряде аккумулятора. Это важно профессионалам, для которых время — деньги. Эффективность бесщеточного шуруповерта в  среднем выше на 25–40 % в сравнении с его коллекторным аналогом.
• Возможность использования во взрыво- и пожароопасных средах ввиду отсутствия искр на щеточном узле.
• Грамотная защита от перегрузки. Плата управления электродвигателем просто не позволит нагрузить инструмент сверх меры, а вот коллекторный шуруповерт при должном старании можно перегреть и получить дымок из вентиляционных отверстий.

Но бесщеточным инструментам присущи и некоторые недостатки:

• Высокая цена. Наличие в конструкции дорогой силовой платы управления BLDC мотором ощутимо увеличивает стоимость шуруповерта.
• Плохая ремонтопригодность. В бесщеточном шуруповерте плата управления, кнопка включения инструмента и статор электродвигателя обычно идут единым блоком. Стоимость запчасти — от 2/3 до 3/4 стоимости нового инструмента. Если поломка произойдет по истечении гарантийного срока, то ремонтировать такой шуруповерт вряд ли целесообразно. В отличие от коллекторных экземпляров, где можно заменить кнопку или электродвигатель отдельно, и стоить это будет на порядок дешевле.

Перспективы бесщеточных шуруповертов на рынке электроинструмента

Переход на бесщеточные инструменты неизбежен, поскольку они выгодны в первую очередь самим производителям ввиду унификации производственных процессов, уменьшению количества составных частей и улучшения технических характеристик выпускаемых моделей. Конечному пользователю такой переход абсолютно ничем не грозит. Шуруповерты как закручивали винты и саморезы, так и будут, исходя из своих технических возможностей.

Для профессиональной деятельности однозначно стоит смотреть в сторону бесщеточных моделей. Они экономичней, шустрее и надежней. Каждый рубль, вложенный в их покупку, окупится сторицей.

А вот домашнему мастеру стоит взвесить все «за» и «против», реально оценить возможную загруженность инструмента и свою готовность отдать больше денег за современные технологии.

Щеточные и бесщеточные двигатели: работа, конструкция и применение

Электродвигатели стали огромной частью нашей жизни. Они встречаются во всех видах устройств, от электромобилей до дронов, роботов и других электронных устройств. В общем, электродвигатель — это устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую энергию . Их обычно называют полной противоположностью генераторов, поскольку они работают по схожим принципам и теоретически могут быть преобразованы в генераторы.В основном они используются в ситуациях, когда необходимо вращательное движение, и находят применение в бытовой технике (вибрационные двигатели), роботах, медицинском оборудовании, игрушках и многом другом.

Электродвигатели

можно разделить на две большие категории в зависимости от типа используемого для них источника питания: двигатели переменного тока и двигатели постоянного тока . Как следует из названия, двигатели переменного тока обычно питаются от источников переменного тока (однофазных или трехфазных) и в основном используются в промышленных и тяжелых приложениях, где требуется большой крутящий момент. Двигатели постоянного тока (которые являются нашим приоритетом на сегодняшний день), с другой стороны, обычно меньше и используются в приложениях, основанных на батареях (или подключенных к источникам постоянного тока), где требуется значительно меньше работы по сравнению с двигателями переменного тока. Они находят применение в нескольких устройствах, от повседневных устройств, таких как машинки для стрижки бритья, до игрушек для детей, роботов и дронов.

Требования к двигателям постоянного тока различаются от одного приложения к другому, поскольку одно приложение может потребовать большего крутящего момента и снижения скорости, в то время как другое может потребовать большей скорости и меньшего крутящего момента, поэтому двигатели постоянного тока иногда классифицируются продавцами на основе этого.Однако двигатели постоянного тока можно разделить на три различные категории или типы , включая:

1. Матовый электродвигатель постоянного тока
2. Бесщеточные двигатели постоянного тока
3. Серводвигатели.

В сегодняшней статье мы сосредоточимся на бесщеточных двигателях и щеточных двигателях постоянного тока , поскольку мы исследуем разницу между ними в отношении принципа действия, конструкции, применения, преимуществ и недостатков. Для третьего типа вы можете просмотреть подробную статью о сервомоторе.

Принцип работы и конструкция

Работа всех двигателей обычно основана на двух принципах: ; Закон Ампера и закон Фарадея . Первый закон гласит, что электрический проводник, помещенный в магнитное поле, будет испытывать силу , если любой ток, протекающий через проводник, имеет компонент, расположенный под прямым углом к ​​этому полю. Второй принцип гласит, что если проводник перемещается через магнитное поле, то любой компонент движения, перпендикулярный этому полю, будет генерировать разность потенциалов между концами проводника.

Согласно этим законам электродвигатели состоят из двух основных частей; Постоянный магнит и связка проводников, скрученных в катушку. Подавая электричество на катушку, она становится магнитом, и, основываясь на том факте, что магниты отталкиваются на одинаковых полюсах и притягиваются на разных полюсах, достигается вращательное движение.

Матовый двигатель постоянного тока

Щеточный двигатель постоянного тока известен как один из самых ранних и простых двигателей, поскольку он самым простым образом реализует законы, описанные выше.Как показано на изображении ниже, конструкция щеточного двигателя постоянного тока состоит из неподвижного статора, состоящего из постоянного магнита, и подвижного якоря (ротора), на котором расположены такие компоненты, как коммутатор, щетки и разрезное кольцо. вал двигателя.

Когда питание подается на двигатель (через батарею или через источник переменного тока в постоянный, подключенный к источнику), электричество течет от источника к якорю через щетки, которые обычно расположены на противоположных сторонах вала двигателя.Щетки (присутствие которых в конструкции является основным фактором, определяющим название двигателя) передают электрический ток на якорь посредством физического контакта с коммутатором. Как только якорь (катушка с проволокой) находится под напряжением, он начинает вести себя как магнит, и в этот момент его полюса начинают отталкивать полюса постоянного магнита, составляющего статор. Когда полюса отталкиваются, вал двигателя, к которому прикреплен якорь, начинает вращаться со скоростью и крутящим моментом, которые зависят от силы магнитного поля вокруг якоря.

Сила магнитного поля обычно является функцией напряжения, приложенного к щеткам, и силы постоянного магнита, используемого для статора.

Бесщеточные двигатели постоянного тока

Даже при том, что они используют тот же принцип электромагнетизма, с другой стороны, бесщеточные двигатели более сложны. Они являются прямым результатом усилий, направленных на повышение эффективности щеточных двигателей постоянного тока, и их можно просто описать как двигатели, в которых для коммутации не используются щетки.Однако упрощенный характер этого описания приводит к вопросам о том, как двигатель получает питание и как достигается движение без щеток, которые я попытаюсь объяснить.

В отличие от щеточных двигателей, в бесщеточных двигателях все наоборот. Якорь, который в случае щеточного двигателя вращается внутри статора, в бесщеточных двигателях неподвижен, а постоянный магнит, который в щеточных двигателях закреплен, служит ротором в бесщеточном двигателе. Проще говоря, статор бесщеточных двигателей постоянного тока состоит из катушек, а его ротор (к которому прикреплен вал двигателя) состоит из постоянного магнита.

Поскольку бесщеточный двигатель исключает использование щеток для подачи питания на якорь, переключение (коммутация) становится более сложным и выполняется электронным способом с использованием дополнительного набора электронных компонентов (например, усилителя, запускаемого коммутирующим компонентом, например оптическим энкодером) для достижения движение. Алгоритмы коммутации для бесщеточных двигателей постоянного тока можно разделить на два; Сенсорная и бессмысленная коммутация.

При коммутации на основе датчиков датчики (например, датчик Холла) размещаются вдоль полюсов двигателя, чтобы обеспечить обратную связь для схемы управления, чтобы помочь ей оценить положение ротора. Для коммутации на основе датчиков используются три популярных алгоритма;

1. Трапецеидальная коммутация
2. Синусоидальная коммутация
3. Векторное (или полевое) управление.

Каждый из этих алгоритмов управления имеет свои плюсы и минусы, и алгоритмы могут быть реализованы по-разному в зависимости от программного обеспечения и конструкции электронного оборудования для внесения необходимых изменений.

С другой стороны, при коммутации без датчиков вместо датчиков, размещаемых внутри двигателей, схема управления предназначена для измерения обратной ЭДС для оценки положения ротора.

Этот алгоритм работает довольно хорошо и имеет меньшую стоимость, поскольку не требует затрат на датчики Холла, но его реализация намного сложнее по сравнению с алгоритмами на основе датчиков.

Преимущества и недостатки

В щеточных двигателях постоянного тока щетки находятся в постоянном контакте с вращающимся коммутатором. Это приводит к возникновению значительного трения , что, в свою очередь, приводит к потере энергии на нагрев и постепенному износу щеток . Таким образом, щеточные электродвигатели постоянного тока имеют низкий КПД и требуют периодического обслуживания. Это создает большое трение, а трение равняется теплу (потере энергии) и износу.С другой стороны, бесщеточные двигатели постоянного тока по существу не имеют трения и, таким образом, имеют действительно высокий КПД, не требуют обслуживания и служат дольше, чем щеточные двигатели постоянного тока.

Однако щеточные двигатели постоянного тока очень дешевы по сравнению с их бесщеточными аналогами из-за простой конструкции. С другой стороны, бесщеточные двигатели постоянного тока довольно дороги из-за их сложной конструкции и дополнительной стоимости дополнительных электронных компонентов (контроллеров), необходимых для их привода.

Приложения

В то время как бесщеточные двигатели постоянного тока более популярны в наши дни, щеточные двигатели постоянного тока все еще используются в повседневной бытовой технике, детских игрушках и в промышленных приложениях из-за легкости, с которой можно изменять отношение скорости к крутящему моменту. Из-за их низкой стоимости они используются в приложениях, где главное устройство могло выйти из строя раньше двигателей.

С другой стороны, бесщеточные двигатели постоянного тока

нашли применение во всех видах устройств, от медицинского оборудования, роботов и дронов до электромобилей, электроинструментов и т. Д.В основном они используются в приложениях, требующих высокой эффективности, долговечности и оправдывающих затраты.

Факторы, которые следует учитывать при выборе между бесщеточным и щеточным двигателями постоянного тока

Помимо скорости, крутящего момента, номинальной мощности и других основных требований для вашего приложения ниже есть три фактора, которые, как мне кажется, также следует учитывать при принятии решения о типе двигателя, который будет использоваться для вашего приложения.

1. Рабочий цикл / срок службы
2. КПД
3. Управление / управление
4. Стоимость

Рабочий цикл / срок службы

Срок службы описывает, как долго двигатель должен проработать до отказа и при каком рабочем цикле.Это важно, потому что щеточный двигатель постоянного тока, как упоминалось ранее, подвержен износу из-за трения между щетками и коммутатором. Таким образом, важно убедиться, что это приложение, в котором двигатель будет работать в течение всего срока службы, или приложение, в котором обслуживание двигателя будет считаться нормальным и недорогим, если будут использоваться щеточные двигатели постоянного тока. Хорошим примером этого являются детские игрушки, где игрушки обычно выбрасываются или повреждаются до того, как двигатель изнашивается.В приложениях с длительным сроком службы и обслуживанием двигателя нецелесообразно использовать бесщеточные двигатели постоянного тока .

КПД

Как правило, бесщеточные двигатели постоянного тока имеют более высокий общий КПД по сравнению с щеточными двигателями постоянного тока , но были случаи, когда двигатели с щеточным сердечником без железа имели более высокую эффективность по сравнению с эквивалентными бесщеточными двигателями. Однако перед принятием решения важно оценить общую требуемую эффективность и сравнить ее с КПД каждого двигателя.В большинстве случаев, когда решающим фактором является эффективность, бесщеточные двигатели постоянного тока обычно выигрывают.

Управление / управление

Обычно это одна из основных неудач, когда дело доходит до использования бесщеточных двигателей постоянного тока. Дополнительные требования, такие как контроллеры и т. Д., Делают приведение в действие более сложным по сравнению с щеточными двигателями постоянного тока, которые могут приводиться в действие такими же тривиальными методами, как подключение батареи к ее клеммам. Вы должны убедиться, что объем сложности, связанный с использованием бесщеточного двигателя постоянного тока для проекта, оправдан, а вспомогательная электроника, такая как контроллеры, легко доступна.Несмотря на простоту щеточных двигателей постоянного тока, они иногда не подходят для высокоточных приложений. Хотя щеточный двигатель постоянного тока может быть легко подключен к контроллеру, например, Arduino, очень сложно подключить BLDC к Arduino Uno, однако ESC ( Electronic Speed ​​Controller ) упрощает взаимодействие BLDC с микроконтроллером.

Стоимость

Сложность конструкции бесщеточных двигателей постоянного тока делает их действительно дорогими по сравнению с щеточными двигателями постоянного тока.Прежде чем переходить на бесщеточные двигатели постоянного тока, убедитесь, что дополнительные затраты находятся в пределах допустимых для проекта. Также рассмотрите стоимость других аксессуаров, необходимых для использования BLDC, прежде чем принимать решение.

Валовый генератор Wärtsilä — экономичное производство электроэнергии

Wärtsilä Online Область Wärtsilä Global Глобальная контактная информация

• Аргентина
• Австралия
• Азербайджан
• Бангладеш
• Бразилия
• Болгария
• Канада
• Чили
• Китай
• Колумбия
• Кипр
• Дания
• Доминиканская Республика
• Эквадор
• Эстония / Прибалтика

• Финляндия
• Франция
• Германия
• Греция
• Венгрия
• Индия
• Индонезия
• Италия
• Япония
• Кения / Восточная Африка
• Корея
• Малайзия
• Мексика
• Марокко
• Нидерланды

• Норвегия
• Пакистан
• Панама
• Папуа-Новая Гвинея
• Перу
• Филиппины
• Польша
• Португалия
• Пуэрто-Рико / Карибские острова
• Румыния
• Россия
• Саудовская Аравия
• Сенегал / Западная Африка
• Сингапур
• Южная Африка

• Испания
• Шри-Ланка
• Швеция
• Швейцария
• Тайвань
• Турция
• ОАЭ / Ближний Восток
• Соединенное Королевство
• США
• Венесуэла
• Вьетнам

• английский

• Около
• Карьера
• Инвесторам
• Средства массовой информации
• Устойчивость
• Связаться с нами

• Дом
• морской
  • Потребительские сегменты
    • Морское путешествие
    • Паром
      • Паромы с нулевым выбросом
    • Ловит рыбу
    • Торговец
      • Контейнеровозы
      • Газовозы
      • Танкеры
      • Балкеры
      • Грузовые суда
      • Суда РО-РО PCTC
    • Флот
    • Офшор
    • Специальные суда
    • Буксиры
    • Яхты
    • Ссылки
      • Морское путешествие
        • AIDAvita
        • AIDAvita — Техническое обслуживание турбокомпрессора
        • Карнавальная гордость
        • Гармония морей
        • Оазис морей
        • Королева Мэри II
        • Тренинг для RCCL
      • Паром
        • Балеария на СПГ
        • Балтикборг и Ботниаборг
        • BC Ferries
        • Пункт назначения Готланд
        • Экспресс 4
        • Finnlines
        • М.Ф. Фольгефонн
        • Франциско

Принцип работы

• Ресурс исследования
• Исследовать
  • Искусство и гуманитарные науки
  • Бизнес
  • Инженерная технология
  • Иностранный язык
  • История
  • Математика
  • Наука
  • Социальная наука

  Лучшие подкатегории

  .