Содержание:
Основное отличие коллекторного двигателя (то есть двигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов) от бесколлекторного заключается в его конструкции.
У коллекторного - обмотка расположена на роторе, а на статоре установлены постоянные магниты.
У бесколлекторного - отсутствует коллектор, а трёхфазная обмотка расположена на статоре.
В практическом применении, однако большее значение имеют различия в параметрах и свойствах между этими типами двигателей, которые влечёт за собой такая разница конструкций.
Особенности конструкции
Наличие трёхфазной обмотки у бесколлекторного двигателя означает что для управления им обязательно требуется электроника - контроллер, независимо от сложности решаемых задач. С его помощью можно формировать трёхфазную систему напряжений, необходимую для работы и делать это так чтобы двигатель вращался необходимым образом. Без контроллера реализовать управление современными бесколлекторным микродвигателем практически невозможно.
Для коллекторного ситуация иная – он может работать от обычного источника постоянного напряжения, без использования управляющей электроники. Хотя такой подход позволяет решать лишь самые простые задачи управления движением, он тоже возможен.
Обязательное использование контроллера для управления бесколлекторным мотором не всегда является однозначным их недостатком по сравнению с коллекторными, ведь контроллеры предоставляют ряд сервисных функций, как например измерение и ограничение тока или возможность устанавливать заданное значение скорости или положения в удобном виде. Если же речь идёт о задачах, связанных с точным регулированием скорости, или о задачах, связанных с позиционированием, то контроллер нужно будет использовать и для коллекторного, и для бесколлекторного мотора.
Принцип работы бесколлекторного двигателя. Преимущества и недостатки
Для нормальной работы в большинстве случаев требуется датчик положения ротора. Управление бесколлекторным мотором без использования датчика положения ротора существует и применяется, но имеет ряд особенностей, которые не позволяют использовать его для решения многих задач. Самым распространённым типом датчиков положения ротора являются датчики Холла.
Чаще всего они устанавливаются при изготовлении двигателя и входят в его стоимость. Они позволяют производить коммутацию обмоток бесколлекторного мотора и могут быть использованы как датчик скорости для управления с обратной связью по скорости. Датчики Холла дают возможность управлять бесколлекторным двигателем только при помощи блочной коммутации, которая приводит к заметным пульсациям момента, приводящим к увеличению акустического шума и неравномерному вращению на низкой скорости. Синусоидальная коммутация, лишённая таких недостатков, требует более точной информации о положении чем могут обеспечить датчики Холла и соответственно установки дополнительного датчика положения.
Принцип работы коллекторного двигателя. Преимущества и недостатки
Как было сказано чуть выше, датчики Холла могут использоваться как источник информации о скорости. Коллекторные моторы по умолчанию не оснащаются подобными датчиками и для задач измерения и регулирования скорости обязательно нужно дополнительно устанавливать датчик скорости. Но это не значит, что в любых задачах, связанных с поддержанием скорости, коллекторный двигатель имеет однозначное преимущество за счёт встроенного датчика. Дело в том, что датчики Холла имеют очень низкое разрешение – 12 импульсов на оборот на пару полюсов двигателя. Этого недостаточно чтобы давать стабильный сигнал обратной связи по скорости на низкой скорости вращения. Даже для многополюсных бесколлекторных двигателей работа только с датчиками Холла в качестве датчика обратной связи в контуре скорости обычно не позволяет достигать скорости ниже нескольких сотен оборотов в минуту на валу двигателя. Поэтому, когда речь идёт о задачах регулирования скорости с требованием работы в широком диапазоне скоростей, или о задачах позиционирования – оба типа двигателя требуют установки дополнительного датчика положения или скорости.
При работе коллекторного двигателя за счёт коммутации тока щётками и коллектором возникает достаточно сильные электромагнитные помехи. Для двигателей с графитовыми щётками они сильнее, для двигателей со щётками из благородных металлов они слабее. Для борьбы с ними необходимо устанавливать помехоподавляющие элементы на мотор, что требует дополнительного места и не всегда возможно по условиям эксплуатации. Бесколлекторный мотор не создаёт таких помех.
В чем еще отличие
Если попытаться сравнить параметры двигателей, то прежде всего нужно сказать о скорости вращения . Номинальная скорость коллекторного как правило не превышает 10-20 тысяч оборотов в минуту для двигателей самых маленьких из доступных размеров и не более 3- 5 тысяч оборотов в минуту для более крупных. Скорости, на которые рассчитаны бесколлекторные двигатели лежат в более широком диапазоне – выпускаются как сверхскоростные модели на скорости выше 100 тысяч оборотов в минуту, так и тихоходные многополюсные двигатели с номинальными скоростями не более 1-2 тысячи оборотов в минуту. Для коллекторных моторов ограничителем скорости выступает коллектор – линейная скорость перемещения щёток по коллектору ограничена.
Сравнивая номинальный момент , можно сказать, что он сильнее зависит от особенностей конструкции и компоновки двигателя, различающихся от серии к серии чем от того коллекторный это двигатель или бесколлекторный. Так, например распространены бесколлекторные двигатели большого диаметра и с очень короткой осевой длиной, рассчитанные на низкие скорости вращения и большой момент. И их различия по основным параметрам с бесколлекторными же двигателями цилиндрической компоновки (большая длина и маленький диаметр) не менее сильны чем между коллекторными и бесколлекторными двигателями одинаковой компоновки (например, цилиндрической).
Оба типа двигателей имеют свои характерные особенности, которые могут являться как преимуществами, так и недостатками в зависимости от требований того или иного приложения
