29 stycznia 2023

Silnik bezszczotkowy czy szczotkowy? Który z nich wybrać i do jakich zastosowań?

Aktualnie w wielu rozwiązaniach silniki szczotkowe zastępuje się ich bezszczotkowymi odpowiednikami. Na czym polega między nimi różnica i które rozwiązanie sprawdzi się lepiej w konkretnych zastosowaniach? Odpowiedzi na te i inne pytania znajdziesz w tym artykule. 

Podstawowym zadaniem silnika elektrycznego jest zamienianie energii elektrycznej na energię mechaniczną. Dzieje się tak, ponieważ prąd dostarczany do silnika wprawia go w ruch. Więcej informacji o zasadzie działania silników elektrycznych znajdziesz w naszym artykule “Jak działa silnik elektryczny?” – zachęcamy do przeczytania.

Jak działa silnik szczotkowy?

Silnik szczotkowy, często występuje też pod nazwą silnik komutatorowy. W tego rodzaju silniku ładunki elektryczne przenoszone są przez grafitowe szczotki do komutatora, którego zadaniem jest wprawienie w ruch zwojów znajdujących się w wirniku. W wyniku jego pracy, kierunek prądu odwracany jest dwa razy na cykl. Komutator  zbudowany jest z cylindra wykonanego z metalowych segmentów stykowych. Silniki szczotkowe mogą być zasilanie prądem stałym lub prądem zmiennym.

Najprostszy silnik szczotkowy zbudowany jest z następujących elementów:

  • szczotki, których zadaniem jest dostarczenie prądu komutatora,
  • komutator, który zmienia kierunek prądu w ramce umożliwiając ich dalszy obrót w jedną stronę,
  • magnesy, które wytwarzając pole elektromagnetyczne wprawiają ramkę w ruch,
  • wirnik, czyli ramka. To właśnie ta część silnika jest wprawiana w ruch dając energię mechaniczną.

Szczotki w wyniku ciągłej pracy zużywają się, dlatego konieczna jest ich regularna wymiana.

Jak działa silnik bezszczotkowy?

Silnik bezszczotkowy często określany jest też skrótem BLDC (Brushless Direct-Current). Taki rodzaj motoru nie posiada szczotek, a więc zużywających się części wymagających regularnej wymiany. Podstawą budowy silników BLDC jest wirnik i stojan. Moment obrotowy powstaje przez wspólne oddziaływanie pola magnetycznego wirnika i stojana. Magnes trwały wykorzystywany jest jako wirnik zewnętrzny. Jego pozycję śledzi specjalny czujnik, który wysyła sygnały referencyjne do sterownika. Ten z kolei aktywuje cewki napędowe jedna po drugiej.

Wyeliminowanie z konstrukcji szczotek wpływa też na to, że praca silnika bezszczotkowego jest znacznie cichsza niż w przypadku jego szczotkowego odpowiednika.

Najważniejsze cechy silników BLDC:

  • brak zużywających się części przekłada się na małą awaryjność,
  • cicha praca,
  • niska masa,
  • prostsza budowa niż w przypadku silników szczotkowych,
  • duża żywotność,
  • wysoki moment rozruchowy i duża moc,
  • możliwość dokładnej regulacji prędkości,
  • o 20-30% większa wydajność w porównaniu z silnikami szczotkowymi.

Silnik bezszczotkowy czy szczotkowy?

Na korzyść silników szczotkowych przemawia przede wszystkim niska cena. Co prawda, wyniku eksploatacji zużywają się ich części (szczotki), ale ich wymiana nie jest ani skomplikowana, ani kosztowna. Silniki szczotkowe bardzo dobrze sprawdzają się w ekstremalnych środowiskach pracy. Mogą być wielokrotnie przebudowywane w celu przedłużenia ich żywotności, a sterownik nie jest wymagany do utrzymania stałej prędkości. Cechą charakterystyczną silników szczotkowych jest możliwość zmiany stosunku momentu obrotowego do prędkości obrotowej.

Silniki bezszczotkowe są droższe, ale bardziej niezawodne niż silniki szczotkowe. Są mniejsze, lżejsze i mocniejsze. Dzięki połączeniu tych trzech cech mogą oferować lepszy moment obrotowy. Wykorzystuje się je zarówno w rozwiązaniach przemysłowych (roboty, specjalistyczne maszyny), jak i domowych (roboty kuchenne, elektronarzędzia), a także samochody elektryczne.

Źródło tekstu: https://ultrarobotics.pl/blog/silnik-bezszczotkowy-czy-szczotkowy-ktory-z-nich-wybrac-i-do-jakich-zastosowan/