Động cơ DC có chổi than và không chổi than: Hiệu quả, lựa chọn và sử dụng

Động cơ DC có chổi than và Động cơ DC không chổi than

Sự khác biệt cốt lõi là cách chuyển đổi dòng điện: động cơ chổi than sử dụng chổi than vật lý và bộ chuyển mạch cơ học, trong khi động cơ không chổi than sử dụng bộ điều khiển điện tử và cảm biến vị trí. Sự khác biệt về thiết kế này dẫn đến gần như mọi sự khác biệt khác giữa hai loại động cơ — hiệu suất, tuổi thọ, độ phức tạp của điều khiển và chi phí, tất cả đều liên quan đến việc chuyển mạch xảy ra bằng cơ học hay điện tử.

Hiệu suất động cơ chổi than và không chổi than

Động cơ không chổi than thường hiệu quả hơn động cơ chổi than ở công suất đầu ra tương đương, phần lớn là do chúng loại bỏ hai cơ chế tổn thất vốn có khi tiếp xúc với chổi than: ma sát giữa chổi than và cổ góp, và tổn thất do hồ quang điện xảy ra khi chổi than tạo ra và ngắt tiếp xúc với các đoạn cổ góp. Động cơ không chổi than commonly achieve efficiencies in the 85-90% range , trong khi động cơ chổi than thường chạy thấp hơn vài điểm phần trăm trong điều kiện tải tương đương.

Khoảng cách hiệu quả này quan trọng nhất trong các ứng dụng chạy bằng pin và hoạt động liên tục, trong đó mỗi phần trăm hiệu suất sẽ chuyển trực tiếp thành thời gian chạy hoặc giảm sinh nhiệt. Trong các ứng dụng sử dụng không liên tục, tải nhẹ, sự khác biệt về hiệu suất ít gây ra hậu quả hơn, đó là một phần lý do tại sao động cơ chổi than vẫn phổ biến trong các sản phẩm tiêu dùng chi phí thấp có chu kỳ hoạt động thấp tự nhiên.

Ưu điểm và nhược điểm của động cơ DC chải

Cân một động cơ chải chống lại giải pháp thay thế không chổi than phụ thuộc vào việc liệu tính đơn giản và chi phí thấp của nó có bù đắp được tuổi thọ ngắn hơn và hiệu quả thấp hơn cho ứng dụng cụ thể hiện có hay không.

• Ưu điểm: chi phí thấp hơn, thiết bị điện tử điều khiển đơn giản hơn, mô-men xoắn khởi động cao, sửa chữa hiện trường dễ dàng
• Nhược điểm: Sự mài mòn của chổi than làm hạn chế tuổi thọ, hiệu suất thấp hơn, sinh nhiệt nhiều hơn, nhiễu điện (EMI) do phóng hồ quang chổi than
• Phù hợp nhất: các ứng dụng có chu kỳ hoạt động thấp, nhạy cảm với chi phí trong đó có thể chấp nhận thay thế chổi than định kỳ

Cách chọn động cơ DC có chổi than: Hướng dẫn lựa chọn

Việc chọn động cơ DC có chổi than phù hợp bắt đầu với các nguyên tắc cơ bản giống như bất kỳ động cơ DC nào: xác định mô-men xoắn và tốc độ cần thiết khi tải, sau đó kiểm tra xem dựa trên đầu ra định mức của động cơ và điện áp nguồn khả dụng. Bởi vì động cơ chảis có tuổi thọ bàn chải hữu hạn, chu kỳ hoạt động và tuổi thọ sử dụng dự kiến sẽ có ảnh hưởng lớn hơn trong quá trình lựa chọn so với các lựa chọn thay thế không chổi than.

• Xác nhận mô-men xoắn và tốc độ cần thiết khi tải, bao gồm cả giới hạn cho điều kiện khởi động và cao điểm
• Điều chỉnh điện áp phù hợp với nguồn điện sẵn có, tránh hoạt động dưới hoặc quá điện áp đáng kể
• Ước tính chu kỳ làm việc và tuổi thọ sử dụng dự kiến so với tuổi thọ chổi than định mức của động cơ
• Kiểm tra xếp hạng nhiệt trong điều kiện hoạt động liên tục và không liên tục
• Xem xét khả năng tiếp xúc với môi trường - bụi và hơi ẩm làm tăng tốc độ mài mòn của chổi than và cổ góp

Tính toán mô-men xoắn và tốc độ của động cơ DC chải

Việc tính toán mô-men xoắn và tốc độ cho động cơ DC có chổi than tuân theo các nguyên tắc giống như bất kỳ bài tập định cỡ động cơ DC nào: xác định mô-men tải ở đầu ra (lực × bán kính đối với tải quay hoặc lực / lợi thế cơ học đối với tải tuyến tính), thêm giới hạn an toàn khoảng 20-50% cho điều kiện khởi động và cao điểm, đồng thời xác nhận tốc độ cần thiết ở trục đầu ra sau khi tính đến bất kỳ mức giảm nào của hộp số.

Yêu cầu về công suất phụ thuộc trực tiếp vào mô-men xoắn và tốc độ (công suất = mô-men xoắn × tốc độ góc), và con số này phải được kiểm tra dựa trên định mức công suất liên tục của động cơ thay vì định mức cực đại hoặc ngừng hoạt động của nó, vì hoạt động liên tục gần mô-men xoắn ngừng hoạt động sẽ tạo ra nhiệt quá mức trong cuộn dây phần ứng của động cơ chổi than và làm tăng tốc độ mòn chổi than do dòng điện cao hơn.

Ứng dụng động cơ DC chổi than mô-men xoắn cao

Động cơ DC có chổi than, đặc biệt là cấu hình dây quấn nối tiếp, mang lại mô-men xoắn khởi động mạnh so với kích thước và giá thành của chúng, khiến chúng trở thành lựa chọn thiết thực cho các ứng dụng cần mô-men xoắn cao khi đứng yên thay vì vận hành ở tốc độ cao liên tục. Các ứng dụng động cơ chổi than mô-men xoắn cao phổ biến bao gồm động cơ khởi động ô tô, tời, bộ truyền động dụng cụ điện và bộ truyền động tuyến tính - tất cả các trường hợp trong đó nhu cầu mô-men xoắn cường độ cao, ngắn gọn quan trọng hơn hiệu suất làm việc liên tục.

Động cơ DC có chổi than cho thiết bị công nghiệp, robot và tự động hóa

Trong cài đặt công nghiệp và tự động hóa, động cơ DC có chổi than thường được dành riêng cho các ứng dụng có chu kỳ thấp hơn, nhạy cảm với chi phí hơn, trong đó có thể quản lý được gánh nặng bảo trì của việc thay thế chổi than định kỳ — bộ truyền động đơn giản, các bộ phận băng tải công suất thấp và các nhiệm vụ định vị cơ bản không yêu cầu độ chính xác hoặc tuổi thọ của hệ thống servo không chổi than.

Trong chế tạo robot, động cơ chổi than vẫn xuất hiện trong các nền tảng giáo dục và sở thích có chi phí thấp hơn, các bản dựng nguyên mẫu và các bộ truyền động không quan trọng khi ngân sách lớn hơn nhu cầu kiểm soát chính xác hoặc kéo dài tuổi thọ sử dụng. Thay vào đó, robot và thiết bị sản xuất dự kiến ​​chạy liên tục trong các chu kỳ nhiệm vụ đòi hỏi khắt khe thường chuyển sang động cơ không chổi than, trong đó chi phí trả trước cao hơn được bù đắp bằng mức bảo trì thấp hơn và độ chính xác kiểm soát tốt hơn trong suốt thời gian vận hành của thiết bị.