Cum funcționează motoarele cu perii? Comutatorul, periile și curba cuplului explicate

Răspunsul scurt: curentul bobinei se inversează pe măsură ce se întoarce

A motor periat are două părți magnetice și un comutator rotativ. Câmpul este staționar, produs de magneți permanenți din carcasă sau de o înfășurare separată de câmp. Bobinele de lucru stau în armătură, înfășurate în jurul unui miez de fier care este fixat pe arbore și liber să se rotească.

Curentul continuu ajunge la acele bobine prin perii. Fiecare perie apasă pe comutator, un cilindru din segmente izolate de cupru. Curentul intră prin peria pozitivă, traversează segmentul de sub ea, se deplasează printr-o bobină a armăturii și iese prin segmentul opus și peria. Deoarece acea bobină transportă acum curent în interiorul unui câmp magnetic, fiecare parte a acesteia simte o forță în unghi drept atât față de câmp, cât și față de curent, iar cele două forțe acționează pe părțile opuse ale arborelui. Armătura se întoarce.

Problema este că o bobină cu curent fix s-ar alinia cu câmpul și s-ar opri acolo. Comutatorul o împiedică. Pe măsură ce armătura se rotește, fiecare perie alunecă de la un segment la altul, inversând curentul din acea bobină pe măsură ce traversează planul neutru. Polaritatea bobinei se inversează, astfel încât forța continuă să împingă rotorul în același sens. Pentru fiecare bobină, acea inversare are loc de două ori pe rotație, iar sincronizarea este stabilită numai de geometrie: lățimea segmentului, lățimea periei și poziția periei.

Ce face fiecare parte și care simptom indică înapoi la ea

Când un motor periat are performanțe slabe, defecțiunea se află de obicei într-unul din cinci locuri și fiecare lasă o amprentă diferită.

Suprafața de contact contează la fel de mult ca piesele în sine. O peliculă subțire, uniformă și întunecată pe comutator menține arcul scăzut; Cupru uscat strălucitor înseamnă, de obicei, că calitatea periei este prea abrazivă sau că motorul funcționează prea ușor pentru perioade lungi.

De ce curentul se inversează de două ori pe revoluție

1. Curentul de alimentare intră prin peria pozitivă și în segmentul comutatorului atingându-l.
2. Acest segment direcționează curentul printr-o bobină de armătură, care devine un electromagnet cu un capăt de nord și unul de sud.
3. Capătul său de nord este respins de polul nord al statorului și atras de polul sud al statorului, astfel încât armătura se rotește.
4. În planul neutru, peria traversează spațiul izolat dintre segmente, iar curentul către acea bobină este scurtat.
5. Următorul segment preia, iar direcția curentului prin bobină este acum inversată.
6. Polii bobinei s-au schimbat, astfel încât forța continuă să împingă în aceeași direcție de rotație în loc să frâneze arborele.

Un motor periat este un comutator rotativ cu un magnet înșurubat în jurul lui. Praful de perie, durata de viață a periei, zgomotul de radio-frecvență și plafonul practic al vitezei provin toate de la acel comutator, la fel și prețul scăzut.

Pasul patru este locul în care merge efortul de inginerie. În timpul scurtei întreruperi, inductanța bobinei încearcă să mențină curentul, iar acea energie trebuie să meargă undeva: un arc mic la fața periei, puțină căldură sau un vârf de tensiune pe care îl absoarbe un condensator de suprimare. Gradul periei, presiunea arcului și distanța dintre segmente sunt alese pentru a menține arcul suficient de mic pentru a supraviețui mii de ore.

Viteza, cuplul și EMF înapoi: citirea corectă a numerelor

O bobină care se învârte în interiorul unui câmp magnetic este, de asemenea, un generator. Tensiunea pe care o produce se opune alimentării și se numește înapoi EMF și crește cu viteza. Aritmetica este ușor de văzut.

Luați un motor cu perii de 12 V cu 1,2 ohmi de rezistență a armăturii. În momentul în care comutatorul se închide, rotorul este staționar, EMF din spate este zero și înfășurarea poate trage aproximativ 10 A. O fracțiune de secundă mai târziu, rulând aproape de 3.000 rpm, EMF din spate poate să fi crescut la aproximativ 10,5 V, lăsând doar 1,5 V pe rezistență, sau aproximativ 1,25 A. se rumenesc la fiecare pornire.

• Viteza de rulare liberă este măsurată fără nimic pe arbore; viteza indicată pe o pagină de catalog este de obicei valoarea la sarcina nominală, care este mai mică.
• Toleranțele sunt reale. O fereastră de plus sau minus 10 la sută la viteza fără sarcină este normală și modifică fluxul de aer, consumul de curent și zgomotul în aparatul finit.
• Cuplul de blocare este o cifră de vârf pentru cel mult câteva secunde. Este util pentru dimensionarea unei siguranțe, nu pentru descrierea sarcinii continue.

Unde motoarele cu perii încă câștigă în designul aparatelor

Comutarea fără electronice cumpără un set specific de avantaje și încă contează în produsele sensibile la costuri:

• Cel mai mic cost unitar pe watt de putere a arborelui, în special între 5 W și 150 W.
• Cuplu de pornire fiabil; motorul trage cu putere de la turația zero fără controler.
• Controlul vitezei cu o treaptă PWM, un rezistor în serie sau o sursă variabilă.
• Schimbarea direcției prin schimbarea a două piste.
• Comportament grațios pe măsură ce tensiunea bateriei scade.

Această combinație păstrează motoarele periate în ventilatoare de răcire de birou, răcitoare de aer prin evaporare, încălzitoare mici cu ventilator, extractoare de bucătărie de valoare, pompe de apă și o listă lungă de accesorii auto.

Producătorii de aparate care compară sistemele de transmisie pentru circulația aerului evaluează de obicei ambele tipuri înainte de a bloca un design. De exemplu, răcitoarele cu convecție forțată și ventilatoarele desktop au acum alternative DC care funcționează la viteză variabilă.

Uzura periei, căldură și zgomot electric: compromisuri oneste

Durata de viață a periei este primul lucru de cuantificat, deoarece stabilește promisiunea de întreținere pe care o poți face. Periile de cărbune mici din motoarele de calitate pentru aparate durează în mod obișnuit undeva între 500 și 2.000 de ore de funcționare, iar intervalul este mare din motive întemeiate: un motor care pornește și se oprește toată ziua se uzează mai repede decât unul care funcționează continuu, deoarece o mare parte din pierderea periilor are loc în arcul de pornire.

Căldura este a doua problemă. Pierderile apar în cupru, în fier și la fața periei, iar rotorul are calea cea mai proastă către aerul exterior. Clasa de izolație a înfășurării, nu temperatura carcasei, stabilește limita reală pentru funcționarea continuă. Zgomotul electric este al treilea: fiecare arc de pe suprafața periei este un mic transmițător de bandă largă, motiv pentru care motoarele cu perii sunt adesea livrate cu condensatoare de suprimare sau șocuri deja montate.

Specificarea unui motor periat: o listă de verificare practică a cumpărătorului

Doi furnizori pot cita atât „12 V, 3.000 rpm” și totuși să livreze motoare care se comportă diferit în același aparat, deoarece o cifră este cotată în gol, iar cealaltă la un anumit cuplu. Solicitați în scris punctul de încărcare.

• Tensiunea nominală, plus intervalul pe care îl va vedea aplicația.
• Viteză fără sarcină și curent fără sarcină.
• Viteza, cuplul și curentul la punctul de funcționare prevăzut.
• Cuplul de blocare, cu o limită de timp pentru cât timp poate fi ținut.
• Periați ținta de viață în ore la ciclul dvs. de lucru real.
• Serviciu continuă sau intermitentă și porniri estimate pe oră.
• Clasa de izolare si temperatura maxima a infasurarii.
• Componentele de suprimare montate și standardul de emisii pe care îl îndeplinesc.
• Diametrul arborelui, lungimea și toleranța, plus modelul de flanșă și șurub.
• Zgomot acustic în dB(A) la punctul de încărcare, la o distanță stabilită.
• Certificari necesare pe piata de destinatie.

De asemenea, ajută să lucrezi cu un furnizor mic de motoare electrice care se bazează pe un desen sau eșantion, în loc să expedieze doar articolele din catalog, deoarece doi milimetri de lungime a arborelui sau un alt grad de perie este adesea diferența dintre un motor care se potrivește și unul care nu. Cum ansamblu comutator și perie se comportă sub sarcină reală merită revizuită înainte ca un desen să fie încheiat.

Periat sau fără perie: a alege fără regret

Decizia se reduce de obicei la ciclul de lucru și la cerințele de control, mai degrabă decât la performanța brută.

Ventilația bucătăriei arată clar schimbarea: hotele funcționează pentru perioade lungi și neregulate și sunt judecate pe baza zgomotului la viteză mică, astfel încât unitățile de curent continuu cu viteză variabilă au ocupat o cotă din ce în ce mai mare din acea piață.