Elektromotorji na enosmerni tok so nekateri najpomembnejši izumi, na katere se moderni svet močno zanaša. Ti motorji se uporabljajo v gospodinjskih aparatih, električnih orodjih, dronih, hladilnih sistemih osebnih računalnikov, robotiki in električnih vozilih.
Dva najpogostejša enosmerna elektromotorja, ki se danes uporabljata, sta krtačni in brezkrtačni enosmerni motor. Oba motorja imata isto temeljno idejo uporabe elektromagnetizma za zagotavljanje mehanskih vrtenj. Toda z različnimi koncepti oblikovanja se motorji s krtačkami in brez krtačk zagotovo razlikujejo v zmogljivosti, stroških in vzdrževanju.
Kakšna zasnova motorja je torej boljša – krtačen ali brezkrtačen?
Kako deluje enosmerni električni motor?
Elektromotorji pretvarjajo električno energijo v mehansko. To naredijo tako, da prepustijo elektriki skozi bakrena navitja in tako ustvarijo elektromagnetno polje ki vzbuja trajne magnete v motorju, zaradi česar se rotor premika in proizvaja mehanske energija.
Čeprav imata krtačni in brezkrtačni motor isti cilj pretvorbe električne energije v mehansko energijo, sta njuni zasnovi različni. Da bi razumeli njihovo razliko, se pogovorimo o zasnovi motorja, začenši s krtačenim motorjem.
Brušen dizajn motorja
Krtačeni motorji so v proizvodnji že več kot stoletje. Znano je, da imajo poenostavljeno zasnovo, ki uporablja par ogljikovih ščetk za prenos moči motorju. Krtačeni motorji bodo vedno imeli štiri glavne dele, to so:
- Stator: Stacionarni del motorja. Vsebuje trajne magnete, zaradi katerih se rotor premika.
- Rotor: Vrtljivi del motorja. Vsebuje bakreno tuljavo, ki ob napajanju naredi bakreno tuljavo elektromagnetno.
- Komutator: Kovinski obroč, ki zagotavlja, da se rotor vrti, tako da obrne polariteto za vsak pol obrata rotorja.
- Čopiči: Nepremični del iz karbona, neposredno povezan s sponkami vira energije. Prenašajo moč na komutatorski obroč, ki nato aktivira rotor.
Brušeni motor uporablja ščetke za električno napajanje motorja, hkrati pa omogoča vrtenje rotorja in komutatorja. Rotor je sestavljen iz bakrenih navitij, ki ob napajanju v bistvu postanejo elektromagnet.
Kaj se torej zgodi, če se dva magneta približata?
No, odvisno od poravnave magnetnih polov, se bodo privlačili ali odbijali. Cilj brušenega motorja je uporabiti privlačnost in odboj za vrtenje motorja. Tu postane komutator uporaben.
Komutator je kovinski obroč v središču rotorja, ki zamenja magnetni pol rotorja vsakih 180 stopinj. To učinkovito zagotavlja, da je magnetni pol rotorja vedno poravnan z istim magnetnim polom statorja, kar povzroči odboj.
Rezultat? Neprekinjeno mehanske rotacije imajo dovolj sile za napajanje vašega mešalnika (ali karkoli, kar uporablja brušeni motor).
Zasnova brezkrtačnega motorja
Brezkrtačni motorji so začeli postajati priljubljeni v osemdesetih letih, ko so tranzistorji postali pogostejši v elektroniki. Z lahkoto na voljo polprevodniške komponente igral veliko vlogo pri izdelavi brezkrtačnih motorjev, ki se uporabljajo za električna orodja, gospodinjske aparate in elektroniko. Njihova zapletena, a učinkovita zasnova daje brezkrtačnim motorjem več navora kot njihovim brušenim motorjem.
Zasnova brezkrtačnega motorja vključuje več bistvenih delov. Vključevali bi:
- Stator: Stacionarni del motorja. Vsebuje več bakrenih tuljav, ki ob napajanju postanejo aktivni magnet.
- Rotor: Vrtljivi del motorja. Ta vsebuje trajne magnete, ki se vrtijo zaradi elektromagnetnega polja med statorjem in rotorjem.
- Hallov senzor: Senzor, ki zazna, katere tuljave so pod napetostjo in katere ne.
- Krmilno vezje: Elektronsko vezje, zasnovano za odločanje, katere tuljave znotraj statorja je treba napajati.
Kot pove že ime, brezkrtačni motorji ne uporabljajo ščetk za napajanje motorja. Brezkrtačni motorji tudi nimajo tokovnih komutatorjev. Namesto tega uporablja senzor Hallovega učinka in krmilno vezje, ki zagotavlja, da sta nasprotna magnetna pola statorja in rotorja vedno poravnana. Druga stvar, ki se vam bo zdela drugačna, je, da so v statorju bakrena navitja, medtem ko so v rotorju trajni magneti.
Brezkrtačni motor v osnovi deluje na enak način kot brušeni motor: z uporabo razlik v magnetnih polih za premikanje rotorja, ustvarjanje vrtenja in navora.
Toda kako lahko bakrena navitja dobijo moč brez ščetk in komutatorjev?
Preprosto, bakrena navitja naredite stacionarna. Pri stacionarnih bakrenih navitjih ščetke niso več potrebne, saj lahko napajate tuljave neposredno prek žic.
Kar zadeva komutatorje, brezkrtačni motor uporablja Hallov senzor in krmilno vezje. Hallov senzor je ravno krožno tipalo, nameščeno poleg bakrenih navitij statorja. Ker je v statorju več tuljav, lahko Hallov senzor zazna, ali je ena od teh tuljav pod napetostjo ali ne.
Izdelano s programom Sketchup
Senzor nato posreduje svoj odčitek krmilnemu vezju in se odloči, katere tuljave naj napaja. Torej, če se trajni magneti rotorja približajo privlačnim magnetnim polovom, bo krmilno vezje prenehalo napajati te tuljave in napajalo naslednjo tuljavo, ki privlači trajne magnete rotorja. Krmilno vezje bo tudi napajalo tuljave pred trajnimi magneti, kar bo povzročilo odboj in vrtenju dodalo še več navora.
Prednosti in slabosti brušenih in brezkrtačnih motorjev
Zaradi razlik v zasnovi motorja bodo tako krtačni kot brezkrtačni motorji imeli prednosti in slabosti. Tukaj je tabela, ki vam bo pomagala razumeti njihove prednosti in slabosti:
| Brušen motor | Brezkrtačni motor | |
|---|---|---|
| Življenjska doba | Kratek | dolga |
| Pospešek | Srednje | visoko |
| Učinkovitost | Srednje | visoko |
| Navor | Srednje | visoko |
| Akustika | Hrupno | Tih |
| Stroški | Poceni | Drago (s krmilnim vezjem) |
Ali bi morali kupiti strojno opremo s krtačnim ali brezkrtačnim motorjem?
Kot lahko vidite v tabeli, so brezkrtačni motorji boljši v vseh pogledih (razen v ceni) od svojih krtačnih dvojnikov. Zagotavljajo večji navor, hitrejše pospeševanje hitrosti, nižji hrup in večjo učinkovitost ter so bolj trpežni.
Torej, ko imate priložnost kupiti novo električno orodje, kuhinjski aparat, dron ali kar koli, kar potrebuje motor, je izbira izdelkov z brezkrtačnim motorjem na splošno boljša možnost.
Torej bi morali biti krtačeni motorji zastareli?
No, ne. Še posebej zato, ker bo brezkrtačni motor (plus krmilno vezje) stal bistveno več kot izdelek z brušenim motorjem. In čeprav je brezkrtačni motor boljši od krtačenega, to ne pomeni, da je krtačen motor slab. Pravzaprav je krtačen motor zelo dober. Z brušenim motorjem lahko dosežete enake naloge kot ljudje z brezkrtačnim.
Na splošno so brezkrtačni motorji idealni motorji za vaše orodje in opremo. Obstajajo pa tudi primeri, ko bi morda želeli namesto tega uporabiti brušene motorje. Te situacije bi vključevale:
- Ko se motor uporablja v trenutnih kratkih izbruhih (npr. mešalnik, električni sedeži in brisalci vetrobranskega stekla)
- Ko postane orodje/naprava uporabno le nekajkrat na leto
- Ko opravilo ne zahteva velikega navora (npr. igrače, zračniki)
- V ekstremnih pogojih delovanja. Krtačeni motorji ne potrebujejo senzorjev ali krmilnih vezij, ki lahko odpovejo v ekstremnih vremenskih razmerah
Pametni nakupi
Zdaj, ko razumete razliko med krtačnimi in brezkrtačnimi motorji, upajmo, da vam bo to olajšalo pameten nakup pri nakupu kuhinjskih aparatov, orodja in opreme. To bi moralo tudi pojasniti, zakaj so nekateri izdelki dražji od svojih primerkov, čeprav prihajajo iz iste blagovne znamke, imajo enake lastnosti in uporabljajo enak faktor oblike. Ne pozabite, da samo zato, ker lahko kupite vrhunski izdelek z brezkrtačnim motorjem, še ne pomeni vedno, da je to pametno kupiti.