มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านและไร้แปรงถ่าน: ประสิทธิภาพ การเลือก และการใช้งาน

มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านและมอเตอร์กระแสตรงไร้แปรงถ่าน

ความแตกต่างหลักๆ คือวิธีการเปลี่ยนกระแสไฟฟ้า: มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านใช้แปรงทางกายภาพและตัวสับเปลี่ยนเชิงกล ในขณะที่มอเตอร์แบบไร้แปรงถ่านใช้ตัวควบคุมอิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์ตำแหน่ง ความแตกต่างในการออกแบบนี้ลดหลั่นลงสู่ความแตกต่างอื่นๆ เกือบทั้งหมดระหว่างมอเตอร์ทั้งสองประเภท ได้แก่ ประสิทธิภาพ อายุการใช้งาน ความซับซ้อนในการควบคุม และต้นทุน ทั้งหมดนี้ย้อนกลับไปดูว่าการเปลี่ยนเกิดขึ้นทางกลไกหรือทางอิเล็กทรอนิกส์

ประสิทธิภาพมอเตอร์แบบแปรงถ่านและไร้แปรงถ่าน

มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน โดยทั่วไปจะมีประสิทธิภาพมากกว่ามอเตอร์แบบมีแปรงถ่านที่มีกำลังเอาท์พุตที่เทียบเคียงได้ ส่วนใหญ่เป็นเพราะพวกเขากำจัดกลไกการสูญเสียสองประการที่มีอยู่ในการสัมผัสของแปรง: การเสียดสีระหว่างแปรงและตัวสับเปลี่ยน และการสูญเสียความโค้งทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเมื่อแปรงสร้างและขาดการสัมผัสกับส่วนตัวสับเปลี่ยน มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน commonly achieve efficiencies in the 85-90% range ในขณะที่มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านมักจะทำงานต่ำกว่าหลายจุดภายใต้สภาวะโหลดที่เทียบเคียงได้

ช่องว่างด้านประสิทธิภาพนี้มีความสำคัญมากที่สุดในการใช้งานที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่และการใช้งานต่อเนื่อง โดยที่ทุก ๆ เปอร์เซ็นต์ของประสิทธิภาพจะแปลงเป็นรันไทม์โดยตรงหรือเกิดความร้อนลดลง ในการใช้งานเบาและไม่ต่อเนื่อง ความแตกต่างของประสิทธิภาพจะส่งผลน้อยลง ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งว่าทำไมมอเตอร์แบบมีแปรงถ่านจึงยังคงพบเห็นได้ทั่วไปในผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภคราคาประหยัดซึ่งมีรอบการทำงานต่ำตามธรรมชาติ

ข้อดีและข้อเสียของมอเตอร์กระแสตรงแบบแปรงถ่าน

การชั่งน้ำหนัก มอเตอร์แปรง เมื่อเทียบกับทางเลือกแบบไร้แปรงนั้นขึ้นอยู่กับว่าความเรียบง่ายและต้นทุนที่ต่ำนั้นมีมากกว่าอายุการใช้งานที่สั้นกว่าและประสิทธิภาพที่ต่ำกว่าสำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะที่มีอยู่หรือไม่

• ข้อดี: ต้นทุนที่ต่ำกว่า อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ควบคุมที่ง่ายกว่า แรงบิดเริ่มต้นสูง การซ่อมแซมภาคสนามที่ง่ายดาย
• ข้อเสีย: การสึกหรอของแปรงทำให้อายุการใช้งานสั้นลง ประสิทธิภาพลดลง ก่อให้เกิดความร้อนมากขึ้น สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้า (EMI) จากการอาร์คของแปรง
• เหมาะสมที่สุด: การใช้งานรอบต่ำและคำนึงถึงต้นทุน ซึ่งยอมรับการเปลี่ยนแปรงเป็นระยะๆ

วิธีเลือกมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน: คู่มือการเลือก

การเลือกมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านที่เหมาะสมจะเริ่มต้นด้วยพื้นฐานเดียวกันกับมอเตอร์กระแสตรงใดๆ: กำหนดแรงบิดและความเร็วที่ต้องการที่โหลด จากนั้นตรวจสอบว่าเทียบกับพิกัดเอาท์พุตของมอเตอร์และแรงดันไฟฟ้าที่มีอยู่ เพราะ มอเตอร์แปรงs มีอายุการใช้งานแปรงที่จำกัด รอบการทำงาน และอายุการใช้งานที่คาดหวัง มีน้ำหนักเพิ่มขึ้นในกระบวนการคัดเลือก เมื่อเทียบกับทางเลือกอื่นแบบไม่มีแปรง

• ยืนยันแรงบิดและความเร็วที่ต้องการที่โหลด รวมถึงระยะขอบสำหรับการสตาร์ทและสภาวะสูงสุด
• จับคู่แรงดันไฟฟ้ากับแหล่งจ่ายไฟที่มีอยู่ หลีกเลี่ยงการทำงานที่มีแรงดันไฟฟ้าต่ำหรือเกินอย่างมีนัยสำคัญ
• ประมาณการรอบการทำงานและอายุการใช้งานที่คาดหวังโดยเทียบกับอายุการใช้งานแปรงที่กำหนดของมอเตอร์
• ตรวจสอบพิกัดความร้อนโดยเทียบกับสภาวะการทำงานต่อเนื่องหรือไม่สม่ำเสมอ
• พิจารณาการสัมผัสสิ่งแวดล้อม — ฝุ่นและความชื้นเร่งแปรงและการสึกหรอของตัวสับเปลี่ยน

การคำนวณแรงบิดและความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน

การคำนวณแรงบิดและความเร็วสำหรับมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านเป็นไปตามหลักการเดียวกันกับแบบฝึกหัดการกำหนดขนาดมอเตอร์กระแสตรง: กำหนดแรงบิดโหลดที่เอาท์พุต (แรง × รัศมีสำหรับโหลดแบบหมุน หรือแรง − ข้อได้เปรียบทางกลสำหรับโหลดเชิงเส้น) เพิ่มค่าเผื่อด้านความปลอดภัยประมาณ 20-50% สำหรับสภาวะการสตาร์ทและจุดสูงสุด และยืนยันความเร็วที่ต้องการที่เพลาเอาท์พุตหลังจากพิจารณาการลดเกียร์แล้ว

ความต้องการกำลังไฟฟ้าเป็นไปตามโดยตรงจากแรงบิดและความเร็ว (กำลัง = แรงบิด × ความเร็วเชิงมุม) และค่าตัวเลขนี้ควรได้รับการตรวจสอบเทียบกับอัตรากำลังต่อเนื่องของมอเตอร์ แทนที่จะเป็นพิกัดสูงสุดหรือพิกัด เนื่องจากการทำงานอย่างต่อเนื่องใกล้กับแรงบิดแผงลอยจะสร้างความร้อนมากเกินไปในขดลวดกระดองของมอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน และเร่งการสึกหรอของแปรงจากการดึงกระแสไฟฟ้าที่สูงขึ้น

การใช้งานมอเตอร์ DC แบบแปรงถ่านแรงบิดสูง

มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่าน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกำหนดค่าแบบพันอนุกรม ให้แรงบิดเริ่มต้นที่แข็งแกร่งเมื่อเทียบกับขนาดและราคา ทำให้เป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริงสำหรับการใช้งานที่ต้องการแรงบิดสูงจากการหยุดนิ่ง แทนที่จะทำงานด้วยความเร็วสูงอย่างยั่งยืน การใช้งานมอเตอร์แปรงถ่านแรงบิดสูงทั่วไป ได้แก่ มอเตอร์สตาร์ทรถยนต์ รอก เครื่องขับเคลื่อนเครื่องมือไฟฟ้า และแอคทูเอเตอร์เชิงเส้น — ทุกกรณีที่ความต้องการแรงบิดที่สั้นและเข้มข้นมีความสำคัญมากกว่าประสิทธิภาพการทำงานต่อเนื่อง

มอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านสำหรับอุปกรณ์อุตสาหกรรม หุ่นยนต์ และระบบอัตโนมัติ

ในการตั้งค่าทางอุตสาหกรรมและระบบอัตโนมัติ โดยทั่วไปแล้วมอเตอร์กระแสตรงแบบมีแปรงถ่านจะถูกสงวนไว้สำหรับการใช้งานที่มีรอบการทำงานต่ำและคำนึงถึงต้นทุน ซึ่งภาระการบำรุงรักษาของการเปลี่ยนแปรงเป็นระยะๆ นั้นสามารถจัดการได้ — แอคชูเอเตอร์แบบธรรมดา ส่วนสายพานลำเลียงที่ใช้งานต่ำ และงานการวางตำแหน่งพื้นฐานที่ไม่ต้องการความแม่นยำหรืออายุการใช้งานที่ยาวนานของระบบเซอร์โวแบบไร้แปรงถ่าน

ในด้านวิทยาการหุ่นยนต์ มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านยังคงปรากฏอยู่ในแพลตฟอร์มสำหรับงานอดิเรกและการศึกษาที่มีต้นทุนต่ำ การสร้างต้นแบบ และแอคทูเอเตอร์ที่ไม่สำคัญ ซึ่งงบประมาณมีมากกว่าความจำเป็นในการควบคุมที่แม่นยำหรือยืดอายุการใช้งาน หุ่นยนต์และอุปกรณ์การผลิตที่คาดว่าจะทำงานอย่างต่อเนื่องในรอบการทำงานที่มีความต้องการสูง โดยทั่วไปจะเปลี่ยนไปใช้มอเตอร์แบบไร้แปรงถ่านแทน โดยที่ต้นทุนล่วงหน้าที่สูงขึ้นจะถูกชดเชยด้วยการบำรุงรักษาที่ลดลง และความแม่นยำในการควบคุมตลอดอายุการใช้งานของอุปกรณ์ที่ดีขึ้น