Quelle est la différence entre les moteurs CC à balais et sans balais?

CONTENU:

1. Qu'est-ce que le moteur Brushless? Comment ça marche?
2. Conception de moteur sans balais et pièces principales
3. Qu'est-ce qu'un moteur à balais? Comment ça marche?
4. Avantages et inconvénients du moteur CC à balais
5. Principales applications. Qu'est-ce qui est mieux?

Différence entre les moteurs avec et sans balais en un mot

Les moteurs électriques sont des appareils qui convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique. L'efficacité de ce processus dépend de sa conception et du type de courant (CA ou CC).

Alors, quelle est la différence entre les moteurs avec et sans balais en un mot?

1. Les moteurs sans balais n'ont pas de balais lors de l'assemblage et ils sont plus compacts. Au lieu de cela, ils doivent être équipés de dispositifs de commutation supplémentaires (contrôleurs, codeurs rotatifs, entraînements).
2. Les moteurs à balais sont moins chers et plus simples. Ils peuvent être câblés directement à la source CC et avoir un contrôle élémentaire simple (comme un interrupteur).
3. Dans les variantes sans balais, leur rotor tourne électroniquement en revanche; l'armature brossée tourne mécaniquement (courant transmis par les brosses).
4. Les sans balais ont trois fils pour la connexion et les brossés en ont deux.
5. Les moteurs sans balais ont un rendement plus élevé (85-90%) que brossé (75% -80%). Cela signifie qu'avec la même puissance les premiers convertissent une grande force de rotation, car ils ne créent pas de frottement et ne perdent pas beaucoup de chaleur lors de leur fonctionnement.

Ainsi, nous pouvons tirer notre première brève conclusion. Les moteurs sans balais ont des performances, une efficacité et une stabilité accrues. D'autre part, les moteurs électriques à balais ont des prix plus bas et sont plus faciles à entretenir.

Pour une plus grande différence, examinons-les en détail.

Qu'est-ce que le moteur Brushless? Comment ça marche?

Le principe de fonctionnement des deux types de moteurs est généralement similaire. Il est basé sur l'interaction d'un aimant permanent dans le rotor et d'un aimant électrique dans le stator.

Le moteur à courant continu sans balais (il est également appelé BLDC ou simplement BL) est un dispositif synchrone et agit comme le PMSM (moteur synchrone à aimant permanent). Par conséquent, son principe de fonctionnement est basé sur une régulation de fréquence auto-synchronisée lorsque leur rotor et stator sont en contact avec la même fréquence.

Les moteurs BLDC sont de deux types:

• Out-runner
• Coureur

Dans le premier cas, le rotor est situé au-dessus du stator, et dans le second, en dessous. Voyons comment cela fonctionne sur la version out-runner à titre d'exemple.

Dans une telle conception, le rotor a des aimants permanents et le stator a un agencement de bobine qui forme un aimant électrique. Le principe de fonctionnement de base est basé exactement sur leur interaction.

Une puissance de source rend les bobines sous tension et elles créent un champ magnétique selon la loi de Faraday. Lorsque cela se produit, ces bobines sous tension sont attirées vers des pôles opposés situés sur le rotor. Ces bobines sont installées dans le rotor, il commence donc à tourner avec elles.

Lorsqu'ils s'approchent du pôle opposé, l'alimentation se coupe et le commutateur commence à alimenter une paire suivante. La prochaine paire de bobines est également attirée, déplaçant ainsi le rotor plus loin. Ensuite, une telle action est répétée en continu.

BLDC a une conception spéciale qui permet à l'utilisateur d'alimenter n'importe quelle bobine, de sorte qu'il peut changer rapidement le couple et la vitesse de rotation. Les moteurs sans balais ont une taille compacte avec une vitesse élevée et un positionnement précis en même temps.

Les moteurs BL ne génèrent aucun frottement; par conséquent, ils produisent plus de force de rotation au lieu de chaleur. Ceci est réalisé en raison du manque de brosses. Au lieu d'eux, des dispositifs de commutation intégrés surveillent et régulent la position du rotor, la vitesse de rotation et la distribution régulière du courant à travers les bobines.

Conception de moteur sans balais et pièces principales

A common motor of that type has a three-phase winding on the stator and a permanent magnet on the rotor. It is also made in single, dual, or three-phase variations. As was mentioned above, the stator winding creates a rotating magnetic field, which drives the magnetic rotor into motion. To form such magnetic field, a three-phase voltage is applied to the winding.

So how does the system know which coil is energized and which should be energized? For this purpose, a special electronic controller is used. Such integrated commutating device turn on current to orthogonal (perpendicular) windings. It also contains sensors that determine a rotor position. The most often hall sensors are used but sometimes photoelectrical, inductive sensors, and resolvers perform such tasks.

To change the direction of rotation, the controller changes connection of two phases. It also can work as stepper or servo motor.

Advantages and disadvantages of brushless DC motor

The main advantages of a brushless motor

• long service life;
• low noise level;
• high-efficiency indicators - about 90%;
• maximum rotation speed is achieved quickly;
• do not spark form during operation;
• additional cooling resources are not required;
• there are no mechanisms that need regular maintenance.

The main disadvantages of brushless motors

• complex management system;
• limited resource of electrical components;
• high price due to expensive components.
• need additional commutating devices to work (commutators, encoders, drives)

What is a brushed motor? How does it work?

Brushed motors are the most common DC motor. As noted above, its principle also consists in the attraction of two magnets with opposite poles.

The main parts of such motor are:

1. Stator
2. Rotor (armature)
3. Brushes
4. Commutator

Permanent or electrical magnets are placed on the stator and form a constant magnetic field. DC motors with electrical magnets are powered with the same dc source that armature.

Such motors can be of two main types:

• Shunt motors (with parallel connection)
• Serial motors (with serial connection)

Serial motors have a good start torque but its speed drops didactically with load. Opposite them, the parallel motors have worse start torque, but they can perform a constant speed irrespectively to acting load.

The rotor is connected to dc power source by brushes. Brushes are attached into commutator. Different windings are connected with different segments of such commutators. When they are energized, they create a magnetic field. When the rotor rotates, their magnetic fields change. This field switching is called commutation.

The current flows from the source to the windings, which as a result of the Lorentz law create a magnetic field and begin to interact with the magnets on the stator. The brushes (that made of generally of graphite) transfer power to the armature. To maintain their constant fit to the commutator, the springs exert pressure on them.

In the simplest mechanism with one loop of armature, an issue may happen when the armature becomes perpendicular to magnetic flux. In this case, its torque is equal to zero and the movement is interrupted for a short period. Therefore, for a smoother movement, additional loops are added to the design. The more of these loops, the smoother movement will be.

During the operation of such engines, Internal Electromotive (EMF) and Counter Electromotive (Back EMF) Forces often arise in accordance with the laws of Faraday and Lorenz. Because of this, a large amount of heat is generated. Therefore, in large and powerful motors, it is extremely needed to install additional cooling devices to avoid fire.

Pros and Cons of Brushed DC motor

The main advantages of brushed motors:

• low cost;
• simple design and wiring;
• easy maintenance;
• reliable to mechanical and vibration shocks.

The main disadvantages of brushed motors:

• brushes wear out quickly;
• have an electromagnetic noise;
• sparks form during operation;
• the mechanism overheats and smokes;
• low efficiency (about 60-80%);
• due to the high friction of the brushes, the service life is reduced.

Main applications. What is better?

Brushless motors, firstly, offer high performance and long life cycle. Such models are needed in areas where high rotation speed and resistance to overheating are required at the same time. Such equipment is used as part of the cooling system, in robotics, medical equipment, CNC machines, and other expensive and crucial industrial equipment. Brushless devices are more powerful than brushed ones with the same size. It is also used in areas when electric motors with a high lifespan and lack of maintenance are required.

The common brush dc motor has less power and stability. However, it is cheap and simple. Therefore, those devices perform not complicated and long-term tasks. Such equipment is used in the domestic sphere: in automobiles, hoisting mechanisms, in children's radio-controlled models, and some household tools (like a drill). They need regular maintenance due to brush friction and quick wear, but they are quite reliable to resistance in industrial harsh environments.

On our website Eltra-Trade.com you can find the most popular models of Siemens and ABB motors.