Harjatut vs harjattomat tasavirtamoottorit: tehokkuus, valinta ja käyttötarkoitukset

Harjattu tasavirtamoottori vs harjaton tasavirtamoottori

Ydinero on siinä, miten virta kytketään: harjatuissa moottoreissa käytetään fyysisiä harjoja ja mekaanista kommutaattoria, kun taas harjattomissa moottoreissa käytetään elektronista säädintä ja asentoantureita. Tämä yksi suunnitteluero johtaa lähes kaikkiin muihin kahden moottorityypin eroihin – tehokkuuteen, käyttöikään, ohjauksen monimutkaisuuteen ja kustannuksiin, jotka kaikki liittyvät siihen, tapahtuuko kommutointi mekaanisesti vai elektronisesti.

Harjattu vs harjaton moottoritehokkuus

Harjattomat moottorit ovat tyypillisesti tehokkaampia kuin harjatut moottorit vertailukelpoisella teholla, suurelta osin siksi, että ne eliminoivat kaksi harjakontaktille ominaista häviömekanismia: kitkan harjan ja kommutaattorin välillä sekä sähkökaarihäviöitä, joita syntyy, kun harjat muodostavat ja katkaisevat kosketuksen kommutaattorin segmentteihin. Harjattomat moottorit commonly achieve efficiencies in the 85-90% range , kun taas harjatut moottorit käyvät tyypillisesti useita prosenttiyksiköitä vähemmän vertailukelpoisissa kuormitusolosuhteissa.

Tällä tehokkuusvajeella on eniten merkitystä akkukäyttöisissä ja jatkuvatoimisissa sovelluksissa, joissa jokainen tehokkuusprosentti on suoraan käyttöajassa tai lämmöntuotannon vähenemisessä. Kevyissä, jaksoittaisessa käytössä olevissa sovelluksissa tehokkuusero on vähemmän seurausta, mikä on osa sitä, miksi harjatut moottorit ovat edelleen yleisiä edullisissa kuluttajatuotteissa, joissa käyttösuhde on luonnollisesti alhainen.

Harjatun tasavirtamoottorin edut ja haitat

Punnitus a harjattu moottori Harjatonta vaihtoehtoa vastaan riippuu siitä, ylittävätkö sen yksinkertaisuus ja alhaiset kustannukset sen lyhyemmän käyttöiän ja alhaisemman tehokkuuden kyseisessä sovelluksessa.

• Edut: alhaisemmat kustannukset, yksinkertaisempi ohjauselektroniikka, korkea käynnistysmomentti, helppo kenttäkorjaus
• Haitat: harjan kuluminen rajoittaa käyttöikää, alhaisempi hyötysuhde, enemmän lämmöntuotantoa, sähkökohina (EMI) harjan kipinöistä
• Paras istuvuus: matalan käyttöjakson, kustannusherkät sovellukset, joissa säännöllinen harjan vaihto on hyväksyttävää

Harjatun tasavirtamoottorin valitseminen: Valintaopas

Oikean harjatun tasavirtamoottorin valinta käynnistyy samoilla perusteilla kuin mikä tahansa tasavirtamoottori: määritä vaadittu vääntömomentti ja nopeus kuormituksella ja tarkista sitten moottorin nimellistehoa ja käytettävissä olevaa syöttöjännitettä vasten. Koska harjattu moottoris harjan rajallinen käyttöikä, käyttösuhde ja odotettu käyttöikä tuovat lisäpainoa valintaprosessiin verrattuna harjattomiin vaihtoehtoihin.

• Vahvista vaadittu vääntömomentti ja nopeus kuormituksella, mukaan lukien marginaali käynnistys- ja huippuolosuhteissa
• Yhdistä jännite käytettävissä olevaan virtalähteeseen välttäen merkittävää ali- tai ylijännitetoimintaa
• Arvioi odotettu käyttöjakso ja käyttöikä suhteessa moottorin nimelliseen harjan käyttöikään
• Tarkista lämpöarvot jatkuvan ja ajoittaisen käyttöolosuhteiden välillä
• Harkitse ympäristön altistumista – pöly ja kosteus nopeuttavat harjan ja kommutaattorin kulumista

Harjatun tasavirtamoottorin vääntömomentin ja nopeuden laskenta

Harjatun tasavirtamoottorin vääntömomentin ja nopeuden laskenta noudattaa samoja periaatteita kuin missä tahansa tasavirtamoottorin mitoitusharjoituksissa: määritä kuormitusmomentti lähdössä (voima × säde pyörimiskuormituksille tai voima ÷ mekaaninen etu lineaarisille kuormille), lisää noin 20-50 %:n turvamarginaali käynnistys- ja huippuolosuhteille ja vahvista vaadittu nopeus lähtöakselilla vaihteiston vähennyksen jälkeen.

Tehontarve seuraa suoraan vääntömomentista ja nopeudesta (teho = vääntömomentti × kulmanopeus), ja tämä luku tulee tarkistaa moottorin jatkuvaan tehoon verrattuna sen huippu- tai jumiutumisarvoon, koska jatkuva käyttö lähellä pysähtymismomenttia tuottaa liiallista lämpöä harjatun moottorin ankkurikäämeissä ja kiihdyttää harjan kulumista suuremmasta virrankulutuksesta.

Suuren vääntömomentin harjatut tasavirtamoottorisovellukset

Harjatut DC-moottorit, erityisesti sarjakäämityskokoonpanot, tarjoavat voimakkaan käynnistysmomentin kokoonsa ja kustannuksiinsa nähden, mikä tekee niistä käytännöllisen valinnan sovelluksiin, joissa tarvitaan suurta vääntömomenttia pysähdyksissä jatkuvan nopean käytön sijaan. Yleisiä suuren vääntömomentin harjattuja moottorisovelluksia ovat autojen käynnistysmoottorit, vinssit, sähkötyökalujen käyttölaitteet ja lineaariset toimilaitteet — kaikki tapaukset, joissa lyhyt, voimakas vääntömomentin tarve on tärkeämpi kuin jatkuvan käytön tehokkuus.

Harjatut tasavirtamoottorit teollisuus-, robotiikka- ja automaatiolaitteisiin

Teollisuus- ja automaatioasennuksissa harjatut DC-moottorit on yleensä varattu alhaisempijaksoisiin, kustannusherkkään sovelluksiin, joissa säännöllisen harjan vaihdon huoltotaakka on hallittavissa – yksinkertaiset toimilaitteet, kevyet kuljetinosat ja perusasemointitehtävät, jotka eivät vaadi harjattoman servojärjestelmän tarkkuutta tai pitkäikäisyyttä.

Robottiikassa harjattuja moottoreita esiintyy edelleen halvemmissa harrastaja- ja koulutusympäristöissä, prototyyppirakenteissa ja ei-kriittisissä toimilaitteissa, joissa budjetti on suurempi kuin tarkkuusohjauksen tai pidennetyn käyttöiän tarve. Tuotantorobotiikka ja laitteet, joiden odotetaan jatkuvan jatkuvassa vaativissa käyttösuhteissa, siirtyvät yleensä sen sijaan harjattomiin moottoreihin, joissa korkeammat alkukustannukset kompensoivat alhaisemmalla huollolla ja paremmalla ohjaustarkkuudella laitteen käyttöiän aikana.