Tại sao nối cổ góp và chổi than của máy phát một chiều có chức năng giống bộ chỉnh lưu điện

Một động cơ khoan được thiết kế để chuyển đổi năng lượng điện thành chuyển động cơ học. Thị trường chứa đầy các loại động cơ có thể xử lý các ứng dụng khác nhau và yêu cầu công suất khác nhau. Hai loại động cơ phổ biến nhất bao gồm động cơ không chổi than và chổi quét. Mặc dù chúng dựa trên cùng các nguyên tắc vật lý, cấu trúc, hiệu suất và kiểm soát của chúng khác nhau đáng kể.

Động cơ không chổi than, ngày càng trở nên phổ biến với người dùng DIY và chuyên nghiệp không phải là mới đối với thị trường. Để hiểu nguồn gốc của nó, điều quan trọng là phải nhìn lại các phát minh của ông Ernst Werner von Siemens vào năm 1856. Mặc dù thô sơ, các phát minh đã trải qua một số cải tiến trong nhiều thập kỷ, một trong số đó là một biến trở để kiểm soát chính xác tốc độ quay của trục.

Hành trình nổi bật của động cơ không chổi than bắt đầu từ đầu những năm 1960 với sự xuất hiện của bộ điều chỉnh công suất có khả năng chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC). Năm 1962, TG Wilson và PH Trickey đã xuất bản một bài viết mô tả một động cơ không chổi than hoạt động trên dòng điện trực tiếp. Các đơn vị được trang bị một công nghệ tận dụng từ tính và liên tiếp bị chống lại bởi một thiết bị điện. Sự tiết lộ chính đằng sau khái niệm về động cơ không chổi than là không có công tắc vật lý để truyền dòng điện.

Tuy nhiên, phải đến thập niên 1980, động cơ không chổi than mới thực sự khởi đầu tốt. Sự sẵn có lớn hơn của nam châm vĩnh cửu kết hợp với bóng bán dẫn điện áp cao đã cho phép loại động cơ này tạo ra nhiều năng lượng như động cơ chải. Những cải tiến cho động cơ không chổi than đã tiếp tục không suy giảm trong ba thập kỷ qua. Điều này đã thay đổi cách các nhà sản xuất máy khoan sản xuất các công cụ khoan hiệu quả. Đổi lại, khách hàng đang tận dụng các lợi ích chính liên quan đến sự đa dạng và giảm yêu cầu bảo trì.

Sự khác biệt chính giữa động cơ khoan không chổi than và chổi than là các biến thể chổi than được làm bằng carbon trong khi các đơn vị không chổi than sử dụng nam châm để tạo ra năng lượng. Vì lý do này, động cơ không chổi than được điều chỉnh tốt hơn, không tạo ra ma sát, tạo ra ít nhiệt hơn và cung cấp hiệu suất tốt hơn. Ngoài ra, các bộ phận không chổi than làm giảm đáng kể việc bảo trì, giảm bụi và không cần phải thay thế chổi than bị mòn.

Trong một động cơ không chổi than, sự chuyển động của các cuộn dây không phải là cơ học mà được điều khiển bằng điện tử bởi một thiết bị được gọi là bộ điều khiển. Điều này biến đổi dòng điện một chiều thành dòng có tần số biến đổi ba pha và cung cấp liên tiếp các cuộn dây động cơ để tạo ra trường quay. Có thể hiểu rằng với nguyên lý công suất này, các cuộn dây được cố định trong động cơ và không quay như trong động cơ chải.

Tất cả các động cơ không chổi than có thiết kế tương đối giống nhau. Chúng đi kèm với một stato cố định, giữ các cuộn dây và một rôto di động trên đó các nam châm vĩnh cửu được dán. Các cuộn dây có thể được chế tạo theo nhiều cách khác nhau dưới dạng ngôi sao hoặc hình tam giác. Phần lớn không chổi than có một cánh quạt bên trong quay nhanh lên đến 100.000 vòng / phút.

Chổi than rất cần thiết cho hoạt động đúng của các công cụ động cơ chải, chẳng hạn như máy khoan, búa khoan, máy bào, máy tỉa hàng rào và máy mài. Chổi than carbon được lựa chọn theo thương hiệu và loại công cụ. Chúng được lắp đặt trên bộ phận cố định của động cơ để đảm bảo truyền công suất tối ưu đến rôto (bộ phận quay). Họ cung cấp chuyển đổi mà không có tia lửa.

Chổi than làm việc theo cặp, các bộ phận này được mặc các bộ phận và chịu ma sát. Chổi than carbon tiếp xúc vĩnh viễn với các vòng trượt. Được làm bằng than chì, các thành phần này có nhiều loại khác nhau. Chúng có thể được trang bị lò xo, đầu nối (dây có phích cắm) hoặc không có giá đỡ chổi than. Các chổi than có kích thước và hình dạng khác nhau (chủ yếu là hình vuông, hình chữ nhật) và có thể có các rãnh để cải thiện hướng dẫn.

Tốc độ của máy khoan được chỉ định là một phần của mô-men xoắn, phụ thuộc vào cường độ của từ trường. Chổi than carbon lò xo được bảo đảm đến một lò xo được trang bị một tấm để đảm bảo sự truyền năng lượng trơn tru. Trong một số trường hợp, bàn chải được gắn trên giá đỡ bàn chải kết hợp với lò xo được thiết kế để tăng lực đẩy.

Mặt khác, chổi than máy cắt được sử dụng để dừng hoạt động của động cơ và cuối cùng là máy khoan trước khi hao mòn hoàn toàn vật liệu than chì. Điều này nhằm mục đích duy trì hiệu suất tối ưu.

Các nhà sản xuất dụng cụ điện cầm tay, bao gồm máy khoan, thường bán chổi than tương thích với máy của họ. Kích thước được thể hiện bằng milimét hoặc inch, đại diện cho độ dày, chiều sâu và chiều rộng. Tuy nhiên, các thông số kỹ thuật này có thể thay đổi từ nhà sản xuất này sang nhà sản xuất khác.

Mặc dù động cơ chổi than là rẻ tiền, đáng tin cậy và có tỷ lệ mô-men xoắn hoặc quán tính cao, nhưng chúng cũng đi kèm với một số nhược điểm. Các thành phần này hao mòn theo thời gian tạo ra bụi. Loại động cơ này đòi hỏi phải bảo trì thường xuyên để làm sạch hoặc thay thế chổi than. Chúng cũng có khả năng tản nhiệt thấp do giới hạn rôto, quán tính rôto cao, tốc độ tối đa thấp và nhiễu điện từ (EMI) do đặt trên chổi than.

Nguyên lý hoạt động của động cơ không chổi than giống như động cơ có chổi than (điều khiển chuyển mạch sử dụng phản hồi vị trí trục bên trong) nhưng thiết kế tổng thể của chúng là khác nhau. Thiết kế của các bộ phận không chổi than làm giảm điện trở bên trong và giúp tản nhiệt sinh ra trong cuộn dây stato. Hiệu quả là tốt hơn vì nhiệt của cuộn dây có thể tiêu tan hiệu quả hơn nhờ vỏ động cơ đứng yên lớn hơn nhiều.

Không giống như động cơ chổi than, nam châm vĩnh cửu trên bộ phận không chổi than được gắn trên cánh quạt. Stator là thép cuộn có rãnh và chứa các cuộn dây của cuộn dây. Mặt khác, các đơn vị chổi than yêu cầu ít hoặc không có các thành phần bên ngoài và do đó hoạt động tốt trong các điều kiện hạn chế.

Khi tìm hiểu để hiểu không có nghĩa là gì, điều quan trọng là phải xem xét thiết kế cơ bản của các động cơ này. Các cuộn dây của stato có thể được sắp xếp theo hình sao (hoặc Y) hoặc ở đồng bằng. Cán thép có thể được thực hiện có hoặc không có rãnh. Một động cơ khoan không có rãnh có độ tự cảm thấp hơn. Do đó, nó có thể hoạt động nhanh hơn và gây ra ít gợn sóng hơn ở tốc độ thấp hơn. Nhược điểm chính của nó là các yếu tố chi phí cao hơn vì cần phải nhân các cuộn dây để bù cho một không phận lớn hơn.

Số lượng cực rôto có thể thay đổi tùy thuộc vào ứng dụng. Nhiều cực hơn làm tăng mô-men xoắn nhưng giảm tốc độ tối đa. Vật liệu được sử dụng để chế tạo nam châm vĩnh cửu cũng có hậu quả đối với mô-men xoắn cực đại, tăng theo mật độ từ thông.

Vì việc chuyển đổi phải được thực hiện bằng điện tử, nên việc điều khiển động cơ không chổi than phức tạp hơn nhiều so với các sơ đồ đơn giản liên quan đến các đơn vị chổi than. Cả hai phương pháp điều khiển analog và kỹ thuật số đều được sử dụng. Khối điều khiển cơ bản tương tự như khối động cơ chổi than nhưng điều khiển vòng kín là bắt buộc.

Ba loại thuật toán điều khiển chính được sử dụng trên các động cơ không chổi than: giao hoán hình thang, giao hoán hình sin và điều khiển vectơ (hoặc định hướng trường). Mỗi thuật toán điều khiển có thể được thực hiện theo những cách khác nhau tùy thuộc vào mã hóa phần mềm và thiết kế phần cứng. Mỗi cung cấp những lợi thế và bất lợi cụ thể.

Chuyển mạch hình thang đòi hỏi phần mềm điều khiển và mạch đơn giản nhất làm cho nó trở thành một giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng cấp nhập cảnh. Nó sử dụng một quá trình sáu bước sử dụng phản hồi vị trí cánh quạt. Chuyển đổi hình thang kiểm soát hiệu quả tốc độ và sức mạnh của động cơ nhưng bị gợn mô-men xoắn trong quá trình chuyển đổi, đặc biệt là ở tốc độ thấp.

Chuyển đổi không cảm biến (ước tính vị trí cánh quạt bằng cách đo EMF phía sau của động cơ) cung cấp hiệu suất ấn tượng với chi phí phức tạp hơn của thuật toán. Bằng cách loại bỏ các cảm biến hiệu ứng Hall và các mạch giao diện của chúng, việc chuyển đổi không cảm biến này giúp giảm chi phí lắp đặt và thành phần và đơn giản hóa thiết kế hệ thống. Điều này giúp trả lời câu hỏi, động cơ không chổi than là gì?

Công nghệ động cơ không chổi than không chỉ cải thiện sức mạnh của các công cụ điện không dây của bạn mà còn kéo dài tuổi thọ làm việc của họ. Với những động cơ này, bạn sẽ hầu như không phải lo lắng về bảo trì.

Những lợi thế của công nghệ không chổi than là rất nhiều. Sự vắng mặt của chổi than giúp loại bỏ các vấn đề liên quan đến quá nóng và hỏng. Do đó tuổi thọ của động cơ không chổi than chỉ liên quan đến vòng bi. Động cơ không chổi than nhỏ gọn hơn và nhẹ hơn hai đến ba lần so với các sản phẩm có chổi than. Điều này cải thiện tính cơ động ngoài việc giảm độ rung và tiếng ồn.

Giao lưu điện tử cho phép định vị chính xác. Động cơ đạt tốc độ lên tới 50.000 vòng / phút với các cánh quạt cân bằng tối ưu. Mô-đun điện tử cung cấp linh hoạt hơn với phạm vi biến đổi rộng hơn và đặc biệt là duy trì mô-men xoắn ngay từ đầu.

Không có ma sát giữa rôto và stato, hiệu quả được cải thiện đáng kể. Nhiệt và ma sát giảm trong khi năng lượng của pin được tối ưu hóa. Điều này giúp tăng sức mạnh và tự chủ lên tới 25% với pin thông thường. Theo các nhà sản xuất, các thế hệ pin Li-Ion mới nhất cung cấp tới 50% hoặc thậm chí 60% quyền tự chủ tăng lên.

Việc không có ma sát cho phép động cơ hoạt động mà không tạo ra tia lửa ngay cả trong các ứng dụng chuyên sâu. Công nghệ không chổi than không có vùng tiếp xúc, giúp giảm đáng kể sự hao mòn và bảo trì. Điều này mang lại một số lợi thế: động cơ tiết kiệm năng lượng hơn, ngăn ngừa quá nhiệt, loại bỏ nhu cầu thay thế bàn chải và người dùng tận hưởng thời lượng pin lâu hơn – bạn sẽ thấy rằng máy khoan pin tốt nhất hoạt động trên động cơ không chổi than.

Trong động cơ điện thông thường, rôto (bộ phận quay của máy) được dẫn động bên trong stato (bộ phận cố định). Cả hai đều được kết nối bằng một kết nối điện: bộ thu hoặc cổ góp, tiếp xúc với chổi than carbon nhỏ.

Với công nghệ không chổi than, rôto bao gồm nam châm và stato của các cuộn dây được tích điện xen kẽ dương hoặc âm. Do đó, các cực thu hút và đẩy lùi cho phép động cơ quay. Ưu điểm là không có tiếp xúc vật lý giữa rôto và stato. Năng lượng truyền giữa roto và stato thông qua từ tính giữa các nam châm điện.

Được cung cấp bởi một dòng điện trực tiếp, động cơ hoạt động với một dòng điện xoay chiều được tạo ra bởi một thẻ điện tử biến đổi dòng điện trực tiếp thành tần số biến đổi ba pha. Do đó, các cuộn dây được cho ăn xen kẽ để tạo ra một trường quay và do đó xoay. Các mô-đun điện tử, được tích hợp vào động cơ hoặc trong vỏ liên tục điều chỉnh dòng điện để động cơ hoạt động với hiệu suất tối đa. Điều này cải thiện hiệu suất tổng thể và do đó cung cấp giá trị thực sự cho đồng tiền bạn bỏ ra để sở hữu chúng.

Cái nào tốt hơn: không chổi than vs động cơ chổi than?

Tóm lại, động cơ không chổi than tốt hơn các động cơ chổi than. Người dùng có thể tận dụng giảm bảo trì, cải thiện hiệu quả, giảm nhiệt và tiếng ồn. Các động cơ không chổi than là các đơn vị đồng bộ với một hoặc nhiều nam châm vĩnh cửu. Dụng cụ điện với động cơ không chổi than hiện được coi là sản phẩm cao cấp.

Một động cơ DC bao gồm hai phần điện: stato và rôto. Khi cung cấp năng lượng cho động cơ, nó tạo ra một tương tác từ tính làm cho động cơ chuyển động. Khi bạn đảo ngược hướng của điện áp cung cấp năng lượng cho động cơ, nó sẽ quay theo hướng ngược lại.