موتورهای DC برس خورده: اصل کار، مزایا، معایب و تعمیر و نگهداری

موتور DC برس دار چیست؟

A موتور DC برس خورده یک موتور الکتریکی است که جریان مستقیم را با استفاده از یک سیستم کموتاسیون مکانیکی به حرکت چرخشی تبدیل می کند. مجموعه ای از برس های کربن یا مس-گرافیت که با یک کموتاتور دوار تماس کشویی برقرار می کند. برای رساندن جریان به سیم پیچ های آرمیچر به ترتیب صحیح. این قدیمی‌ترین و از نظر مکانیکی ساده‌ترین نوع موتور DC است و در هر جایی که هزینه کم و کنترل ساده بیش از حداکثر کارایی یا عمر مفید اهمیت دارد، به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ویژگی تعیین کننده ای که آن را از یک موتور بدون جاروبک جدا می کند، دقیقاً همین سیستم برس و کموتاتور است: معکوس جریان به طور خودکار از طریق تماس فیزیکی و سوئیچینگ مکانیکی اتفاق می افتد، نه از طریق یک کنترل کننده الکترونیکی خارجی.

موتور DC برس خورده اصل کار

جریان از منبع تغذیه از طریق برس ها به کموتاتور می گذرد، که آن را به سیم پیچ های آرمیچر هدایت می کند. این جریان یک میدان مغناطیسی در اطراف آرمیچر ایجاد می کند که با میدان ثابت موتور (از آهنرباهای دائمی یا سیم پیچ های میدان) در تعامل است. ، گشتاوری تولید می کند که شفت را می چرخاند. همانطور که آرمیچر می‌چرخد، بخش‌های کموتاتور از کنار برس‌های ثابت می‌چرخند و به طور خودکار جهت جریان در هر سیم‌پیچ را در لحظه درست معکوس می‌کنند تا گشتاور در جهت چرخشی ثابتی عمل کند.

این سوئیچینگ مکانیکی همان چیزی است که موتورهای برس خورده را به خود تغییر می دهد - برخلاف موتور بدون جاروبک که برای انجام همان عملکرد به صورت الکترونیکی به سنسورها و یک کنترلر بستگی دارد، برای تعیین زمان معکوس کردن جریان، نیازی به الکترونیک خارجی نیست.

اجزای موتور DC برس خورده توضیح داده شده است

موتورهای DC برس خورده برای چه مواردی استفاده می شوند

• محصولات مصرفی حساس به هزینه: ابزار برقی، اسباب بازی، لوازم خانگی کوچک و لوازم الکترونیکی سرگرمی
• لوازم جانبی خودرو: بالابر پنجره، تنظیم کننده صندلی، موتور برف پاک کن و موتور دمنده HVAC
• فعال سازی صنعتی ساده: پمپ های چرخه پایین، درایوهای نوار نقاله کوچک و سیستم های تعیین موقعیت اولیه
• دستگاه های باتری دار که در آنها کنترل ساده ولتاژ PWM کافی است و هزینه آن بیشتر از نگرانی های مربوط به کارایی است.

مزایای موتورهای DC برس دار

• کنترل ساده و کم هزینه: سرعت و گشتاور مستقیماً با ولتاژ اعمال شده با استفاده از مدارهای اصلی PWM تنظیم می شود
• هزینه اولیه کمتر: ساخت ساده تر و بدون نیاز به کنترل کننده سرعت الکترونیکی
• گشتاور راه اندازی بالا: برای کاربردهایی که نیاز به گشتاور قوی از حالت سکون دارند، موثر است
• عیب یابی و تعمیر آسان: نقاط سایش مکانیکی برای بازرسی و تعویض آسان است

معایب از موتور DC برس خوردهs

• سایش برس: تماس فیزیکی بین برس ها و کموتاتور به مرور زمان از بین می رود و نیاز به تعویض دوره ای دارد
• راندمان کمتر: اصطکاک و قوس الکتریکی در تماس برس باعث تلفات انرژی می شود که در طرح های بدون برس وجود ندارد
• نویز الکتریکی (EMI): ایجاد قوس در تماس برس-کموتاتور نویز الکتریکی تولید می کند که می تواند با الکترونیک حساس اطراف تداخل ایجاد کند.
• تجمع گرما: اصطکاک و تلفات مقاومتی در برس ها در مقایسه با طرح های بدون برس گرمای بیشتری ایجاد می کند
• عمر کوتاه تر: فرسودگی برس در نهایت عمر کل کارکرد را بیشتر از سایر اجزای موتور محدود می کند

طول عمر و نگهداری موتور DC برس خورده

سایش برس عامل اصلی محدود کننده طول عمر موتور DC برس خورده است و با مصرف جریان بیشتر، سرعت بالاتر و محیط های کاری خاکی تر یا کثیف تر شتاب می گیرد. عمر برس معمولی از چند صد تا چند هزار ساعت متغیر است بسته به چرخه کار، بار و مواد برس، موتورها به طور متناوب در بار سبک کار می کنند که به طور قابل توجهی بیشتر از موتورهایی که به طور مداوم تحت بار سنگین کار می کنند.

• برس ها را به صورت دوره ای از نظر طول و سایش یکنواخت بررسی کنید. قبل از فرسودگی تا حدی که فشار تماس فنر از بین برود تعویض کنید
• تمیز کردن سطح کموتاتور (گرد و غبار کربن، اکسیداسیون) برای حفظ تماس الکتریکی ثابت
• امتیازدهی یا سوراخ شدن کموتاتور را بررسی کنید، که باعث تسریع سایش بیشتر برس پس از شروع آن می شود
• محفظه موتور را عاری از گرد و غبار و زباله نگه دارید، زیرا ذرات معلق در هوا سایش برس و کموتاتور را افزایش می دهند.
• از کارکرد جریان بیش از حد پایدار اجتناب کنید، که باعث افزایش قوس و تسریع تخریب برس و کموتاتور می شود.

نحوه کنترل یک موتور DC برس خورده

موتورهای DC برس خورده عمدتاً از طریق کنترل می شوند تنظیم ولتاژ ، از آنجایی که سرعت تقریباً با ولتاژ اعمال شده متناسب است و گشتاور نیز تقریباً متناسب با کشش جریان است. متداول ترین روش کنترل مدولاسیون عرض پالس (PWM) است، که در آن یک کنترل کننده ولتاژ تغذیه کامل را به سرعت روشن و خاموش می کند و نسبت زمان روشن به زمان خاموش (چرخه کاری) میانگین ولتاژ موثری را که موتور می بیند تعیین می کند.

کنترل جهت از طریق یک مدار پل H انجام می شود، که اجازه می دهد تا جریان از طریق موتور در هر جهت با سوئیچ کردن پایانه های منبع تغذیه به پایانه های موتور منتقل شود. ترکیب کنترل سرعت PWM با کنترل جهت پل H، کنترل کامل سرعت و جهت را از مدارهای ساده و کم هزینه درایور می‌دهد، که بخشی از این است که چرا موتورهای برس خورده در کاربردهای حساس به هزینه محبوب هستند.

چگونه می توان راندمان موتور DC برس خورده را بهبود بخشید

• استفاده از مواد با کیفیت برس: برس های کربن یا گرافیت مسی با درجه بالاتر مقاومت تماس و تلفات قوس را کاهش می دهند
• کشش فنر برس مناسب را حفظ کنید: کشش بسیار کم مقاومت قوس و تماس را افزایش می دهد. بیش از حد سایش را تسریع می کند
• کموتاتور را تمیز و صاف نگه دارید: ایجاد حفره یا حفره باعث افزایش مقاومت تماس و تولید گرما می شود
• از کارکردن زیر ولتاژ نامی برای مدت طولانی اجتناب کنید: عملیات تحت ولتاژ باعث افزایش جریان برای یک گشتاور معین شده و تلفات مقاومتی را افزایش می دهد
• اندازه موتور مناسب برای بار: یک موتور بزرگ که بسیار کمتر از ظرفیت نامی خود کار می کند راندمان را در مقایسه با یک موتور مناسب تطبیق داده شده کاهش می دهد.