Pikap24.ru

Автомобильный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Безщеточные двигатели своими руками

Моторы в стиральных машинах: какой тип лучше?

Странная вещь – эта стиральная машина. Вы ведь тоже в первую очередь выбираете ее по размерам? И только потом, найдя идеал «90-60-90» для ниши на кухне или в ванной, смотрите на ее технические возможности. Правда в том, что Вы не обязаны досконально знать, как все устроено внутри машинки. Хотите комфортной стирки – Вы ее получите. До цели всего один шаг – определение типа двигателя.

Бесщеточные шуруповерты: чем они лучше обычных

Бесщеточные моторы известны с 1960-х годов, но только в 2004 году они «перекочевали» с промышленных двигателей на ручной электроинструмент (пионером стала компания Makita, наладившая выпуск таких дрелей для аэрокосмической отрасли). Еще пару лет спустя первые шуруповерты Festool с бесщеточными двигателями поступили в свободную продажу. А сейчас уже практически невозможно найти приличного производителя электроинструмента, у которого в каталоге продукции не было бы пары десятков устройств, оснащенных моторами, не имеющими щеток. Чем же они так хороши? В этой статье мы попробуем разобраться, в чем заключаются преимущества и недостатки бесщеточных двигателей, и есть ли смысл за них доплачивать.

Конструкция и принцип работы двигателя электроинструмента

Начнем с небольшого экскурса в школьный курс физики и вспомним принцип работы простейшего электромотора традиционной конструкции. Основными деталями классического коллекторного двигателя постоянного тока являются:

  • статор (индуктор) — это неподвижная деталь в виде кольца из постоянных магнитов либо стального цилиндра, на котором находятся обмотки главных и добавочных полюсов (они выполняют функции электромагнитов, которые создают магнитный поток);
  • ротор (якорь) — это вращающаяся деталь в виде «барабана» с сердечником из ферромагнитного материала. В его пазах уложены секции медной обмотки;
  • коллектор — это цилиндр, собранный из множества изолированных друг от друга медных пластинок, количество которых соответствует числу секций на роторе;
  • щетки — это небольшие детали, сделанные из графита. Они подключены к электроцепи и подпружинены, чтобы обеспечить постоянный и плотный скользящий контакт с коллектором.
Устройство коллекторного двигателя.

При включении двигателя ток через щетки поступает на коллектор, а оттуда — на обмотку якоря. При протекании тока через обмотку возникает магнитное поле. Взаимодействуя с постоянным магнитным полем, которое создает статор, ротор вращается за счет того, что одноименные полюса отталкиваются, а разноименные — притягиваются друг к другу. При вращении коллектора, который закреплен на одном валу с якорем, щетки «перескакивают» с одной контактной площадки на другую. При этом меняется направление тока в обмотках ротора, разноименные полюса становятся одноименными, они снова отталкиваются друг от друга — и вращение продолжается. Таким образом, коллектор — это один из самых важных узлов коллекторного (щеточного) двигателя, потому что он выполняет сразу две важные функции: преобразует постоянный ток в переменный и одновременно является датчиком поворота вала.

Двигатели данной конструкции относительно простые и дешевые. Но коллекторно-щеточный узел — это источник потенциальных проблем. Трение между деталями и постоянное замыкание-размыкание пластинчатых контактов приводят к быстрому износу щеток, искрению на контактах и чрезмерному нагреву двигателя.

Разница между бесщеточными двигателями и обычными моторами

Вентильные (бесщеточные, бесколлекторные) двигатели работают по тем же физическим принципам, но устроены иначе. Они являются словно бы «вывернутой наизнанку» версией коллекторных моторов: магниты установлены на роторе, а обмотка — на неподвижном статоре. Таким образом, можно просто припаять провода питания к обмотке и избавиться от щеток вместе со всеми их недостатками.

Устройство бесщеточного двигателя.

Если у коллекторного двигателя переключение направления тока производится механически (при «перескакивании» щетки с одной контактной пластины на следующую), то в вентильном моторе этим занимается электроника. Получая сигналы от датчика (оптического, магнитного или основанного на эффекте Холла), который «считывает» угол поворота ротора, электроника своевременно переключает полюса, изменяя направление тока. То есть, комплекс из датчика и управляющей платы выполняет функции коллектора, но без механических и электрических потерь за счет отсутствия физического контакта между подвижной и неподвижной частями электромотора.

Преимущества бесщеточных двигателей в теории

Зная, как устроены оба вида электромоторов, и в чем заключается разница между коллекторными и бесщеточными двигателями, можно сделать выводы об их преимуществах и недостатках.

  • меньше по размеру — отсутствие коллектора позволяет сократить длину двигателя (при примерно одинаковом диаметре) и уменьшить его вес;
  • более надежные — механический износ отсутствует практически полностью, а абразивная пыль, попадающая внутрь корпуса, не так вредна из-за отсутствия коллекторно-щеточного узла;
  • меньше греются — при работе выделяется значительно меньше тепла благодаря существенному уменьшению потерь на трение;
  • более энергоэффективные — электрические потери на коммутацию снижены в разы за счет замены коллектора и щеток на электронные ключи. Коэффициент полезного действия у бесщеточного двигателя достигает 80% – 90% (по сравнению с 65% – 75% у коллекторного мотора);
  • лучше переносят короткие перегрузки — при работе под большой нагрузкой остается некоторый «запас прочности», позволяющий на короткое время повысить напряжение в цепи и увеличить тепловыделение от обмоток без вреда для мотора.
Читать еще:  Двигатель 406 крутит легко почему

Преимущества бесщеточного инструмента на практике

Описанные выше теоретические преимущества на практике дают потрясающий результат. Шуруповерты с бесщеточными двигателями:

  • меньше и легче — разница в размерах и весе двигателей позволяет производителям выпускать легкие и компактные устройства, которые значительно удобнее в работе;
  • более мощный и оборотистый — замена механических узлов на электронные системы управления позволяет более эффективно расходовать энергию и гибче управлять характеристиками мотора;
  • дольше работает на одной зарядке — аккумуляторные шуруповерты с бесщеточными двигателями работают от батареи на 30% – 50% дольше, чем устройства с традиционными электромоторами;
  • не перегревается — незначительное тепловыделение от вентильного двигателя позволяет делать меньше пауз во время работы для охлаждения инструмента;
  • работает тише и плавнее — трение в коллекторно-щеточном узле неизбежно вызывает шум и повышенную вибрацию, а бесщеточные моторы лишены этого изъяна;
  • не искрит — шуруповерты с вентильными двигателями можно использовать при работе рядом с топливными емкостями или кислородными баллонами;
  • требует меньше обслуживания — о проблемах, связанных с подбором, покупкой и заменой графитовых щеток, можно полностью забыть;
  • реже выходит из строя — отсутствие пары трения «щетка-коллектор», способность переносить высокие нагрузки и стойкость к воздействию пыли значительно повышают надежность электроинструмента и существенно увеличивают срок его службы.

Наглядно о разнице между бесщеточными двигателями и обычными:

Почему бесщеточный инструмент такой дорогой

Так почему же бесщеточный шуруповерт стоит значительно дороже, чем аналогичные устройства с двигателями традиционной конструкции? Тому есть несколько веских причин. Высокая цена обусловлена наличием нескольких дорогостоящих деталей и элементов.

  • Мощные неодимовые магниты, необходимые для создания компактных роторов бесщеточных двигателей, весьма дороги. Они изготавливаются по сложному технологическому процессу путем спекания недешевых редкоземельных элементов.
  • Требования к качеству датчиков очень высокие. Они должны быть сверхнадежными и максимально точными, чтобы включать и выключать подачу тока синхронно с движением магнитов, которые находятся на роторе, вращающемся с огромной скоростью.
  • Электроника, способная управлять бесщеточным двигателем, на порядок дороже, чем аналогичные модули коллекторных моторов. Грубо говоря, работой бесщеточного шуруповерта управляет не примитивная плата, а почти что микропроцессор, который постоянно отслеживает множество параметров и на лету их изменяет, в зависимости от того, какая задача является наиболее приоритетной в данный момент (максимальные мощность и момент на валу, оптимальное потребление энергии АКБ или защита от перегрузки).

Совокупность перечисленных факторов и является той причиной, почему бесщеточный инструмент такой дорогой.

Но у столь сложной и высокотехнологичной конструкции есть и «побочный эффект». Бесщеточный инструмент дорогой не только в производстве, но и в ремонте. В случае повреждения или выхода из строя основные детали бесколлекторного двигателя (якорь и электронные платы) меняются только целыми узлами в сборе. Поэтому ремонт бесщеточного инструмента нередко «влетает в копеечку».

Стоит ли покупать инструмент с бесщеточным двигателем?

В заключение можно сделать вывод, что бесщеточный двигатель — это не маркетинговая уловка, а реальное преимущество. Но приобретение инструмента с таким мотором целесообразно не всегда.

Если вы планируете купить аккумуляторный инструмент профессионального класса, то стоит присмотреться к бесщеточным устройствам. Несмотря на разницу в цене, покупка будет оправданной, поскольку шуруповерты, болгарки, дрели, реноваторы и другая техника, оснащенная современными бесколлекторными моторами, служат дольше и не так быстро «убивают» дорогостоящие аккумуляторы .

А вот при выборе инструмента хобби-класса переплачивать за «новомодный» двигатель пока что нет смысла. При эпизодическом использовании и работе в неспешном темпе дома или на даче разница в характеристиках между бесщеточными шуруповертами и обычными будет далеко не столь заметна.

Выявление неисправности мотора

Коллекторные двигатели обладают одним важным преимуществом – простотой. Здесь чаще всего ломаются три вещи – щётки, ламели, обмотки. Давайте разберёмся, как осмотреть узлы и выявить неисправность. Но перед этим попробуем запустить двигатель, так как нам нужно посмотреть, заработает он или нет.

Для запуска двигателя нужно последовательно соединить обмотки ротора и статора, после чего подключить к оставшимся разъёмам источник переменного тока с напряжением 220 Вольт. Если всё хорошо, то двигатель начнёт вращаться. В это время мы можем определить его шумность, выявить искрящиеся щётки.

Щетки


Если вашей стиральной машине примерно 10 лет, то щётки будут в ужасающем состоянии – на это чаще всего указывает сильное искрение двигателя. Износившиеся щётки имеют небольшие размеры, вы это увидите сразу. Если щётка целая, то она будет достаточно длинной, без сколов и трещин. Если это не так, то нужно произвести замену.
Для замены щёток старайтесь использовать оригинальные комплектующие – благодаря этому срок службы отремонтированного двигателя возрастёт. Выбрать щётки для стиральной машины и самостоятельно заменить их — это дело несложное, но ответственное.

Обмотка ротора и статора


Если двигатель работает с непонятными шумами или не выходит на полную мощность, сильно гудит или греется, то причиной этому может стать неисправность обмоток. Проверяются обмотки с помощью самого обычного мультиметра (в режиме омметра), последовательным прикосновением щупов к соседним ламелям. Расхождение по сопротивлению не должно превышать 0,5 Ом. Если же это не так, то мы можем диагностировать межвитковое короткое замыкание.

Читать еще:  Автоматический запуск двигателя pandora 3500

Также нам нужно определить работоспособность статора – это делается аналогичным образом. В последнюю очередь проверяем замыкание всех обмоток на статорное или роторное железо (на корпус). Для этого пользуемся мультиметром, приложив один щуп к корпусу, а вторым проходя по ламелям и выводом статорных обмоток.

Если обмотки исправны, то сопротивление будет очень высоким (десятки и сотни мегаом).

Износ ламелей


Диагностировать износ ламелей так же легко, как и износ щёток. Для этого нужно просто осмотреть коллектор, полностью извлекая ротор из двигателя. Отслаивание ламелей, обрыв подводящего контакта, наличие заусенцев – всё это приводит к тому, что щётки начинают искрить.

Причиной отслаивания ламелей является заклинивание ротора или наличие межвиткового КЗ. В результате этого ламель начинает перегреваться и отслаиваться. Если оборвался контакт в месте соединения с ламелью, то причины могут быть самыми, но вернуть провода обратно бывает очень сложно.

Технические свойства сетевых бесщеточных болгарок DeWalt

В основе новых УШМ Деволт лежит бесщеточный двигатель, который ранее использовался только в аккумуляторном инструменте. Подобные болгарки выпустила компания Hitachi (Hikoki), но продукция DeWalt во многом неповторима.Отсутствие щеток делает мотор ДеВолт более легким, долговечным, мощным (1,7кВт) и производительным.

Бесщёточный двигатель редко выходит из строя и способен работать несколько часов без перерыва. Редуктор радиаторного типа обеспечивает эффективное охлаждение.

Одно из основных достоинств бесщёточной серии DWE 43-ей заключается в том, что высокая эффективность не требует больших усилий. У такого электродвигателя не падают обороты при увеличении нагрузки. Не имеет значения, насколько сильно пользователь будет давить на инструмент, число оборотов остается постоянным. В случае перегрузки шпиндель сразу же остановится, защищая мотор.

Вне зависимости от тяжести работы УШМ DeWalt двигается плавно, без рывка. Таким образом, рабочий меньше устает. При создании сетевой бесщеточной болгарки ДеВолт разработчики большое внимание уделили безопасности и удобству.

Система Perform Protect включает несколько элементов:

  • Электронная двухступенчатая муфта E-Clutch: в случае заклинивания или внезапной остановки углошлифовальная машина автоматически выключается, сводя отдачу к минимуму. Для повторной работы инструмент следует перезапустить. Кроме того, муфта позволяет выбрать один из двух уровней крутящего момента.
  • AVC (система активного контроля вибраций): системы противовесов и антивибрационная боковая рукоятка существенно снижают вибрацию, уменьшая ее негативное воздействие на организм.
  • Пылеудаление: воздухозаборники и кнопка включения надёжно защищены от пыли.

Безопасность сетевой бесщёточной болгарки ДеВолт обеспечивают следующие функции:

  • Тормоз: после приведения слайдерного выключателя в положение «выключено» двигатель останавливается почти мгновенно, выбег (вращение мотора по инерции) занимает чуть больше одной секунды.
  • Отключение при падении напряжения: в случае внезапного резкого понижения или исчезновения напряжения УШМ DeWalt отключится без последующего включения.
  • Система Kickback Brake: в случае зажима или незапланированной остановки электронный тормоз быстро остановит и отключит болгарку. Повторный запуск возможен только после перезапуска.
  • Constant Clutch: благодаря муфте постоянного сцепления при неожиданном сбое или перегрузке крутящий момент снизится. Когда нагрузка уменьшится, то скорость вращения увеличится. При длительной остановке УШМ отключится до повторного перезапуска.
  • Плавный пуск: болгарка набирает максимальное число оборотов постепенно, в течение секунды. Благодаря этому в начале работы нет рывка.
  • Защита от случайного запуска: случайное включение УШМ исключено.

Защитный кожух и зажимная гайка легко регулируются без ключа.

Дополнительную прорезиненную ручку можно установить и справа, и слева. Это позволяет с комфортом работать левшам.

Сетевой шнур бесщёточной УШМ ДеВолт толстый и прочный, его длина 4 метра.

Особенности новых болгарок

Одна из особенностей бесщеточных сетевых болгарок DeWalt – очень тонкий (обхват менее 200 мм) цельный корпус, исключающий люфт. Разобрать его очень легко.

Все контакты и электроника надежно изолированы, поэтому риск короткого замыкания сведен к нулю.

Вокруг двигателя установлены мощные магниты, не дающие металлическим частицам проникнуть внутрь.

Частота вращения у всех моделей кроме DeWalt DWE 4347 регулируется с помощью колесика.

Нарисованная рядом таблица помогает выбрать нужную скорость.

Колесико достаточно крупное, поэтому его удобно вращать даже в строительных перчатках.

Светодиодный индикатор помогает контролировать состояние болгарки DeWalt. Зеленый цвет сообщает о подключении к сети, красный сигнализирует об аварийной ситуации.

Модели УШМ DeWalt DWE 4357, 4369 и 4377 имеют регулируемое число оборотов. Это делает их универсальными. Максимальная частота вращений болгарок DWE 4357, 4347 и 4377 – 10,5 тыс. оборотов в минуту, DWE 4369 — 8 тыс. обмин. Минимальное значение моделей DWE 4357 и 4377 – 2,2 тыс обмин, DWE 4369 – 1,8 тыс обмин. Это одни из наиболее низких показателей среди всех сетевых углошлифовальных машин.

КПД остается неизменным даже при подключении к бензогенератору или через удлинитель.

Читать еще:  Chrysler 300c тюнинг двигателя

Во время испытаний наработки на отказ инструменты с щеточным двигателем работали до 150 часов, с новым электромотором (без щеток) все устройства работали и после 2000 часов выработки.

Сетевые бесщеточные УШМ предназначены для шлифовки бетона, резки и зачистки. Они используется в строительстве, металлообработке, при работе с нефте- и газопроводами, возведении мостов и дорог.

Как работает бесколлекторный электродвигатель постоянного тока

Работу БК мотора обеспечивает электронный блок управления. Он отвечает за подачу напряжения и обеспечивает правильное вращение. Магнитное поле воздействует на обмотку. Она вращается в нем, поворачиваясь до нужного положения. Для постоянного вращения электронные элементы в необходимые моменты времени подают постоянное напряжение на те или иные обмотки статора.

Большинство бесколлекторных электродвигателей – трехфазные. Но это не значит, что электронный блок управления питает мотор переменным 3-фазным током. Количество фаз соответствует числу обмоток мотора и бывает разным – 1, 2, 3 (чаще всего) и более. С возрастанием числа фаз повышается плавность вращения магнитного поля, но и усложняется система управления. Трехфазная система наиболее распространена благодаря удачному сочетанию плавной работы и умеренной конструкционной сложности.

В 3-фазном электродвигателе 3 обмотки соединяются по схеме «треугольник» или «звезда». Такой мотор имеет 3 провода. Это выводы обмоток.

У электромоторов с датчиками есть еще по 5 проводов: 2 – для питания датчиков положения, 3 – для передачи сигналов от датчиков. В любой момент времени напряжение поступает на 2 из 3-х обмоток. В результате, есть 6 способов подачи на обмотки постоянного напряжения. Так создается вращающееся магнитное поле, поворачиваемое при каждом очередном переключении на 60°.

Преимущества бесщеточных двигателей

Бесщеточные двигатели имеют ряд преимуществ, которые и определили области их применения. Они обладают лучшим быстродействием. Их вращающий момент гораздо выше, в сравнении с обычными двигателями. Бесщеточные конструкции отличаются более высокими динамическими характеристиками и коэффициентом полезного действия.

Среди прочих преимуществ, следует отметить бесшумную работу, увеличенный срок эксплуатации и более высокую частоту вращения. Соотношение размеров двигателя и вращающего момента выше, чем у других типов. Это особенно важно для тех областей, где габариты и вес являются критическими факторами.

Неисправности механической части шуруповерта

О том,что с вашим девайсом что-то не в порядке в механике можно догадаться по следующими признакам:

  • При работе возникает посторонний шум, скрежет.
  • Сильная вибрация.
  • Патрон медленно, часто с рывками вращается или периодически останавливается.

Причинами наблюдаемых признаков являются:

  1. Износ одного из подшипников коллектора.
  2. Неисправность планетарного редуктора:
  • износ опорного подшипника или втулки — одна из распространенных причин, почему трещит шуруповерт; в зависимости от модели, на бытовых шуруповертах ставятся втулки, на профессиональных — подшипники;
  • деформация вала;
  • износ зубьев шестерни — коронной, солнечной или одной из сателлитов;
  • излом стопорящего винта одного из сателлитов;
  • засорение конструкции редуктора — одна из причин, почему шуруповерт крутит медленно.

Локализация неисправности производится внимательным прослушиванием при работе. Помогает использование самодельного стетоскопа. Возьмите стальную трубку диаметром 10-15 мм и поочередно прикладывайте к различным частям корпуса шуруповерта. Так легко найти источник шума.

Все перечисленные неисправности, за исключением загрязнения, устраняются путем замены неисправной детали. Такая операция предполагает наличие определенных навыков и инструмент — плоскогубцы, набор отверток, молоток. зубило, набор гаечных ключей.

Неисправные детали и узлы можно заказать по интернету или попытаться заказать в какой-нибудь мастерской. Кстати, последний вариант, при хорошем исполнителе, поможет даже улучшить конструкцию шуруповерта. Например, в бытовой модели заменить пластиковый износившийся сателлит на стальной.

Теперь о патроне шуруповерта, в который вставляется хвостовик сверла, бита или хвостовик насадки. В зависимости от модели инструмента, патрон является или быстрозажимной, как Дніпро-М 1/2″х20 или с ключом, то есть в котором зажим производится при помощи специального инструмента. Самая частая неисправность этого узла — он плохо зажимает сверло, насадку или биту. Наиболее распространенная причина, почему шуруповерт не зажимает биту — износ конструкции — кулачков и других элементов патрона. В этом случае патрон необходимо менять. запчасти к нему не продаются, разве что попробовать их сделать самостоятельно.

Еще один распространенный случай неисправности патрона — после работы невозможно вытащить биту. Часто это происходит из-за ее деформации и больших нагрузок. Единственный способ вытащить инструмент — залить патрон керосином или WD-40 и попробовать вытащить плоскогубцами. В крайнем случае, зажать патрон в тиски и попробовать выбить из него застрявшую биту постукиванием по ней молотком.

Как видите, существует довольно много причин, почему не работает шуруповерт. Если говорить об электрических неисправностях, то для их обнаружения во многих случаях необходим мультиметр, например, Sturm MM12011, и умение пользоваться им.

При механических неисправностях ремонт инструмента проще. Но практически всегда необходима покупка новых комплектующих взамен изношенных. Однозначно то, что всегда для ремонта шуруповерта необходимо определенное умение. Поэтому нужно соблюдать правила безопасной и правильной эксплуатации этого инструмента.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector