Щеткасыз тұрақты токты электр қозғалтқыш пен щеткамен жабдықталған түрі: Негізгі айырмашылықтар

Қазіргі заманғы өнеркәсіптік қолданбалар өздерінің жетек жүйелерінен қозғалысты дәл басқару, әсер ету және сенімділіктің барынша жоғары деңгейін талап етеді. қылқаламсыз тұрақты ток қозғалтқышы және дәстүрлі щеткалы двигательдің арасындағы таңдау өнімділікке, техникалық қызмет көрсетуге жұмсалатын қаражат пен жұмыс істеу мерзіміне едәуір әсер етуі мүмкін. Бұл двигательдің технологиялары арасындағы негізгі айырмашылықтарды түсіну инженерлер мен сатып алу мамандарына өздерінің нақты қолданбалары үшін дұрыс шешім қабылдауға көмектеседі. Екі двигатель түрі де автоматтандыру, робототехника және әртүрлі өнеркәсіптік процестерде маңызды рөл атқарады, бірақ олардың негізгі конструкциялық принциптері әртүрлі артықшылықтар мен шектеулерді жасайды, оларды мұқият бағалау қажет.

Негізгі конструкциялық сипаттама

Құрылыс элементтері мен компоненттер

Безқақпақты айдауыштар мен қақпақты айдауыштар арасындағы негізгі айырмашылық олардың токты ауыстыру механизмдерінде жатыр. Қақпақты айдауыштар ротор орамасындағы ток бағытын ауыстыру үшін бұрышты коммутатормен тұрақты түйісетін физикалық көмір қақпақтарын қолданады. Бұл механикалық ауыстыру жүйесі бір жарым ғасырдан астам уақыт бойы тұрақты ток айдауыштарының жұмысының негізі болып келді. Статор тұрақты магниттерден немесе электромагниттерден тұрады, ал ротор коммутатор бөліктеріне жалғанған орамалардан тұрады. Ротор айналған кезде қақпақтар әртүрлі коммутатор бөліктері бойымен сырғанайды және дұрыс уақытта ток беру арқылы тұрақты момент өндіруді қамтамасыз етеді.

Ал, қылқаламсыз тұрақты ток қозғалтқышы жүйелер механикалық байланыс элементтерін толығымен жояды. Роторда әдетте тұрақты магниттер орналасады, ал статорда электрондық түрде басқарылатын токтың ауысуын қабылдайтын бірнеше орамалар орналасқан. Электрондық жылдамдық басқару құрылғылары немесе қозғалтқыш жетектері ротор қалпы туралы датчиктерден (мысалы, Холл эффекті құрылғылары немесе энкодерлер) келетін ақпарат негізінде әрбір статор орамасына токтың дәл уақытын басқарады. Бұл электронды коммутация жүйесі одан да күрделі басқару электроникасын талап етеді, бірақ механикалық үйкеліс жүйелерімен байланысты тозу нүктелерін жояды.

Жұмыс принциптері мен басқару әдістері

Қозғалтқышты басқару қарапайым болып қала береді, жылдамдықты реттеу үшін тек кернеуді реттеу және айналу бағытын өзгерту үшін ток бағытының өзгеруі қажет. Ысқылатын конструкциялардың өздігінен коммутацияланатын сипатына байланысты, ток берілген кезде қозғалтқыш қосымша басқару күрделілігінсіз табиғи түрде айналысын сақтайды. Жылдамдықты реттеу әдетте импульсті енін модуляциялау немесе сызықтық кернеуді басқару арқылы жүзеге асырылады, бұл қарапайым басқару интерфейстері қажет болатын қолданулар үшін моторларға сәйкес келеді. Механикалық коммутация ротор орны мен ток өтуі арасындағы дұрыс уақытты автоматты түрде сақтайды.

Безщеткалық жүйелерге күрделі басқару алгоритмдері қажет, бірақ дәлдік пен пайдалы әрекет коэффициенті жағынан едәуір артықшылықтар береді. Электронды коммутация статор орамдарындағы токты ауыстыруды дұрыс уақытта жүргізу үшін нақты уақыт режиміндегі ротор орны туралы ақпаратты талап етеді. Қазіргі заманғы безщеткалық тұрақты токты электр қозғалтқыштары жұмыс сипаттамаларын оптималдау үшін алты қадамды коммутация, синусоидалы басқару немесе өрістік-бағдарланған басқару сияқты алғышартты алгоритмдерді қолданады. Бұл басқару әдістері дәл жылдамдықты реттеуге, моментті басқаруға және сыртқы орын бойынша кері байланыс тәжірибеде қолдану қиын немесе қымбатқа түсетін кейбір қолданыстарда сенсорсыз жұмыс істеуге мүмкіндік береді.

Жұмыс сипаттамалары мен пайдалы әрекет коэффициенті

Жылдамдық диапазоны мен момент мүмкіндіктері

Жылдамдық диапазонының мүмкіндіктері олардың тән конструкциялық шектеулері мен артықшылықтарына байланысты әртүрлі мотор технологияларында әлдеқайда ерекшеленеді. Ысқырғышты моторлар, әдетте, орташа жылдамдық диапазондарында тиімді жұмыс істейді, алайда жоғары жылдамдықтарда ысқырғыш үйкелісі, коллектордың тозуы және жылу бөлінуі салдарынан өнімділік шектеулері пайда болады. Ысқырғыш пен коллектор арасындағы механикалық жанасу айналу жылдамдығы артқан сайын шығындарды арттырады, нәтижесінде тиімділік төмендейді және компоненттердің тозуы тездейді. Максималды жылдамдықтар көбінесе жоғары айналу жиіліктерінде ысқырғыштардың секіру құбылысы мен коллектор бетінің бүтіндігі салдарынан шектеледі.

Тістегішсіз тұрақты токты электрқозғалтқыштар механикалық үйкеліс элементтерінің болмауына байланысты төмен жылдамдықта дәлдік пен жоғары жылдамдықтағы қолдануда ерекше орын алады. Электронды коммутациялау нольдік жылдамдықтан бастап, ротордың тепе-теңдігі мен мойынтіректер жүйесі арқылы шектелетін өте жоғары айналу жылдамдықтарына дейін толық моментпен жұмыс істеуге мүмкіндік береді, ал электрлік шектеулер емес. Бүкіл жылдамдық диапазоны бойынша сұйық электронды ауыстыру тұрақты күш моментін қамтамасыз етеді, сондықтан бұл қозғалтқыштар кең жылдамдық диапазонын немесе дәл төменгі жылдамдықты басқаруды талап ететін қолданыстар үшін идеалды болып табылады. Динамикалық реакция сипаттамалары да щёткалардың үйкелісін жоюдан және токтың уақытын тез ауыстырудан пайда болады.

Тиімділік және энергия тұтынуы

Энергияны пайдалану тиімділігі әртүрлі электр қозғалтқыштарының арасындағы ең маңызды айырмашылықтардың бірі болып табылады. Ысқылауышты қозғалтқыштар механикалық коммутация интерфейсі арқылы токтың кедергісі, үйкелістік жылу және кернеудің төмендеуі арқылы үздіксіз қуат шығынына ұшырайды. Бұл шығындар қозғалтқыштың жүктемесі мен жылдамдығы артқан сайын көбейеді, нәтижесінде өнеркәсіптің көптеген қолданылу жағдайларында тиімділік көрсеткіші әдетте 75% -ден 85% -ға дейінгі аралықта болады. Тұрақты физикалық жанасу жылу бөлінуіне әкеледі, оны шашып жіберу қажет, бұл жүйенің жалпы тиімділігін одан әрі төмендетеді және тұйықталған орнатуларда қосымша салқындату шараларын қажет етеді.

Қазіргі заманғы щеткасыз тұрақты токты электр қозғалтқыш жүйелері 90%-дан астам пайдалы әрекет коэффициентіне жетеді және оптимизацияланған конструкцияларда жиі 95% немесе одан да жоғары болады. Щеткалардың шығынын жою, сондай-ақ ток уақытын дәл электрондық бақылау энергияның шығындалуын және жылу бөлінуін минималдандырады. Айнымалы жиілікті жетектер жүктемеге сәйкес келетін токтың толқындық формасын оптималдандыру арқылы әртүрлі жұмыс режимдерінде тиімділікті одан әрі арттырады. Бұл ерекше тиімділік тура қозғалыс құрылғыларындағы жұмыс шығындарын азайтуға, суыту талаптарын кішірейтуге және энергияны үнемдеу маңызды болып табылатын портативті қолданбаларда аккумулятордың қызмет ету мерзімін ұзартуға әкеледі.

Қызметке шығару шарттары мен өмірбаптылық

Жоспарланған техникалық қызмет көрсету және компоненттерді ауыстыру

Щеткалы электр қозғалтқыштар үшін техникалық қызмет көрсету кестесі негізінен щеткалар мен коллекторлардың қызмет көрсету аралықтарына бағытталған. Көмірлі щеткалар жұмыс істеу кезінде біртіндеп тозып, жұмыс уақытына, жүктеме циклдеріне және қоршаған орта жағдайларына байланысты мерзімді түрде ауыстырылуы қажет. Қолданудың ауырлығына байланысты щеткалардың қалыпты қызмет ету мерзімі 1 000-ден 5 000 сағатқа дейінгі аралықта болады, ал кейбір арнайы щеткалар қолайлы жағдайларда қызмет көрсету аралығын ұзарта алады. Коллектор беті де щеткалардың тозуынан пайда болатын тастамалар мен тұнбалар өнімділік пен сенімділікке әсер етуі мүмкін болғандықтан, периодты түрде тазалау, бетін жаңарту немесе ауыстыру қажет.

Қалыпты техникалық қызмет көрсету процедураларына щеткаларды тексеру, серіппе кернеуін растау, коллектор бетін бағалау және дайындаушының нұсқаулықтарына сәйкес мойынтіректерді майлау кіреді. Щеткалардың тозуынан пайда болатын шаңның жиналуы изоляцияның бұзылуын болдырмау және жылуды дұрыс шашырату үшін периодты тазалауды талап етеді. Бұл техникалық қызмет көрсету талаптары жабдықты таңдау шешімдеріне әсер ететін жалпы иелік құнын ескеруді қамтамасыз ету мақсатында белгіленген уақытша тоқтатулар мен білікті техниктердің қатысуын қажет етеді.

Ток кіретін бөлшектердің тозуы болмауына байланысты тұрақты токтың бессалықты электр қозғалтқышын қолданудың негізгі талаптары минималды. Негізгі техникалық қызмет көрсету жұқпаларды майлауға, электрондық басқару құрылғыларын тексеруге және қоршаған ортаны қорғау жүйелерін тексеруге бағытталған. Щеткалардың тозуынан пайда болатын ластанудың жоқтығы тазарту талаптарын едәуір азайтады және қызмет көрсету аралықтарын ұзартады. Көбінесе бессалықты жүйелерге тек жұқпаларды қызмет көрсету және кездейсоқ сенсорларды тазалау немесе қайта калибрлеу ғана қажет, осылайша техникалық қызмет көрсету кестесі айлар немесе бірнеше жүз сағатпен емес, жылдармен өлшенеді, бұл щеткалы аналогтар үшін әдетті нәрсе.

Қоршаған ортаға төзімділік және беріктік

Әртүрлі технологияларда қозғалтқыштың ұзақтығы мен сенімділігіне экологиялық факторлар едәуір әсер етеді. Ылғалды, шаңды немесе коррозиялық орталарда щеткалар мен коллектор арасындағы байланысқа бөгет жасайтын немесе тозу жылдамдығын арттыратын ластанулар салдарынан щеткалы қозғалтқыштар қиыншылықтарға тап болады. Қалыпты жұмыс істеу кезінде щеткалардың искралануы жануға қауіпті атмосфераны жандыруы мүмкін, бұл ерекше жарылысқа қарсы қоршап алу құрылғыларынсыз қауіпті орындарда щеткалы қозғалтқыштарды қолдануды шектейді. Ылғалдылық пен химиялық заттардың әсері коллектор беттерінің коррозиясына және щетка материалдарының сапасының төмендеуіне әкелуі мүмкін, соның салдарынан ортаны қорғау шараларын күшейту қажет.

Тығыз конструкциялы ш brushesiz тұрақты токты моторлардың дизайны жақсырақ экологиялық төзімділік пен қауіпсіздік сипаттамаларын қамтамасыз етеді. Ішкі доға элементтері болмағандықтан, бұл моторлар белгілі сертификаттармен потенциалды жарылыс қаупі бар орталарда қауіпсіз жұмыс істей алады. Қатты денелі электрондық басқару құрылғылары да ортаға төзімді болып жасалуы мүмкін және қажет болған жағдайда мотордан алыс орналасуы мүмкін, бұл қиын орнату орындарында икемділік береді. Щеткаларды суыту үшін желдетудің қажет болмауы да ылғалдылыққа, шаңға және химиялық ластануға щеткалы аналогтарға қарағанда тиімдірек төзетін мүлдем тығыз моторлы конструкцияларды мүмкіндік етеді.

Құнына қарай бағалау және экономикалық талдау

Бастапқы инвестиция және жүйенің күрделілігі

Бастапқы сатып алу құны, ережеге сай, қарапайым құрылымы мен басқару талаптарына байланысты щеткалы двигатель жүйелерінің қолынан келеді. Негізгі щеткалы двигательдерге тек қуатты ауыстыру құрылғыларынан басқа минималды сыртқы компоненттер қажет, бұл оларды қарапайым өнімділік талаптары бар және құнына сезімтал қолданбалар үшін тартымды етеді. Щеткалы двигательдер үшін өндіріс процестері жақсы дамыған және бар өндіріс құрал-жабдықтары мен әдістерін пайдалана алады, бұл көптеген өлшемдік диапазондар мен қуат деңгейлерінде бірлікке шаққандағы төмен құнға ықпал етеді.

Тұрақты магнитті роторды жасау кезіндегі күрделі электрондық басқару құрылғылары, орналасу сенсорлары мен алдыңғы шебіндегі өндіріс процестеріне байланысты тікелей токтың бозғышсыз қозғалтқыш жүйелері бастапқы үлкен инвестицияны талап етеді. Алайда, өндіріс көлемдерінің артуына және электрондық компоненттердің құнының төмендеуіне байланысты шығындар арасындағы айырмашылық қатты төмендеді. Жүйелік деңгейдегі пайымдаулар жиі жабдықтардың қызмет ету мерзімі ішінде ұсталым шығындарының төмендеуі, тиімділіктің артуы мен сенімділіктің жақсаруы арқылы бастапқы шығындардың қайтарылуы мүмкін екенін көрсетеді.

Жалпы иемдену құнын бағалау

Ұзақ мерзімді экономикалық талдау мотор технологиялары арасындағы әртүрлі шығындар профилін көрсетеді. Ысқырғышты мотор жүйелері ысқырғыш алмастыру, техникалық қызмет көрсету еңбекақысы, жоспарланған тоқтатулар және күтпеген істен шығулар салдарынан туындайтын өнімділіктің жоғалуымен байланысты тұрақты шығындарға ие болады. Энергия тұтыну құны да ұзақ уақыт пайдаланылатын немесе жоғары жұмыс циклі бар қолданбаларда тиімсіздік сипаттамаларына байланысты уақыт өте келе жинақталады. Бұл қайталанатын шығындар жабдықтың типтік қызмет ету мерзімі ішінде бастапқы мотор инвестициясынан бірнеше есе асып түсуі мүмкін.

Токтауызды тұрақты ток қозғалтқыштарының экономикасы төменгі қызмет көрсету қажеттілігі, жоғары энергиялық тиімділігі және ұзақ қызмет ету мерзімінен пайда табады. Бастапқы құны жоғары болса да, регулярлық компоненттерді ауыстыру қажеттілігінің жоқтығы мен энергия тұтынудың төмендеуі жиі жағдайда пайдаланудың алғашқы жылдарында жалпы иелік құнының төмендеуіне әкеледі. Қосымша пайдасына жабдықтар қорының азайуы, қызмет көрсету бойынша дайындықтың ықшамдалуы және жүйенің сенімділігінің артуына байланысты жүйені пайдалануға қолжеткіштіктің жақсаруы жатады, бұл жалпы экономикалық артықшылықтарға үлес қосады.

Қолдануға лайықтылығы және таңдау критерийлері

Өнеркәсіптік және коммерциялық қолдану

Қолдану талаптары тек қарапайым техникалық сипаттамалардан тыс электр қозғалтқышты таңдау шешімдеріне үлкен әсер етеді. Тотырақты қозғалтқыштар бюджеті шектеулі, басқарудың қарапайым талаптары бар және орташа өнімділік күтілетін қолданбалар үшін қолайлы болып табылады. Мысалдарға шектеулі конвейерлік жүйелер, қарапайым позиционерлеу қолданбалары мен техникалық қызмет көрсетуге жеңіл қол жеткізуге болатын және тоқтату құны аз болатын жабдықтар жатады. Тотырақты қозғалтқыштардың басқару жүйесінің қарапайымдылығы оларды алдын-ала бар басқару жүйелері күрделі қозғалтқыш жетектерінің талаптарын қанағаттандыра алмайтын қайта жабдықтау қолданбаларына немесе жағдайларға сәйкес келеді.

Жоғары өнімділікке ие қолданбалар барынша дәлдік, сенімділік және пайдалы әрекет коэффициенті талап етілетін орындарда тиектік емес тұрақты токты электр қозғалтқыштардың шешімдерін басым көрсетеді. Робототехника, CNC жабдықтары, медициналық құрал-жабдықтар және әуе-космостық қолданбалар электронды коммутацияның ұсынатын жоғары бақылау сипаттамалары мен сенімділігінен пайда көреді. Айнымалы жылдамдықты пайдалану, дәл орындау немесе қиын жағдайларда жұмыс істеу талап етілетін қолданбалар әдетте тиектік емес технологияға салынған қосымша инвестицияларды жақсартылған өнімділік пен жұмыс шығындарын азайту арқылы оправдандырады.

Пайда болып жатқан технологияларды интеграциялау

Қазіргі заманның индустриялық автоматтандыру тенденциялары сандық басқару жүйелері мен Industry 4.0 инициативаларымен жақсы ынтымақтастық жасайтын технологияларды қолдауда. Тынышсызданбаған да электронды басқару интерфейстері мен егжей-тегжейлі операциялық кері байланыс ұсыну қабілеті арқылы олардың талаптарына табиғи түрде сәйкес келеді. Бағдарламаланатын логикалық басқарғыштар, өнеркәсіптік желілер және алдын ала сақтандыру жүйелерімен интеграциясы тиісті қозғалтқыш жетектерін таңдау мен конфигурациялау арқылы жеңілдетіледі.

Жартылай өткізгіштердің құны төмендеуін жалғастырған сайын және жүйелік интеграция талаптары одан әрі күрделене түскен сайын, қозғалтқыш технологиясының даму болашағы тынышсызданбаған шешімдердің пайдасына қарай қарым-қатынас жасайды. Күрделі басқару алгоритмдері, интеграцияланған сенсорлар мен байланыс мүмкіндіктері қарапайым қозғалтқыш технологияларымен басқарылатын қолданыс ауқымын кеңейтуге қол жеткізгенде, тынышсызданбаған да қозғалтқыш жүйелерінің құндылық ұсынысын арттыратын стандарттық қасиеттерге айналып келеді.

ЖИІ ҚОЙЫЛАТЫН СҰРАҚТАР

Түйіршіксіз тұрақты ток қозғалтқышының түйіршікті қозғалтқышқа қарағандағы негізгі артықшылығы қандай

Түйіршіксіз тұрақты ток қозғалтқышының негізгі артықшылығы - басқа механизммен үйкелісте болатын щеткалардың жоқтығы, бұл қозғалтқыштың қызмет көрсету қажеттілігін айтарлықтай төмендетеді, жұмыс істеу мерзімін ұзартады және пайдалы әсер коэффициентін арттырады. Щеткалар коммутатор бетімен үйкелмейтіндіктен, мұндай қозғалтқыштар жүзеге асырылатын компоненттерді ауыстыруды немесе майлаудан басқа тұрақты қызмет көрсетуді қажет етпей-ақ мыңдаған сағаттар бойы жұмыс істей алады. Сонымен қатар, электронды коммутация жүйесі қозғалтқыш уақытын дәл бақылауға мүмкіндік береді, бұл кеңірек жұмыс диапазонында жылдамдықты реттеу мен момент сипаттамаларын жақсартады.

Түйіршіксіз тұрақты ток қозғалтқыштары түйіршікті қозғалтқыштарға қарағанда қаншаға әлдеқайда тиімді

Безщеткалы тұрақты токты электр қозғалтқыштары, әдетте, щеткалы электр қозғалтқыштардың 75-85% пайдалы әрекет коэффициентіне қарсы 90-95% пайдалы әрекет коэффициентіне ие болады. Бұл 10-15% пайдалы әрекет коэффициентінің жақсаруы тура қосымша сағатпен жұмыс істейтін қолданбаларда энергияны аз қолдануға және жұмыс шығындарын төмендетуге әкеледі. Пайдалы әрекет коэффициентінің артықшылығы жүктеме әртүрлі болған кезде одан әрі басым болады, мұнда электрондық басқару талапқа сәйкес келетіндей токтың толқындық формасын оптималдандыруға мүмкіндік береді, ал щеткалы электр қозғалтқыштар жүктеме талаптарына қарамастан салыстырмалы тұрақты жоғалтуларды сақтайды.

Безщеткалы тұрақты токты электр қозғалтқыштардың бастапқы бағасы жоғары болса да, олардың құны оправданиялы ма

Тығырықсыз тұрақты токты электр қозғалтқыштарына бастапқы шығындардың жоғары болуы тәжірибеде 2-3 жыл ішінде техникалық қызмет көрсетуге кететін шығындардың азаюы, энергияның төменгі деңгейде тұтынуы және сенімділіктің артуы арқылы бағаланады. Жүктеме циклі жоғары, техникалық қызмет көрсетуге қол жетпейтін немесе жұмыс істеу уақыты маңызды болып табылатын қолдануларда пайда табу көбінесе бір жылдан да кем уақытта болады. Жалпы иелік құнының талдауы экономикалық негізделуін бағалау кезінде энергия үнемдеуді, техникалық қызмет көрсетуге кететін еңбектің азаюын, ауыстыру бөлшектерінің қорын және сенімділіктің артуы арқылы өнімділіктің жақсаруын қамтиды.

Барлық құрылғыларда тығырықты электр қозғалтқышты тығырықсыз тұрақты токты электр қозғалтқышпен ауыстыруға бола ма

Щеткалы электр қозғалтқышты щеткасыз тұрақты ток қозғалтқышымен ауыстыру үшін электронды коммутация мен орын сигналын беру мүмкіндігіне ие болатын қозғалтқыш жүйесін жаңарту қажет. Механикалық орнату сәйкес келуі мүмкін, бірақ электр интерфейсі электронды ауыстыруды басқара алатын заманауи қозғалтқыш бақылау құрылғысын талап етеді. Қозғалтқыш пен басқару жүйесіне салымдар көбінесе көптеген өнеркәсіптік қолдануларда модернизацияны дәлелдейтін белгілі өнімділік жақсартулары мен ұзақ мерзімді шығын үнемдеулерін қамтамасыз етеді.