Motoarele electrice cu curent continuu sunt unele dintre cele mai importante invenții pe care s-a bazat foarte mult lumea modernă. Aceste motoare sunt folosite în aparate electrocasnice, scule electrice, drone, sisteme de răcire pentru PC, robotică și vehicule electrice.
Două dintre cele mai comune motoare electrice de curent continuu utilizate astăzi sunt motoarele de curent continuu cu perii și fără perii. Ambele motoare au aceeași idee fundamentală de a folosi electromagnetismul pentru a asigura rotații mecanice. Dar cu concepte de design diferite, motoarele cu perii și fără perii vor avea diferențele lor în ceea ce privește performanța, costul și întreținerea.
Deci, ce design al motorului este mai bun - perie sau fără perii?
Cum funcționează un motor electric de curent continuu?
Motoarele electrice transformă electricitatea în energie mecanică. Ei fac acest lucru permițând electricității să treacă prin înfășurări de cupru, creând un câmp electromagnetic care excită magneții permanenți din interiorul motorului, determinând mișcarea rotorului și producerea mecanică energie.
Deși atât motoarele cu perii, cât și cele fără perii au același scop de a transforma electricitatea în energie mecanică, designul lor este diferit. Pentru a înțelege diferența lor, să vorbim despre designul motorului, începând cu motorul periat.
Design motor periat
Motoarele cu perii au fost în producție de peste un secol până acum. Se știe că au un design simplist care utilizează o pereche de perii de cărbune pentru a furniza putere motorului. Motoarele cu perii vor avea întotdeauna patru părți majore, acestea sunt:
- stator: Partea staționară a motorului. Conține magneții permanenți care fac rotorul să se miște.
- Rotor: Partea rotativă a motorului. Conține o bobină de cupru care, atunci când este alimentată, face bobina de cupru electromagnetică.
- Comutator: Un inel metalic care asigură ca rotorul să se rotească în continuare prin inversarea polarității pentru fiecare jumătate de tură a rotorului.
- Perii: O parte staționară din carbon conectată direct la bornele sursei de alimentare. Ei transmit puterea către inelul comutatorului, care apoi activează rotorul.
Un motor cu perii folosește perii pentru a alimenta electric motorul, permițând în același timp atât rotorului, cât și comutatorului să se rotească. Rotorul este compus din înfășurări de cupru care, atunci când sunt alimentate, devin practic un electromagnet.
Deci, ce se întâmplă dacă doi magneți se apropie?
Ei bine, în funcție de alinierea polilor magnetici, ei fie se vor atrage, fie se vor respinge reciproc. Scopul unui motor cu perii este de a folosi atracția și repulsia pentru a roti motorul. Aici devine util un comutator.
Un comutator este un inel metalic în centrul rotorului care comută polul magnetic al rotorului la fiecare 180 de grade. Acest lucru asigură în mod eficient că polul magnetic al rotorului se aliniază întotdeauna cu același pol magnetic al statorului, provocând repulsie.
Rezultatul? Continuu rotațiile mecanice au suficientă forță pentru a vă alimenta blenderul (sau orice altceva care folosește un motor cu perii).
Design motor fără perii
Motoarele fără perii au început să câștige popularitate în anii 1980, când tranzistorii au devenit mai des întâlniți în electronică. Având la dispoziție componente în stare solidă a jucat un rol important în realizarea motoarelor fără perii aplicabile pentru unelte electrice, electrocasnice și electronice. Designul lor complex, dar eficient, oferă motoarelor fără perii un cuplu mai mare decât omologii lor cu perii.
Designul motorului fără perii folosește mai multe părți esențiale. Acestea ar include:
- stator: Partea staționară a motorului. Conține mai multe bobine de cupru care, atunci când sunt alimentate, devin un magnet activ.
- Rotor: Partea rotativă a motorului. Acesta conține magneții permanenți care se rotesc din cauza câmpului electromagnetic dintre stator și rotor.
- Senzor cu efect Hall: Un senzor care detectează ce bobine sunt alimentate și care nu.
- Circuit de control: Un circuit electronic proiectat pentru a decide ce bobine din interiorul statorului să alimenteze.
După cum sugerează și numele, motoarele fără perii nu folosesc perii pentru a alimenta motorul. De asemenea, motoarele fără perii nu au comutatoare care transportă curent. În schimb, folosește un senzor cu efect hall și un circuit de control pentru a se asigura că polii magnetici opuși ai statorului și rotorului sunt întotdeauna aliniați. Un alt lucru pe care îl veți găsi diferit este că statorul găzduiește înfășurările de cupru, în timp ce rotorul găzduiește magneții permanenți.
Un motor fără perii funcționează în esență în același mod ca un motor cu perii: folosind diferențe de poli magnetici pentru a deplasa rotorul, creând rotație și cuplu.
Dar fără perii și comutatoare, cum pot obține putere înfășurările de cupru?
Simplu, faci înfășurările de cupru staționare. Nu mai sunt necesare perii cu înfășurări de cupru staționare, deoarece puteți alimenta direct bobinele prin fire.
În ceea ce privește comutatoarele, un motor fără perii folosește un senzor cu efect hall și un circuit de control. Un senzor Hall este un senzor circular plat plasat lângă înfășurările de cupru ale statorului. Deoarece statorul găzduiește mai multe bobine, senzorul Hall poate detecta dacă una dintre aceste bobine este alimentată sau nu.
Realizat folosind Sketchup
Senzorul transmite apoi citirea circuitului de control și decide ce bobine să alimenteze. Deci, dacă magneții permanenți ai rotorului se apropie de polii magnetici de atragere, circuitul de control va înceta să mai energizeze aceste bobine și va energiza următoarea bobină care atrage magneții permanenți ai rotorului. Circuitul de control va energiza, de asemenea, bobinele înaintea magneților permanenți, provocând repulsie și adăugând și mai mult cuplu la rotație.
Avantaje și dezavantaje ale motoarelor cu perii și fără perii
Cu diferențele de design al motorului, atât motoarele cu perii, cât și cele fără perii vor avea avantaje și dezavantaje. Iată un tabel pentru a vă ajuta să înțelegeți punctele lor forte și punctele slabe:
| Motor periat | Motor fără perii | |
|---|---|---|
| Durată de viaţă | Mic de statura | Lung |
| Accelerare | Mediu | Înalt |
| Eficienţă | Mediu | Înalt |
| Cuplu | Mediu | Înalt |
| Acustică | Zgomotos | Liniște |
| Cost | Ieftin | scump (cu circuit de control) |
Ar trebui să cumpărați hardware cu un motor cu perii sau fără perii?
După cum puteți vedea în tabel, motoarele fără perii sunt mai bune din toate punctele de vedere (cu excepția costurilor) decât omologul lor cu perii. Acestea oferă un cuplu mai mare, o accelerație mai rapidă la viteză, un zgomot mai scăzut și o eficiență mai mare și sunt mai durabile.
Deci, atunci când aveți șansa de a cumpăra o unealtă electrică nouă, un aparat de bucătărie, o dronă sau orice altceva care are nevoie de un motor, alegerea articolelor cu un motor fără perii este, în general, cea mai bună opțiune.
Deci motoarele cu perii ar trebui să fie învechite?
Ei bine, nu. Mai ales că un motor fără perii (plus circuit de control) va costa mult mai mult decât un articol care folosește un motor cu perii. Și, deși un motor fără perii este mai bun decât omologul său cu perii, asta nu înseamnă că un motor cu perii este rău. De fapt, un motor cu perii este destul de bun. Puteți îndeplini aceleași sarcini cu un motor cu perii ca și oamenii cu unul fără perii.
În general, motoarele fără perii sunt motoarele ideale în interiorul uneltelor și echipamentelor dumneavoastră. Dar există și situații în care ați putea dori să utilizați în schimb motoare cu perii. Aceste situații ar include:
- Când motorul este utilizat în explozii scurte de moment (de exemplu, blender, scaune electrice și ștergătoare de parbriz)
- Când un instrument/aparat devine util doar de câteva ori pe an
- Când sarcina nu necesită mult cuplu (de exemplu, jucării, orificii de aerisire)
- În condiții extreme de funcționare. Motoarele cu perii nu au nevoie de senzori sau circuite de control care se pot defecta în condiții meteorologice extreme
Efectuarea de achiziții inteligente
Acum că înțelegeți diferența dintre motoarele cu perii și cele fără perii, sperăm că vă este mai ușor să faceți o achiziție inteligentă atunci când cumpărați aparate, unelte și echipamente de bucătărie. Acest lucru ar trebui să explice și de ce unele articole sunt mai scumpe decât omologii lor, deși provin de la aceeași marcă, au aceleași caracteristici și folosesc același factor de formă. Amintiți-vă, doar pentru că puteți cumpăra un articol premium folosind un motor fără perii nu înseamnă întotdeauna că este un lucru inteligent de cumpărat.