มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านทำงานอย่างไร? อธิบายสับเปลี่ยน แปรง และเส้นโค้งแรงบิด

คำตอบสั้นๆ: กระแสของคอยล์จะกลับตัวเมื่อหมุน

A brushed motor มีสองส่วนแม่เหล็กและสวิตช์หมุนหนึ่งอัน The field is stationary, produced by permanent magnets in the housing or by a separate field winding. The working coils sit in the armature, wound around an iron core that is fixed to the shaft and free to spin.

กระแสตรงไปถึงขดลวดเหล่านั้นผ่านแปรง แปรงแต่ละอันจะกดเข้ากับตัวสับเปลี่ยน ซึ่งเป็นกระบอกส่วนทองแดงที่หุ้มฉนวน กระแสไหลเข้าด้วยแปรงขั้วบวก ไหลผ่านไปยังส่วนที่อยู่ข้างใต้ เคลื่อนที่ผ่านขดลวดกระดองอันหนึ่ง และไหลผ่านส่วนตรงข้ามและแปรง เนื่องจากตอนนี้ขดลวดนั้นนำกระแสภายในสนามแม่เหล็ก แต่ละด้านของขดลวดจะรู้สึกถึงแรงที่ทำมุมฉากกับทั้งสนามและกระแส และแรงทั้งสองก็กระทำต่อด้านตรงข้ามของเพลา เกราะหมุน

สิ่งที่จับได้ก็คือขดลวดที่มีกระแสคงที่จะแกว่งไปในแนวเดียวกับสนามและหยุดอยู่ตรงนั้น สับเปลี่ยนป้องกันมัน ขณะที่กระดองหมุน แปรงแต่ละอันจะเลื่อนจากส่วนหนึ่งไปยังอีกส่วนหนึ่ง โดยจะกลับกระแสในขดลวดนั้นขณะที่มันตัดผ่านระนาบที่เป็นกลาง The coil's polarity flips, so the force keeps pushing the rotor the same way round. สำหรับทุกคอยล์ การกลับรายการจะเกิดขึ้นสองครั้งต่อรอบ และเวลาจะถูกกำหนดตามรูปทรงเพียงอย่างเดียว: ความกว้างของส่วน ความกว้างของแปรง และตำแหน่งของแปรง

แต่ละส่วนทำหน้าที่อะไร และอาการใดที่ชี้ย้อนกลับไป

เมื่อมอเตอร์แบบมีแปรงถ่านมีประสิทธิภาพต่ำกว่าปกติ ข้อผิดพลาดมักจะอยู่ที่หนึ่งในห้าตำแหน่ง และแต่ละจุดจะมีลายนิ้วมือที่แตกต่างกัน

The contact surface matters as much as the parts themselves. ฟิล์มสีเข้มบางและสม่ำเสมอบนตัวสับเปลี่ยนจะทำให้อาร์คต่ำ bright dry copper usually means the brush grade is too abrasive, or that the motor runs too lightly for long periods.

เหตุใดกระแสไฟฟ้าจึงกลับตัวสองครั้งต่อการปฏิวัติ

1. Supply current enters through the positive brush and into the commutator segment touching it.
2. That segment routes current through one armature coil, which becomes an electromagnet with a north and a south end.
3. ปลายด้านเหนือของมันถูกผลักโดยขั้วเหนือของสเตเตอร์และดึงดูดไปยังขั้วใต้ของสเตเตอร์ ดังนั้นกระดองจึงหมุน
4. At the neutral plane the brush crosses the insulated gap between segments, and current to that coil is briefly cut.
5. ส่วนถัดไปจะเข้าควบคุม และทิศทางของกระแสที่ผ่านขดลวดจะกลับกัน
6. ขั้วของคอยล์มีการสลับกัน ดังนั้นแรงจึงยังคงดันไปในทิศทางการหมุนเดิมแทนการเบรกเพลา

มอเตอร์แบบมีแปรงถ่านคือสวิตช์หมุนที่มีแม่เหล็กยึดอยู่รอบๆ ฝุ่นแปรง อายุการใช้งานแปรง เสียงจากคลื่นความถี่วิทยุ และความเร็วสูงสุดที่ใช้งานได้จริง ล้วนมาจากสวิตช์นั้น และราคาที่ต่ำก็เช่นกัน

ขั้นตอนที่สี่คือจุดที่ความพยายามด้านวิศวกรรมดำเนินไป ในระหว่างการหยุดชะงักช่วงสั้นๆ ความเหนี่ยวนำของขดลวดจะพยายามทำให้กระแสไหลต่อไป และพลังงานนั้นต้องไปที่ไหนสักแห่ง: ส่วนโค้งเล็กๆ ที่หน้าแปรง ความร้อนเล็กน้อย หรือแรงดันไฟฟ้าพุ่งสูงขึ้นที่ตัวเก็บประจุป้องกันดูดซับ เกรดแปรง แรงกดสปริง และระยะห่างระหว่างส่วนถูกเลือกเพื่อให้ส่วนโค้งเล็กพอที่จะอยู่ได้หลายพันชั่วโมง

ความเร็ว แรงบิด และแรงเคลื่อนไฟฟ้าถอยหลัง: การอ่านตัวเลขอย่างถูกต้อง

ขดลวดหมุนภายในสนามแม่เหล็กก็เป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเช่นกัน แรงดันไฟฟ้าที่ผลิตจะตรงข้ามกับแหล่งจ่ายไฟและเรียกว่า EMF ย้อนกลับ และจะเพิ่มขึ้นตามความเร็ว เลขคณิตก็ดูง่าย

ใช้มอเตอร์แบบมีแปรงถ่าน 12 V ที่มีความต้านทานกระดอง 1.2 โอห์ม ในทันทีที่สวิตช์ปิด โรเตอร์จะหยุดอยู่กับที่ EMF ด้านหลังเป็นศูนย์ และขดลวดสามารถดึงได้ประมาณ 10 A เสี้ยววินาทีต่อมา ซึ่งทำงานใกล้ 3,000 รอบต่อนาที EMF ด้านหลังอาจเพิ่มขึ้นเป็นประมาณ 10.5 V เหลือเพียง 1.5 V ข้ามแนวต้าน หรือประมาณ 1.25 A กระแสสตาร์ทและกระแสไฟที่กำลังทำงานอยู่นั้นมีปริมาณต่างกัน และขนาดแหล่งจ่ายไฟบนตัวเลขที่กำลังทำงานเพียงอย่างเดียวจะสีน้ำตาลหมดในการสตาร์ททุกครั้ง

• ความเร็วฟรีรันวัดโดยไม่มีอะไรอยู่บนเพลา ความเร็วที่ยกมาในหน้าแค็ตตาล็อกมักจะเป็นค่าที่พิกัดโหลดซึ่งต่ำกว่า
• ความคลาดเคลื่อนมีจริง หน้าต่างบวกหรือลบ 10 เปอร์เซ็นต์สำหรับความเร็วรอบเดินเบาถือเป็นเรื่องปกติ และจะเปลี่ยนการไหลเวียนของอากาศ การดึงกระแสไฟ และเสียงในเครื่องใช้ไฟฟ้าที่เสร็จแล้ว
• แรงบิดขณะสตาร์ทเป็นตัวเลขสูงสุดในช่วงไม่กี่วินาที มีประโยชน์ในการปรับขนาดฟิวส์ ไม่ใช่เพื่ออธิบายหน้าที่ต่อเนื่อง

ที่ซึ่งมอเตอร์แบบมีแปรงถ่านยังคงชนะในการออกแบบเครื่องใช้ไฟฟ้า

การสับเปลี่ยนโดยไม่ต้องใช้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ซื้อชุดข้อได้เปรียบเฉพาะ และยังคงมีความสำคัญในผลิตภัณฑ์ที่คำนึงถึงต้นทุน:

• ต้นทุนต่อหน่วยต่ำสุดต่อวัตต์ของกำลังเพลา โดยเฉพาะระหว่าง 5 W ถึง 150 W
• แรงบิดสตาร์ทที่เชื่อถือได้ มอเตอร์จะดึงแรงจากความเร็วเป็นศูนย์โดยไม่มีตัวควบคุม
• ควบคุมความเร็วด้วยสเตจ PWM หนึ่งสเตจ ตัวต้านทานแบบอนุกรม หรือแหล่งจ่ายแบบแปรผัน
• การเปลี่ยนทิศทางโดยการสลับลีดสองตัว
• พฤติกรรมที่สง่างามเมื่อแรงดันแบตเตอรี่ลดลง

การผสมผสานดังกล่าวช่วยรักษามอเตอร์แบบมีแปรงถ่านไว้ในพัดลมระบายความร้อนแบบตั้งโต๊ะ เครื่องทำความเย็นแบบระเหย พัดลมทำความร้อนขนาดเล็ก เครื่องสกัดในครัวที่มีราคาคุ้มค่า ปั๊มน้ำ และอุปกรณ์เสริมสำหรับรถยนต์อีกมากมาย

ผู้ผลิตเครื่องใช้ไฟฟ้าจะเปรียบเทียบไดรฟ์สำหรับการเคลื่อนตัวของอากาศมักจะประเมินทั้งสองประเภทก่อนที่จะล็อคการออกแบบ ตัวอย่างเช่น เครื่องทำความเย็นแบบบังคับหมุนเวียนและพัดลมตั้งโต๊ะ ขณะนี้มีตัวเลือก DC ที่ทำงานด้วยความเร็วที่หลากหลาย

การสึกหรอของแปรง ความร้อน และเสียงทางไฟฟ้า: ข้อเสียอย่างตรงไปตรงมา

อายุการใช้งานแปรงเป็นสิ่งแรกที่ต้องวัดปริมาณ เนื่องจากจะกำหนดสัญญาการบำรุงรักษาที่คุณสามารถทำได้ แปรงถ่านขนาดเล็กในมอเตอร์ระดับอุปกรณ์โดยทั่วไปมีอายุการใช้งานระหว่าง 500 ถึง 2,000 ชั่วโมงการทำงาน และช่วงการทำงานนั้นกว้างด้วยเหตุผลที่ดี: มอเตอร์ที่สตาร์ทและหยุดตลอดทั้งวันจะสึกเร็วกว่ามอเตอร์ที่ทำงานอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากการสูญเสียแปรงส่วนใหญ่เกิดขึ้นในส่วนโค้งสตาร์ท

ความร้อนเป็นปัญหาที่สอง การสูญเสียจะปรากฏในทองแดง ในเหล็ก และที่หน้าแปรง และโรเตอร์มีเส้นทางที่แย่ที่สุดสู่อากาศภายนอก ระดับฉนวนของขดลวด ไม่ใช่อุณหภูมิของตัวเครื่อง เป็นตัวกำหนดขีดจำกัดที่แท้จริงของการทำงานต่อเนื่อง สัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าเป็นอันดับสาม: ทุกส่วนโค้งที่หน้าแปรงเป็นเครื่องส่งสัญญาณบรอดแบนด์ขนาดเล็ก ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมมอเตอร์แบบมีแปรงถ่านจึงมักจะจัดส่งมาพร้อมกับตัวเก็บประจุป้องกันหรือโช้คที่ติดตั้งไว้แล้ว

Specifying a Brushed Motor: A Practical Buyer's Checklist

ซัพพลายเออร์สองรายสามารถเสนอราคา "12 V, 3,000 rpm" ได้และยังคงส่งมอบมอเตอร์ที่ทำงานแตกต่างกันในอุปกรณ์เดียวกัน เนื่องจากตัวเลขหนึ่งระบุเมื่อไม่มีโหลด และอีกค่าหนึ่งระบุที่แรงบิดเฉพาะ ถามจุดโหลดเป็นลายลักษณ์อักษร

• พิกัดแรงดันไฟฟ้า บวกกับช่วงที่แอปพลิเคชันมองเห็นได้จริง
• ความเร็วรอบขณะไม่มีโหลดและกระแสรอบขณะไม่มีโหลด
• Speed, torque and current at the intended operating point.
• Stall torque, with a time limit for how long it may be held.
• แปรงเป้าหมายชีวิตในชั่วโมงตามรอบการทำงานจริงของคุณ
• Continuous or intermittent duty, and expected starts per hour.
• ระดับฉนวนและอุณหภูมิขดลวดสูงสุด
• Suppression components fitted, and the emission standard they satisfy.
• เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา ความยาว และพิกัดความเผื่อ รวมถึงหน้าแปลนและรูปแบบสกรู
• Acoustic noise in dB(A) at the load point, at a stated distance.
• Certifications required in the destination market.

อีกทั้งยังช่วยในการทำงานอีกด้วย ผู้จำหน่ายมอเตอร์ไฟฟ้าขนาดเล็ก ที่สร้างตามแบบหรือตัวอย่าง แทนที่จะจัดส่งเฉพาะรายการในแค็ตตาล็อก เนื่องจากความยาวเพลาสองมิลลิเมตรหรือเกรดแปรงที่แตกต่างกัน มักจะมีความแตกต่างระหว่างมอเตอร์ที่เหมาะกับและไม่ได้ วิธีการ ชุดสับเปลี่ยนและแปรง behaves under real load is worth reviewing before a drawing is signed off.

แปรงหรือไร้แปรง: เลือกโดยไม่เสียใจ

The decision usually comes down to duty cycle and control requirements rather than raw performance.

การระบายอากาศในห้องครัวแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงอย่างชัดเจน: เครื่องดูดควันทำงานเป็นระยะเวลานานและไม่สม่ำเสมอ และพิจารณาจากเสียงรบกวนที่ความเร็วต่ำ ดังนั้นไดรฟ์ DC แบบปรับความเร็วได้จึงมีส่วนแบ่งเพิ่มขึ้นในตลาดนั้น