Bürstenlose Gleichstrommotoren vs. Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren

by Mark Liu on Jan 26, 2022 Hardware 58 Views

Es gibt zwei Arten von Gleichstrommotoren: bürstenbehaftete Gleichstrommotoren und bürstenlose Gleichstrommotoren. Der Begriff bürstenloser Gleichstrommotor wird im Gegensatz zum bürstenbehafteten Gleichstrommotor verwendet. Bürstenbehafteten Gleichstrommotoren bestehen aus einem Stator, einem Rotor, Bürsten und einem Kommutator. Die Funktion der Bürsten und des Kommutators besteht darin, die Richtung zu wechseln. Der bürstenlose Gleichstrommotor besteht aus einem Stator und einem Rotor. Im Gegensatz zu bürstenbehafteten Gleichstrommotoren gibt es keine Bürsten oder Kommutatoren. In vielen Anwendungen können entweder bürstenbehaftete oder bürstenlose Gleichstrommotoren eingesetzt werden. Allerdings haben beide Arten von Motoren ihre eigenen Merkmale. Die Entscheidung, welcher Motortyp verwendet werden soll, hängt von den spezifischen Anforderungen der Anwendung ab.

Unterschiede im Funktionsprinzip

Bürstenlose Gleichstrommotoren: Bürstenlose Gleichstrommotoren ersetzen die mechanische Kommutierungsfunktion durch eine elektronische Kommutierung. Am Rotor des Motors ist ein magnetisierter Dauermagnet angebracht. Um die Polarität des Motorrotors zu erkennen, ist im Motor ein Positionssensor eingebaut. Die Motorsteuerung schaltet anhand des Positionssignals des Positionssensors die Stromrichtung in der Spulenwicklung um, so dass die richtige Richtung der Magnetkraft zum Antrieb des Motors erzeugt wird.

Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren. Wenn sich der Motor dreht, gleiten die Kohlebürsten über den Kommutator und erzeugen ein rotierendes magnetisches Feld, das von dem statischen Magnetfeld des Stators angezogen wird. Der Strom in den Anker- und Statorwicklungen wird von einer Batterie oder einer anderen Gleichstromquelle geliefert.

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BLDC motor
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BDC motor
 

Unterschiede in den Methoden der Geschwindigkeitskontrolle

Die Drehzahlregelung von bürstenlosen Gleichstrommotoren und bürstenbehafteten Gleichstrommotoren hängt hauptsächlich von der Spannung ab. Der Unterschied zwischen den beiden besteht darin, dass bürstenlose Gleichstrommotoren eine elektronische Kommutierung verwenden, was bedeutet, dass für die Kommutierung eine digitale Steuerung erforderlich ist. Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren werden durch Kohlebürsten kommutiert, die durch herkömmliche analoge Schaltungen wie Thyristoren gesteuert werden können, was einfacher ist.

Die Drehzahlregelung für bürstenbehaftete Gleichstrommotoren erfolgt durch die Anpassung der Motorversorgungsspannung. Die eingestellte Spannung und der Strom werden durch den Gleichrichter und die Bürsten umgewandelt, wodurch sich die Stärke des von den Elektroden erzeugten Magnetfelds und letztendlich die Geschwindigkeit ändert. Dieses Verfahren dient dazu, die Spannung zu variieren, um die Geschwindigkeit zu regulieren.

Bei der Drehzahlregelung von bürstenlosen Gleichstrommotoren bleibt die Versorgungsspannung des Motors konstant, und die Drehzahl wird durch Ändern des Steuersignals des Reglers geändert, wobei die Schaltfrequenz der Hochleistungs-MOS-Röhre vom Mikroprozessor geändert wird. Bei diesem Verfahren wird die Frequenz geändert, um die Drehzahl zu regulieren.

Unterschiede in der Leistung

Geräuscharmer und reibungsloser Betrieb von BLDC-Motoren

Geringer Geräuschpegel und ruhiger Lauf von bürstenlosen Gleichstrommotoren. Aufgrund des Fehlens von Bürsten arbeiten bürstenlose Gleichstrommotoren mit sehr viel weniger Reibung, was zu einem reibungslosen und geräuscharmen Betrieb führt, was für die Stabilität des Modells sehr hilfreich ist. Es eignet sich daher für den Einsatz an Orten, an denen Ruhe erforderlich ist, wie z. B. in Krankenhäusern, Banken, Flughäfen, Schulen usw.

Verminderung von Störungen bei bürstenlosen Gleichstrommotoren

Durch die Entfernung der Bürsten ist die unmittelbarste Änderung, dass bürstenlose Gleichstrommotoren nicht die elektrischen Funken erzeugen, die beim Betrieb von bürstenbehafteten Gleichstrommotoren entstehen, wodurch die Interferenz von elektrischen Funken mit Funkfernsteuerungsgeräten erheblich reduziert wird. Es kann in einigen brennbaren und explosionsfähigen Bereichen eingesetzt werden.

Langlebigkeit und Wartungsfreiheit von bürstenbehafteten Gleichstrommotoren

Die Lebensdauer von Kohlebürsten ist begrenzt, da sie sich innerhalb von tausend Stunden abnutzen, so dass bürstenbehaftete Gleichstrommotoren häufig ausgetauscht werden müssen. Bürstenlose Gleichstrommotoren besitzen keine Kohlebürsten. Die Abnutzung von bürstenlosen Motoren erfolgt hauptsächlich an den Lagern. Bürstenlose Gleichstrommotoren sind mechanisch nahezu wartungsfrei und brauchen nur bei Bedarf eine gewisse staubige Wartung.

Einfache Drehzahlregelung von bürstenlosen Gleichstrommotoren

Bürstenlose Gleichstrommotoren sind in der Regel digital frequenzgesteuert und gut regelbar, so dass eine Drehzahlregelung von einigen wenigen Umdrehungen pro Minute bis zu Zehntausenden von Umdrehungen pro Minute leicht möglich ist. Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren arbeiten im Allgemeinen mit einer konstanten Drehzahl nach dem Start, und ihre Drehzahlregelung ist nicht sehr einfach. Serienerregte Motoren können auch 20,000 Umdrehungen pro Minute erreichen, aber die Betriebslebensdauer wird relativ kurz sein.

Einfache Struktur, niedrige Kosten und einfache Wartung von bürstenbehafteten Gleichstrommotoren

Der Mechanismus eines bürstenbehafteten Gleichstrommotors ist einfach und leicht zu steuern, da er ohne Steuerkreis funktioniert. Es ist leicht zu produzieren und zu verarbeiten, so dass die Kosten niedrig sind. Wenn ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor ausfällt, ist er leicht zu reparieren, da nur die Kohlebürsten ausgetauscht werden müssen. Ein bürstenloser Gleichstrommotor hat Permanentmagnete auf dem Rotor und benötigt einen Steuerkreis, weshalb er kostspielig ist. Bürstenlose Gleichstrommotoren können nur ersetzt werden, wenn sie beschädigt sind.

Schnelles Anfahrverhalten und hohes Anfahrdrehmoment von bürstenbehafteten Gleichstrommotoren

Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren haben ein schnelles Anfahrverhalten, ein hohes Anfahrdrehmoment, eine gleichmäßige variable Drehzahlregelung, nahezu unmerkliche Vibrationen von Null bis zur Höchstdrehzahl und können beim Anfahren größere Lasten antreiben. Bürstenlose Gleichstrommotoren haben einen hohen Anfahrwiderstand (induktiver Widerstand), so dass der Leistungsfaktor gering ist, das Anfahrdrehmoment relativ klein ist, beim Anfahren ein Brummgeräusch und starke Vibrationen vorhanden sind und die beim Anfahren angetriebene Last kleiner ist.

Gleichmäßiger Betrieb sowie ausgezeichnetes Anfahren und Abbremsen von bürstenbehafteten Gleichstrommotoren

Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren sind durch die Spannung drehzahlgeregelt, so dass sie sowohl beim Anfahren und Bremsen als auch bei konstanter Drehzahl gleichmäßig laufen. Zunächst wird Wechselstrom zu Gleichstrom, dann wird Gleichstrom zu Wechselstrom, und die Drehzahl wird durch Frequenzwechsel gesteuert, so dass bürstenlose Gleichstrommotoren beim Anfahren und Bremsen unstabil laufen und stark vibrieren und nur bei konstanter Drehzahl ruhig laufen.

Hohe Regelgenauigkeit von bürstenbehafteten Gleichstrommotoren

Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren werden häufig in Verbindung mit Getrieben und Gebern eingesetzt, wodurch der Motor eine höhere Ausgangsleistung und eine höhere Regelgenauigkeit erhält. Es kann eine Regelgenauigkeit von bis zu 0,01 mm erreicht werden, wodurch bewegliche Teile fast überall angehalten werden können. Alle Präzisionswerkzeugmaschinen verwenden Gleichstrommotoren, um eine hohe Regelgenauigkeit zu erreichen. Allerdings sind bürstenlose Gleichstrommotoren beim Anfahren und Abbremsen nicht gleichmäßig, so dass das bewegliche Teil jedes Mal in einer anderen Position anhält. Diese muss an der gewünschten Position mit Hilfe von Positionierstiften oder Begrenzern angehalten werden.

Energieeinsparung und Umweltfreundlichkeit von bürstenlosen Gleichstrommotoren

Bürstenlose Gleichstrommotoren mit Frequenzregler sind relativ energieeffizienter als serienerregte Motoren, die typischsten Beispiele sind Inverter-Klimageräte und Kühlschränke.

Zusammenfassung der Unterschiede

Unterschiede Brushless DC motor Brushed DC motor
Struktur Komplex Einfach
Wartung Ersetzen Sie nur den Motor Einfach die Bürsten austauschen
Kosten Höher (plus bürstenloser ESC) Niedrig
Steuerung Komplexer Einfach
Reaktionszeit Langsam Schnell
Anfahrdrehmoment Relativ klein Groß ( bei niedriger Drehzahl)
Drehzahländerung Schwingungen Glättung
Start-Brems-Wirkung Nicht gleichmäßig, hohe Schwingungen Gleichmäßig, gute Wirkung
Genauigkeit der Steuerung Mit Hilfe von Positionierstiften oder Begrenzern Hohe Genauigkeit 0,01 mm
Drehzahlregelung Kann durch Frequenzumsetzung eingestellt werden, einfach Anpassung der Spannung zur Drehzahlregelung, nicht einfach
Kommutierung Elektronische Kommutierung Mechanische Kommutierung
Drehmoment pro Masseneinheit Groß Klein
Drehmoment pro Leistungseinheit Groß Klein
Verlässlichkeit Hoch Niedrig
Wärmeableitung Schnell Langsam
Interferenz Niedrig, ohne Funken Hoch, mit elektrischem Funken
Geräusch Klein Groß
Betriebsdauer Lang Kurz
Energieverbrauch Niedriger Höher
Ausfallquote Niedrig Hoch
Anwendungen Geräte mit konstanter Drehzahl, Klimaanlagen, Kühlschränke, Drohnen, staubfrei, explosionsgeschützt, Lebensmittel, usw. Präzisionsinstrumente, Drucker, usw.

Article source: https://article-realm.com/article/Computers-and-Technology/Hardware/18852-Burstenlose-Gleichstrommotoren-vs-Burstenbehaftete-Gleichstrommotoren.html

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