что такое бесщеточный двигатель на болгарке
В чем разница между щеточными и бесщеточными двигателями?
Все чаще на просторах интернет-магазинов можно найти инструменты с двумя типами двигателей. Инструменты и садовая техника WORX также не отстают от современных трендов при производстве техники, так что на нашем сайте вы тоже можете найти специальную характеристику двигателя — щеточный или бесщеточный. Так что же это за характеристика, на что она влияет и в чем принципиальные отличия инструментов с тем или иным двигателем? Давайте разбираться.
Устройство и принцип действия щеточного двигателя
Щеточный двигатель по-другому еще называется коллекторным. Состоит двигатель из нескольких важных частей.
Ротор — по-другому, якорь. Как раз он вращается внутри и преобразует электрическую энергию в механическую. Якорь обмотан медной проволокой (обмоткой) с разных сторон ротора. За счет прохождения тока через проволоку создается магнитное поле, которое в свою очередь и создает вращение элемента.
На обмотке в бесщеточном двигателе установлен коммутатор, который используется для переключения с одной обмотки на другую, что позволяет менять направление вращения ротора. Этот коммутатор и есть коллектор, от которого взял свое название двигатель.
Чтобы напряжение передалось на обмотки, а ток прошел через коллектор в двигатель устанавливаются специальные щетки. Щетки обычно состоят из графита; они всегда контактируют с коммутатором и обеспечивают подачу энергии к катушкам с обмоткой. Есть две щетки, и каждая из них подключается к противоположному полюсу батареи. Это гарантирует, что при вращении ротора ток, протекающий к катушкам, постоянно меняет направление. Это приводит к необходимому изменению магнитного поля, которое позволяет ротору продолжать вращаться.
Все вышеописанные элементы установлены в статор. Статор — неподвижных элемент двигателя, в котором могут быть либо еще одна катушка с проволокой, либо постоянный магнит. За счет того или другого элемента и создается магнитное поле обратной полярности ротору, из-за чего тот вращается.
Коллекторные двигатели могут работать от переменного напряжения, так как при смене полярности ток в обмотках возбуждения и якоря также меняет направление, в результате чего вращательный момент не меняет своего направления.
Плюсы и минусы щеточного двигателя
Так мы с вами вкратце разобрались с устройством щеточного двигателя. Теперь в чем же его плюсы и минусы?
Плюсы
Минусы
Устройство и принцип действия бесщеточного двигателя
Теперь давайте разберем принцип работы бесщеточного двигателя. Как понятно из названия, его принципиальное отличие в отсутствии щеток. Но как же он тогда работает? Как нужная энергия поступает в двигатель?
В устройстве бесщеточного двигателя также присутствует ротор и статор — основные элементы любого мотора. Но при этом отсутствует коллектор, соответственно и двигатель по-другому называется бесколлекторным. Если у щеточного двигателя работа происходит за счет электро-механической смены полярности, то в бесщеточном двигателе все работает благодаря электромагнитной индукции. Также отличается местоположение обмотки — здесь она располагается на статоре, в отличие от предыдущего вида двигателя.
Вместо щеток и коллектора в бесщеточном двигателе установлены датчики Холла и контроллер, который контролирует подачу напряжения на катушки для создания индуктивности, а также положение ротора и скорость его вращения.
Когда плата подает на обмотку ток, создается тоже противоположное магнитное поле, и магниты на роторе начинают вращаться.
Еще одной особенностью бесщеточных двигателей нужно назвать их типы. Двигатели бывают двух типов — синхронный и асинхронный. В синхронном двигателе частота вращений ротора равна частоте вращений магнитного поля — то есть один оборот ротор совершает после одного полного прохождения тока через катушку. А в асинхронном двигателе обратная ситуация — частота вращений ротора меньше, чем частота вращения магнитного поля. То есть ток проходит через катушку быстрее.
Плюсы и минусы бесщеточного двигателя
Если с устройством бесщеточного двигателя мы разобрались, то теперь давайте рассмотрим положительные и отрицательные стороны инструментов с бесщеточными моторами.
Плюсы:
Минусы:
Но не бывает все настолько радужно. Даже у инструментов с бесщеточными двигателями есть и свои недостатки. Так сказать, ложка дегтя в бочке меда.
Итоги сравнения щеточного и бесщеточного двигателей
Если сравнивать инструменты с разными видами двигателей, то можно смело сказать, что техника с бесщеточным двигателем надежнее и мощнее. Но нужно учитывать тот факт, что ориентирована такая техника больше на профессиональные работы. В быту же и инструменты со щеточным двигателем отлично справятся со своими задачами. Потому перед покупкой инструмента заранее определите цели, для которых вы будете использовать инструменты.
В ассортименте компании WORX есть инструменты и со щеточными и с бесщеточными двигателями. Чтобы определить какой именно тип двигателя установлен в инструменте, обратите внимание на иллюстрацию в карточке товара — в бесщеточных моделях есть специальная пометка «BRUSHLESS MOTOR».
Что такое бесщеточные шуруповерты? Их плюсы и минусы
Содержание
Содержание
Все чаще на электроинструменте можно встретить надпись «Brushless motor». Это значит, что девайс оснащен бесщеточным электродвигателем постоянного тока. Действительно ли от этого есть толк или это очередная уловка маркетологов? Давайте разбираться на примере шуруповертов.
Мы будем говорить о шуруповертах как о наиболее востребованном электроинструменте в арсенале домашнего мастера (кто крутил саморезы отверткой, тот поймет). Но тезисы материала безоговорочно распространяются на весь электроинструмент, оснащенный бесщеточными двигателями.
Конструкция и принцип действия
«Brushless motor» в буквальном переводе означает бесщеточный двигатель, в конструкции которого отсутствует коллектор и щеточный узел. Также можно встретить сокращение BLDC, которым именуют бесщеточный электродвигатель постоянного тока.
Классический коллекторный двигатель
Щеточный узел — это механическая контактная часть якоря электродвигателя. С помощью него через пластины коллектора подается напряжение на обмотку якоря. Электрический ток, протекая по проводнику, вызывает электромагнитное поле. Магнитное поле обмотки якоря, взаимодействуя с постоянным магнитным полем статорных обмоток, приводит к возникновению крутящего момента на валу электродвигателя и его вращению. Чтобы вращение вала сохранялось постоянно, напряжение на отдельные проводники якорной обмотки нужно подавать в определенной последовательности. Электрический ток должен протекать по рамкам якорной обмотки в нужный момент, а электромагнитное поле, наводимое в проводниках, взаимодействовало с постоянным магнитным полем обмоток статора. В двигателе постоянного тока эту функцию выполняет коллекторный узел на якоре электродвигателя.
В бесщеточном электродвигателе коллектор и щетки отсутствуют, но принцип взаимодействия постоянного магнитного поля якоря с электромагнитным полем обмоток статора остается неизменным. Только в BLDC моторе нужно подавать постоянное напряжение на обмотки статора в определенные интервалы времени, имитируя работу коллектора.
Как правило, в конструкции статора бесщеточного мотора используются три пары обмоток, и напряжение на них подается поочередно. При подаче напряжения на первую пару обмоток якорь с постоянными магнитами поворачивается, выравнивая свое положение в соответствии с направлением силовых линий возникшего магнитного поля. В этот момент напряжение с первой пары обмоток снимается и подается на вторую пару. Поскольку якорь электродвигателя обладает определенным моментом инерции, он не останавливается моментально, а продолжает свое вращение, и его магниты начинают взаимодействовать со следующим магнитным полем. Так продолжается до тех пор, пока на обмотки статора поочередно подается напряжение.
Это упрощенная схема работы Brushless мотора. На самом деле, для усиления крутящего момента и исключения «провалов» его полки, в работе постоянно находятся две пары обмоток. Одна из них притягивает постоянные магниты якоря в моменты, когда они находятся до средней линии полюса катушки, а вторая подталкивает, как только полюс катушки пройден центральной частью постоянного магнита якоря. На первую пару катушек подается напряжение прямой полярности, а на вторую — обратной.
Для определения, на какие пары катушек нужно подать напряжение и какой полярности, в системе установлен датчик положения ротора. Он состоит из трех датчиков Холла, дающих контроллеру сигнал о необходимости формирования напряжения на каждой из пар катушек статора.
На видео наглядно проиллюстрирована работа бесщеточного двигателя:
Плюсы и минусы бесщеточного шуруповерта
Производители пишут, что основная изюминка бесщеточного шуруповерта — не нужно менять щетки, которых нет. Это на самом деле так, но так ли сложно поменять щетки?
За этим «жирным» плюсом притаился довольно коварный минус. Дело в том, что более-менее нагруженный шуруповерт потребует замены щеток на второй, а то и третий год работы. Проводя их замену, бережливый владелец наверняка заглянет и в другие узлы инструмента. Обратит внимание на состояние подшипников, очистит внутренности от пыли, заложит порцию свежей смазки — в общем, проведет полное техобслуживание инструмента. В случае с бесколлекторным инструментом, о необходимости сервисного обслуживания можно просто забыть и вспомнить о нем, когда шуруповерт начнет конкретно барахлить.
Вот по-настоящему значимые преимущества бесщеточного инструмента:
Но бесщеточным инструментам присущи и некоторые недостатки:
Перспективы бесщеточных шуруповертов на рынке электроинструмента
Переход на бесщеточные инструменты неизбежен, поскольку они выгодны в первую очередь самим производителям ввиду унификации производственных процессов, уменьшению количества составных частей и улучшения технических характеристик выпускаемых моделей. Конечному пользователю такой переход абсолютно ничем не грозит. Шуруповерты как закручивали винты и саморезы, так и будут, исходя из своих технических возможностей.
Для профессиональной деятельности однозначно стоит смотреть в сторону бесщеточных моделей. Они экономичней, шустрее и надежней. Каждый рубль, вложенный в их покупку, окупится сторицей.
А вот домашнему мастеру стоит взвесить все «за» и «против», реально оценить возможную загруженность инструмента и свою готовность отдать больше денег за современные технологии.
Бесколлекторная угловая шлифовальная машина (УШМ) с аккумулятором.
Заказал для обзора УШМ (болгарку, как ее называют) с аккумулятором аля Makita.
Оказался полный OEM.
УШМ пришла просто в картонной коробке. Странно, что по дороге ничего не потерялось и не поломалось.
В комплекте сама машина, ручка, аккумулятор, зарядное, ключ, защитный кожух под 125 мм диски и инструкция на английском языке. Кстати, у продавца есть комплекты с двумя аккумуляторами и под 100 мм диски.
Ни на «болгарке», ни на аккумуляторе нет никаких надписей. В инструкции тоже нет упоминания о производителе. 
Инструкция универсальная для всех видов электроинструмента, который выпускается фирмой: шуруповёрт, циркулярка, сабельная пила, гайковерт, перфоратор, воздуходувка и обозреваемая УШМ.
Интересно, что бродя по просторам интернета встречал аналогичные УШМ, только уже под какой-то лейбой, но с точно такой же инструкцией.
У продавца на странице товара тоже не упоминается ни одна характеристика.
Если пройтись по другим продавцам, то можно предположить следующее:
Напряжение аккумулятора: 18 в
Емкость 4Ач
Мощность: 800 Вт
На холостом ходу: скорость до 10000 об/мин
Ручка 120 мм. Ручку можно закрепить с двух сторон машины, под правую и левую руку.
Курок, включающий УШМ, находится с той же стороны, что и диск. Сбоку кнопка фиксации.
Внизу, где крепится аккумулятор есть индикаторы заряда и выбранной скорости. Рядом кнопка переключения разных режимов работы. 
Для переключения скорости нужно включить машинку и коротко нажать кнопку. Выбранный режим сохраняется, при повторном запуске УШМ.
Гайка и фланец выполнены из стали. На фланце есть небольшие насечки.
Гайка расчитана на два вида ключей разного размера.
Попробуем что-нибудь отрезать.
И тут меня ожидало разочарование. Мне не удалось за один раз отрезать профильную трубу 20х20. Похоже проблема в аккумуляторе. Срабатывает защита по току. Через какое-то время он восстановится, но можно просто вытащить и поставить его на место и продолжить работу. По отзывам на разных сайтах и у разных продавцов с такой проблемой многие сталкиваются.
Несколько поэкспериментировав, я все же смог отрезать трубу за один проход. Просто нельзя сильно нажимать на машинку во время реза. И еще момент. Я привык работать с небольшими болгарками, работающими от 220 вольт, одной рукой. За счет большой длины и веса обозреваемой делать это так не удобно.
Нужно было отрезать кусок 45 трубы стальной. После некоторых тренировок удалось отрезать ее, причем аккумулятор отключался раза три. Главное не сильно давить на болгарку. Зачищать проблем нет.
Лайфхак: лучше работать на самых маленьких оборотах. Тогда меньше потребляемый ток и машина реже отключается.
Редуктор заполнен смазкой. Но мой взгляд маловато.
Корпус скреплен восьмью саморезами.
Внутри бесколлекторный двигатель. Естественно без опознавательных знаков. 
Внизу, где крепится аккумулятор, плата управления полностью залитая смолой с мощным алюминиевым основанием.
Корпус аккумулятора скреплен четырьмя саморезами.
Внутри 10 аккумуляторов формата 18650 спаянных по два. Никакой информации нет. 
Над аккумуляторами плата зарядки. 
Она немного отличается от плат, которые можно купить отдельно и тех, которые уже обозревались здесь на сайте.
Построена на микросхеме CM1051-DS (даташит на китайском) обеспечивающую кучу защит от переразряда и перезаряда, короткого замыкания, перегрева и пр. Но, к сожалению, без балансира. Кстати, или я не нашел терморезистора, или сэкономили на защите по перегреву.
С обратной стороны нет ничего интересного.
Так же стоят два мощных транзистора dhd90n03. Судя по даташиту ток 100А и напряжение 30В.
Вопрос к знатокам: для чего предназначен контакт помеченный как С+? У некоторых продавцов плат написано C+ Input+. Но чтобы это значило?
Решил проверить емкость одной сборки с помощью LiitoKala Lii-500. Оказалось, что емкость всего 2 Ач.
Т.е. получается, что каждый аккумулятор всего 1Ач.
Далее, я поставил аккумулятор под нагрузку чуть больше 2А, чтобы посмотреть сколько энергии он может отдать. 
Для зарядки аккумулятора используется разъем 5,5*2,1 мм.
В комплекте идет зарядка 21В 1,2А.
Заряжает она ну очень долго. Несмотря на то, что максимальный ток указан 1,2А, максимум что было во время зарядки это 0,6А.
После разряда батареи, попробовал зарядить ее другим способом. Мощного зарядного у меня нет, поэтому выставил 21В и ограничил 2А. Результат ниже.
Аккумулятор и зарядка не вызывают доверия.
Емкость аккумулятора едва доходит до 2 Ач, а зарядка будет заряжать ее часа четыре.
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
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:
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.
Преимущества бесщеточного инструмента на практике
Описанные выше теоретические преимущества на практике дают потрясающий результат. Шуруповерты с бесщеточными двигателями:
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.
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.
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.