Разница между щеточным и беcщеточным двигателями Статья

Сегодня при выборе электроинструмента в характеристиках часто указывают тип двигателя, который бывает щеточным или бесщеточным. Мы и сами, когда пишем статьи про электроинструменты или составляем рейтинги, отмечаем этот момент. Но еще не все знают, в чем разница между этими двумя типами двигателя и почему модели с бесщеточным стоят дороже. Чаще всего этим интересуются, когда выбирают шуруповерты или гайковерты, но такие двигатели ставят и в другие электроинструменты. В этой статье мы подробно разберемся, в чем разница между щеточным и бесщеточным двигателем, стоит ли переплачивать за последний и какие у них плюсы и минусы.

Устройство щеточного двигателя

Щеточный двигатель также называют коллекторным. Коллекторный электродвигатель сам по себе бывает разных типов, но мы вдаваться в такие подробности не будем, в любом случае, принцип работы и устройство у них отличаются не слишком сильно. А основные различия в способе возбуждения (создания магнитного потока), что в нашем случае особого значения не имеет (применимо к электроинструментам). Устройство достаточно простое:

• Якорь (ротор), который собственно вращается, преобразовывая электрическую энергию в механическую.

• Обмотка – медные провода, которыми обмотан якорь. По проводам проходит электричество, что создает магнитное поле, которое и заставляет ротор вращаться.

• Коммутатор позволяет изменять направления вращения (он осуществляет переключение между обмотками). Также его называют коллектор, отсюда и пошло название этого типа электрических двигателей.

Для передачи напряжения на обмотку используют щетки, отсюда и второе название двигателя. Щетки соприкасаются с коммутатором, обычно их две или четыре. Их производят из разных материалов, у каждого есть свои плюсы и минусы: графитовые, электрографитовые, угольно-графитовые (их называют просто «угольные»), медно-графитовые. Все они являются расходным материалом, то есть, изнашиваются. Возникает вопрос: почему не сделать щетки, которые не изнашиваются? Ответ простой. Если в электродвигателе щетки будут из материала, которые менее подвержен износу, то они будут стирать коллектор (коммутатор), что все равно приведет к поломке.

Но в том, что эти щетки изнашиваются, ничего страшного нет. Их можно легко заменить и сделать это самостоятельно. Более того, во многих моделях электроинструментов конструкция такова, что позволяет очень быстро заменить щетки. Главное лишь купить подходящие, с чем обычно не возникает никаких трудностей, а цена комплекта из двух штук редко превышает 200 рублей.

Все элементы установлены в статор, который является неподвижным, а в нем может быть как вторая катушка, так и магнит. Как видно, устройство и принцип работы щеточного двигателя предельно просты. А теперь перейдем к достоинствам и недостаткам.

Достоинства:

• Использование щеточного двигателя позволяет снизить как размер, так и вес электроинструмента.

• Простоту конструкции тоже можно отнести к плюсам. Да, щетки изнашиваются, но другие поломки встречаются редко.

• Цена таких двигателей гораздо ниже и это не только потому, что их используют в дешевых моделях. Бесщеточные двигатели встречаются также и в дорогих моделях, но в любом случае они будут дешевле щеточных аналогов.

Недостатки:

• Коэффициент полезного действия ниже, обычно около в пределах шестидесяти процентов. То есть, при одинаковом потреблении энергии, инструменты с бесщеточным двигателем обладают меньшей производительностью.

• При повышении оборотов трение на щетки увеличивается, а некоторые даже начинают искрить. Кстати, это подразумевает проверку отсутствия рядом легковоспламеняющихся материалов. Ну а работа на максимальных оборотах способствует быстрому износу инструментов.

• Пыль от стертых графитовых щеток может стать причиной засорения коллектора, что также приведет инструмент в негодность и его придется чистить, хотя это случается не очень часто.

• В мощных инструментах щеточные двигатели не используют, так как они не могут выдавать очень высокие обороты, это достаточно серьезное ограничение.

Устройство бесщеточного двигателя

Бесщеточный двигатель (также называется бесколлекторным) также имеет статор и ротор, однако не имеет коллектора и щеток. Вместо них используется датчик Холла, а также контролер. Принцип действия такого двигателя основан на электромагнитной индукции: электрическая энергия преобразовывается в механическую благодаря изменению полярности. Это упрощенное объяснение, при желании вы можете самостоятельно узнать устройство бесщеточного двигателя более подробно на специализированных сайтах. Но в целом, его устройство также достаточно простое.

Стоит отметить, что бесщеточные двигатели делятся на синхронные и асинхронные, впрочем, производители электроинструментов указывают это редко, найти информацию можно только в документации. Разница проста: в синхронном бесщеточном двигателе частота вращения магнитного поля такая же, как и частота вращения ротора. Один оборот делается за одно прохождение тока через катушку. В асинхронном ток проходит значительно быстрее, поэтому ротор вращается медленнее. А теперь поговорим про их плюсы и минусы.

Преимущества:

• В контексте сравнения с щеточными можно сразу сказать, что у бесщеточных электродвигателей нет множества проблем, которые присущи другому типу. В частности нет искрения и трения, нет загрязнения из-за разрушения щеток.

• Могут работать на куда более высоких оборотах, кроме того, разгоняются значительно быстрее. Это актуально в том случае, если предстоят большие объемы работы: экономит время.

• Коэффициент полезного действия значительно выше и может достигать 90%. А это экономит и энергию.

• Существует возможность регулировать обороты и крутящий момент, при чем в достаточно широком диапазоне. Впрочем, хотя такая возможность и существует, но производители добавляют ее далеко не во все электроинструменты.

• К плюсам можно отнести надежную конструкцию.

• Разрядные токи несколько меньше, что продлевает работу аккумулятора. Это не слишком значительно, но все равно это можно записать в плюсы.

Недостатки:

• Инструменты с бесщеточным двигателем будут тяжелее и имеют большие габариты. Впрочем, бывают исключения, особенно если сравнивать модели из разных ценовых категорий.

• Стоимость таких инструментов гораздо выше, если сравнивать модели с одинаковыми характеристиками и от одного производителя.

• Хотя конструкция и надежна, но поломки могут быть и тут. Бесщеточные двигатели починить гораздо сложнее, хотя это и зависит от того, что именно вышло из строя.

Таким образом получается, что для рядового потребителя основным фактором будет цена. Если есть готовность заплатить за более высокую надежность, то выбор стоит делать в пользу бесщеточных двигателей. Кроме того, такой выбор придется сделать и в том случае, если для работы требуются высокие обороты. Ну а для бытовых целей можно купить инструмент с щеточным двигателем. Замена щеток не является сложной задачей, про их стоимость мы уже писали, а использование в быту не подразумевает частой работы, поэтому щетки придется менять достаточно редко.

Вообще, не стоит думать, что щетки изнашиваются очень быстро. Такой стереотип есть, но он ошибочный. Конечно, все зависит от материала, из которого их сделали, но например в отзывах на шуруповерты нередко можно найти информацию, что замена потребовалась после закрутки нескольких сотен тысяч шуруповертов. То есть, если вы покупаете инструмент для постройки дома, то щеток для этого хватит совершенно точно.