Brushed DC Motors: Working Principle, Pros, Cons & Maintenance

Ano ang Nagsipilyo ng DC Motor

A brushed DC motor ay isang de-koryenteng motor na nagko-convert ng direktang kasalukuyang sa rotational motion gamit ang mechanical commutation system — isang set ng carbon o copper-graphite brush na gumagawa ng sliding contact sa isang umiikot na commutator upang maghatid ng kasalukuyang sa armature windings sa tamang pagkakasunod-sunod. Ito ang pinakaluma at mekanikal na pinakasimpleng anyo ng DC motor, at nananatiling malawak na ginagamit saanman ang mababang gastos at simpleng kontrol ay mahalaga kaysa sa pinakamataas na kahusayan o buhay ng serbisyo.

Ang tampok na pagtukoy na naghihiwalay dito sa isang brushless na motor ay ang sistemang ito ng brush-and-commutator: awtomatikong nangyayari ang kasalukuyang pagbaligtad sa pamamagitan ng pisikal na contact at mekanikal na paglipat, sa halip na sa pamamagitan ng isang panlabas na electronic controller.

Brushed DC Motor Prinsipyo sa Paggawa

Ang kasalukuyang daloy mula sa power supply sa pamamagitan ng mga brush papunta sa commutator, na nagruruta nito sa armature windings. Lumilikha ang kasalukuyang ito ng magnetic field sa paligid ng armature na nakikipag-ugnayan sa fixed field ng motor (mula sa mga permanenteng magnet o field windings) , na gumagawa ng metalikang kuwintas na umiikot sa baras. Habang umiikot ang armature, ang mga segment ng commutator ay umiikot sa mga nakatigil na brush, awtomatikong binabaligtad ang kasalukuyang direksyon sa bawat paikot-ikot sa tamang sandali upang mapanatili ang torque na kumikilos sa pare-parehong direksyon ng pag-ikot.

Ang mekanikal na switching na ito ang dahilan kung bakit nag-self-commutate ang mga brushed motor — walang external na electronics ang kailangan para matukoy kung kailan ire-reverse ang current, hindi tulad ng brushless motor, na nakadepende sa mga sensor at controller para gumanap ang parehong function sa elektronikong paraan.

Ipinaliwanag ang Brushed DC Motor Components

Para Saan Ginamit ang Mga Brushed DC Motors

• Mga produktong consumer na sensitibo sa gastos: mga power tool, laruan, maliliit na appliances, at libangan na electronics
• Mga accessory sa sasakyan: mga window lift, seat adjuster, wiper motor, at HVAC blower motor
• Simpleng pang-industriyang actuation: low-cycle pump, maliliit na conveyor drive, at basic positioning system
• Mga device na pinapagana ng baterya kung saan ang simpleng kontrol ng boltahe ng PWM ay sapat at ang gastos ay higit sa mga alalahanin sa kahusayan

Mga Bentahe ng Brushed DC Motors

• Simple, murang kontrol: ang bilis at metalikang kuwintas ay direktang inaayos sa inilapat na boltahe gamit ang pangunahing circuitry ng PWM
• Mas mababang paunang gastos: mas simpleng konstruksyon at hindi na kailangan ng electronic speed controller
• Mataas na panimulang torque: epektibo para sa mga application na nangangailangan ng malakas na metalikang kuwintas mula sa isang pagtigil
• Madaling i-troubleshoot at ayusin: Ang mga mechanical wear point ay diretsong suriin at palitan

Mga disadvantages ng Brushed DC Motors

• Magsuot ng brush: Ang pisikal na pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga brush at commutator ay nawawala sa paglipas ng panahon, na nangangailangan ng pana-panahong pagpapalit
• Mas mababang kahusayan: Ang friction at electrical arcing sa contact ng brush ay lumilikha ng mga pagkawala ng enerhiya na wala sa mga brushless na disenyo
• Ingay ng kuryente (EMI): Ang arcing sa contact ng brush-commutator ay nagdudulot ng electrical noise na maaaring makagambala sa mga sensitibong kalapit na electronics
• Pagbuo ng init: Ang friction at resistive losses sa mga brush ay bumubuo ng karagdagang init kumpara sa mga brushless na disenyo
• Mas maikli ang buhay ng serbisyo: Ang pagkasuot ng brush sa huli ay nililimitahan ang kabuuang buhay ng pagpapatakbo nang higit sa karamihan ng iba pang mga bahagi ng motor

Brushed DC Motor Lifespan at Pagpapanatili

Ang pagsusuot ng brush ay ang pangunahing salik na naglilimita sa buhay ng serbisyo ng brushed DC motor, at bumibilis ito sa mas mataas na kasalukuyang draw, mas mataas na bilis, at mas maalikabok o mas maruming mga operating environment. Ang karaniwang buhay ng brush ay mula sa ilang daan hanggang ilang libong oras depende sa duty cycle, load, at brush na materyal, na ang mga motor ay tumatakbo nang paputol-putol sa magaan na karga na mas matagal kaysa sa mga patuloy na tumatakbo sa ilalim ng mabigat na karga.

• Pana-panahong suriin ang mga brush para sa haba at kahit na pagsusuot; palitan bago sila maubos hanggang sa mawala ang presyon ng contact sa tagsibol
• Malinis na commutator surface buildup (carbon dust, oxidation) para mapanatili ang pare-parehong electrical contact
• Tingnan kung may commutator scoring o pitting, na nagpapabilis ng karagdagang pagkasira ng brush kapag nagsimula na ito
• Panatilihing walang alikabok at debris ang housing ng motor, dahil pinapataas ng airborne particle ang brush at commutator wear
• Iwasan ang matagal na overcurrent na operasyon, na nagpapataas ng arcing at nagpapabilis sa pagkasira ng brush at commutator

Paano Kontrolin ang isang Brushed DC Motor

Ang mga brushed DC motor ay pangunahing kinokontrol sa pamamagitan ng pagsasaayos ng boltahe , dahil ang bilis ay halos proporsyonal sa inilapat na boltahe at ang metalikang kuwintas ay halos proporsyonal sa kasalukuyang draw. Ang pinakakaraniwang paraan ng kontrol ay pulse-width modulation (PWM), kung saan mabilis na inililipat ng controller ang full supply voltage on at off, at tinutukoy ng ratio ng on-time sa off-time (duty cycle) ang epektibong average na boltahe na nakikita ng motor.

Ang kontrol sa direksyon ay pinangangasiwaan sa pamamagitan ng isang H-bridge circuit, na nagpapahintulot sa kasalukuyang dumaloy sa motor sa alinmang direksyon sa pamamagitan ng pagpapalit kung aling mga terminal ng supply ang kumokonekta sa kung aling mga terminal ng motor. Ang pagsasama-sama ng kontrol sa bilis ng PWM sa kontrol ng direksyon ng H-bridge ay nagbibigay ng ganap na bilis at kontrol ng direksyon mula sa simple, murang circuitry ng driver, na bahagi kung bakit nananatiling popular ang mga brushed na motor sa mga application na sensitibo sa gastos.

Paano Pahusayin ang Brushed DC Motor Efficiency

• Gumamit ng kalidad na materyal ng brush: ang mas mataas na antas ng carbon o copper-graphite na mga brush ay nagbabawas ng contact resistance at arcing losses
• Panatilihin ang wastong pag-igting sa tagsibol ng brush: masyadong maliit na pag-igting ay nagdaragdag ng arcing at contact resistance; sobrang nagpapabilis ng pagsusuot
• Panatilihing malinis at makinis ang commutator: ang buildup o pitting ay nagpapataas ng contact resistance at heat generation
• Iwasan ang pagtakbo sa ibaba ng rate ng boltahe para sa pinalawig na mga panahon: ang under-voltage na operasyon ay nagpapataas ng kasalukuyang draw para sa isang naibigay na metalikang kuwintas, na nagpapataas ng resistive na pagkalugi
• Sukatin nang tama ang motor para sa pagkarga: ang isang napakalaking motor na tumatakbo nang mas mababa sa na-rate na kapasidad nito ay nag-aaksaya ng kahusayan kumpara sa isang maayos na katugmang motor