Новое поколение электроинструмента. Идеи, проблемы, результаты

Новое поколение электроинструмента.

Идеи, проблемы, результаты.

Информация из первых рук.

Последнее десятилетие отмечено активным внедрением в станкостроение робототехнику и медицину вентильных (бесколлекторных) двигателей.

Есть ли этим решениям альтернативные возможности? Конечно, есть. Это асинхронные, синхронные реактивные и гистерезисные двигатели, коллекторные двигатели постоянного и переменного тока.

Начнем с простых и очень надежных асинхронных двигателей, имеющих классический статор с трехфазной (или двухфазной и даже однофазной) обмоткой и ротор, названый силу своей простоты и конструктивных особенностей «беличья клетка». Срок службы грамотно разработанного асинхронного двигателя ограничен лишь сроком службы подшипников. Хорошо, и даже очень хорошо. Но зачем же тогда столь активно развивать направление асинхронных двигателей с векторным управлением. Ответ в последнем слове – управление. Без этого самого управления, потребляемая асинхронным двигателем реактивная мощность, которая преобразуется в обмотке лишь в температуру, составляет 10% и более (особенно при малых нагрузках) от потребляемой из сети мощности, а скорость вращения асинхронного двигателя при наличии источника переменного напряжения с частотой 50 Гц не достигает и 3000 об/мин.

Допустима ли такая скорость в приводе ручного электроинструмента? Конечно нет, т. к. вес этого самого электроинструмента будет весьма значительным. Что касается реактивной мощности, то дело не в увеличении оплаты за потребляемую электроэнергию, а в повышенных значениях температуры обмотки. Нет, не обожжетесь, а установите эффективный вентилятор и обозначите в паспорте повторно-кратковременный режим работы (например, 6 мин. работа, 20 мин. перекур).

Векторное управление (а это дополнительный полупроводниковый блок) избавит от ограничений по скорости и снизит потребление реактивной мощности.

Теперь все хорошо? Да нет, не совсем. Вам хочется иметь трансформатор с разомкнутым сердечником? Вряд ли. А ведь «беличья клетка» асинхронного двигателя – это выходная обмотка трансформатора, связанная с входной обмоткой, расположенной на статоре, через зазор. Отличная асинхронная машина должна иметь зазор между статором и ротором доли миллиметра. Пусть конечно, но Вам придется за это заплатить высокой точностью изготовления и внедрения специальных технологических циклов обработки и сборки.

Уйдем от жестких требований к зазору и посмотрим коллекторные двигатели. Коллекторный двигатель машина уникальная. Её характерные особенности подчеркиваются высоким коэффициентом полезного действия, большой перегрузочной способностью, простотой управления, высоким пусковым моментом. Ограничения на скорость вращения накладывается лишь чисто механическими причинами. Но эти самые «механические причины» спрятаны не в подшипниках, а в щеточно-коллекторном узле. Подвижный электрический контакт щетка-коллектор подвержен быстрому износу. Хорошо известно, что в руках профессионала электроинструмент с приводом от коллекторного двигателя служит не более 2-х ¸ 3-х месяцев. Замена щеточно-коллекторного узла невозможна, замена всего ротора экономически себя не оправдывает.

Но вот высокий коэффициент полезного действия, который тем выше, чем выше мощность двигателя обусловлен наличием в коллекторной машине системы возбуждения, расположенной на статоре. Легко понять, что сила притяжения двух магнитов выше силы притяжения простой «железки» к магниту. А в коллекторной машине, в отличии от асинхронной, на статоре магнит (или электромагнит) и на роторе электромагнит, правда для постоянного создания однонаправленного момента ротор (он же якорь) достаточно хитрый. Наличие активного элемента как на статоре, так и на роторе позволяет при прочих равных условиях не ставить жестких ограничений на зазор между ними.

Хорошо, если коллекторный двигатель питается от источника постоянного тока. Тогда на статоре можно разместить постоянный магнит вместо электромагнита. Что в этом хорошего, а что плохого обсудим позже. Пока скажем лишь только то, что в электроинструменте обычно используется (по-другому сложно) коллекторные двигатели переменного тока, возбуждение которого можно осуществить лишь с помощью обмотки (электромагнитное возбуждение), включенной последовательно с обмоткой, установленной на роторе. И вот тут уж ничего не поделаешь – механическая характеристика будет мягкая, т. е. скорость вращения сильно изменится при изменении нагрузки. Хорошо это или плохо – судить профессионалу. На наш взгляд плохо, т. к. изменяются режимы резания, производительность и качество обработки.