Einleitung: Gleichstrommotoren sind in unserem täglichen Leben weit verbreitet, von kleinen Haushaltsgeräten bis hin zu großen industriellen Automobilgeräten. Es gibt eine große Anzahl von Gleichstrommotoren. Gleichstrommotoren werden im Allgemeinen in zwei Kategorien unterteilt: Gleichstrommotoren mit Wicklungsmagnetfeld und Gleichstrommotoren mit Permanentmagnetfeld.
Bürstenbehaftete Gleichstrommotoren und bürstenlose Gleichstrommotoren
Da es sich um die beiden häufig genannten Motortypen handelt, besteht der größte Unterschied zwischen den beiden in der Bürste. Der bürstenbehaftete Gleichstrommotor nutzt als Stator eine permanente Magnetkraft, die Spule ist auf den Rotor gewickelt und die Energie wird durch die mechanische Wirkung der Kohlebürste und der Kommutatormaschine übertragen. Aus diesem Grund wird er als bürstenbehafteter Gleichstrommotor bezeichnet, während es beim bürstenlosen Gleichstrommotor keine mechanische Komponente wie einen Kommutator zwischen Rotor und Stator gibt.
Der Rückgang der bürstenbehafteten Gleichstrommotoren ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass leistungsstarke Leistungsgeräte wie der Schalter des Motors praktischer, wirtschaftlicher und zuverlässiger im Steuermodus sind und die Vorteile der bürstenbehafteten Motoren ersetzen. Zweitens weisen bürstenlose Gleichstrommotoren keinen Bürstenverschleiß auf und bieten weitere Vorteile hinsichtlich elektrischer und mechanischer Geräusche, Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und Lebensdauer.
Für kostengünstige Anwendungen sind Bürstenmotoren jedoch immer noch eine zuverlässige Wahl. Mit dem richtigen Controller und Schalter lässt sich eine gute Leistung erzielen. Da fast keine elektronischen Steuergeräte erforderlich sind, ist die gesamte Motorsteuerung recht kostengünstig. Darüber hinaus kann dadurch Platz für Verkabelung und Anschlüsse eingespart und die Kosten für Kabel und Anschlüsse gesenkt werden, was bei Anwendungen, die keine Energieeffizienz erfordern, sehr kostengünstig ist.
Gleichstrommotoren und -antriebe
Motoren und Antriebe sind untrennbar miteinander verbunden, insbesondere in den letzten Jahren haben Marktveränderungen höhere Anforderungen an Motorantriebe gestellt. Zunächst einmal werden hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit gestellt. Es sind verschiedene Schutzfunktionen erforderlich, und eine integrierte Strombegrenzung ist erforderlich, um den Motorstrom zu steuern, wenn der Motor startet, stoppt oder blockiert. Dies sind alles Verbesserungen der Zuverlässigkeit.
Hocheffiziente Antriebssteuerungsalgorithmen wie die digitale Steuerungstechnologie für die Motorrotation, die durch Geschwindigkeits- und Phasensteuerung erreicht wird, und die von Aktoren benötigte hochpräzise Positionierungssteuerungstechnologie sind für die Entwicklung leistungsstarker Motoranwendungssysteme unverzichtbar. Dies erfordert effiziente Antriebssteuerungsalgorithmen, die von Entwicklern einfach verwendet werden können. Und mittlerweile werden viele Hersteller den Algorithmus direkt in die Hardware integrieren und auf den Treiber-IC anwenden, was für Entwickler bequemer zu verwenden ist. Das komfortable Antriebsdesign erfreut sich mittlerweile größerer Beliebtheit.
Stabilität erfordert auch die Unterstützung der Fahrtechnik. Die Optimierung der Antriebswellenform hat einen großen Einfluss auf die Reduzierung von Motorgeräuschen und Vibrationen. Eine für verschiedene Motormagnetkreise geeignete Erregungsantriebstechnologie kann die Stabilität von Motoren beim Betrieb erheblich verringern. Darüber hinaus ist es das kontinuierliche Streben nach geringerem Stromverbrauch und höherer Effizienz.
Die Rolle des Halbbrückenantriebs, einer typischen Antriebsmethode für Gleichstrommotoren, besteht darin, über Leistungsröhren Wechselstrom-Triggersignale zu erzeugen und so große Ströme zum weiteren Antrieb des Motors zu erzeugen. Im Vergleich zu Vollbrücken-Antriebsschaltungen sind Halbbrücken-Antriebsschaltungen relativ kostengünstig und einfacher zu bilden. Halbbrückenschaltungen sind anfällig für eine Verschlechterung der Wellenform und Störungen zwischen Schwingungsumwandlungen. Vollbrückenschaltungen sind teurer und komplexer und verursachen nicht so leicht Leckagen.
Der beliebte PWM-Antrieb ist bereits eine weit verbreitete Antriebslösung für Gleichstrommotoren. Einer der Gründe dafür ist, dass es den Stromverbrauch der Antriebsstromversorgung reduzieren kann und immer häufiger eingesetzt wird. Viele Motor-PWM-Lösungen haben mittlerweile ein hohes Niveau bei der Verbesserung des breiten Arbeitszyklus, der Frequenzabdeckung und der Reduzierung des Stromverbrauchs erreicht.
Wenn Bürstenmotoren per PWM angetrieben werden, erhöht sich der Schaltverlust mit zunehmender PWM-Frequenz. Bei der Reduzierung der Stromwelligkeit durch Erhöhung der Frequenz ist ein Gleichgewicht zwischen Frequenz und Effizienz erforderlich. Der sinuswellenerregte PWM-Antrieb des bürstenlosen Motors ist auch hinsichtlich der Effizienz eine hervorragende Lösung, wenn auch komplizierter.
Zusammenfassung
Da sich die funktionalen Anforderungen des Terminalmarktes ändern, steigen auch die Anforderungen an die Leistung und Energieeffizienz von Gleichstrommotoren. Ob ein bürstenbehafteter Gleichstrommotor oder ein bürstenloser Gleichstrommotor verwendet wird, es ist notwendig, die geeignete Antriebstechnologie entsprechend den Anforderungen der Szene auszuwählen, um einen zuverlässigeren, stabileren und effizienteren Motorbetrieb zu erreichen.
