Connaissance du principe de fonctionnement des moteurs à balais et des moteurs sans balais

Principe de fonctionnement du moteur à balais

La structure principale demoteur sans balaisLe stator, le rotor et les balais sont les éléments qui produisent le couple en générant de l'énergie cinétique grâce à la rotation du champ magnétique. Les balais sont constamment en contact avec le collecteur pour conduire l'électricité et inverser la phase de rotation.

Le moteur à balais utilise une commutation mécanique : le pôle magnétique reste fixe, seule la bobine tourne. Lorsque le moteur fonctionne, la bobine et le collecteur tournent, tandis que les balais en acier et en carbone restent immobiles. L'alternance du sens du courant dans la bobine est obtenue grâce à la rotation du collecteur et des balais avec le moteur.

Dans un moteur à balais, ce procédé consiste à regrouper les deux extrémités d'entrée d'alimentation de la bobine, disposées tour à tour en anneau, séparées par des matériaux isolants, formant ainsi une sorte de cylindre, qui devient un tout organique avec l'arbre du moteur. L'alimentation électrique passe par deux petits piliers en carbone (balais en carbone). Sous l'action de la pression d'un ressort, à partir de deux positions fixes spécifiques, la pression exercée sur l'entrée d'alimentation transforme les deux points de la bobine cylindrique circulaire en un ensemble d'électrodes.

Comme lemoteurLorsqu'un moteur tourne, différentes bobines ou différents pôles d'une même bobine sont alimentés à des moments différents, créant ainsi un angle approprié entre le pôle négatif de la bobine générant le champ magnétique et le pôle négatif de l'aimant permanent du stator le plus proche. Les champs magnétiques s'attirent et se repoussent, générant une force qui entraîne la rotation du moteur. L'électrode de carbone glisse sur la tête du fil comme une brosse sur la surface d'un objet, d'où son nom de « brosse ».

Le frottement entre les balais provoque une usure prématurée, nécessitant leur remplacement régulier. L'alternance de contact entre le balai de carbone et la tête de bobine peut engendrer des étincelles électriques, des coupures électromagnétiques et perturber les équipements électroniques.

Principe de fonctionnement d'un moteur sans balais

Dans un moteur sans balais, la commutation est effectuée par le circuit de commande du contrôleur (généralement capteur à effet Hall + contrôleur, et une technologie plus avancée est l'encodeur magnétique).

Le moteur sans balais utilise un commutateur électronique ; la bobine reste immobile, seul le pôle magnétique tourne. Ce moteur utilise un ensemble de composants électroniques pour détecter la position du pôle magnétique de l'aimant permanent grâce à un capteur à effet Hall SS2712. En fonction de cette détection, un circuit électronique inverse le sens du courant dans la bobine au moment opportun afin de générer la force magnétique adéquate pour entraîner le moteur. Ce système élimine les inconvénients des moteurs à balais.

Ces circuits sont appelés contrôleurs de moteur. Le contrôleur du moteur sans balais peut également réaliser certaines fonctions que le moteur sans balais ne peut pas réaliser lui-même, telles que le réglage de l'angle de commutation de puissance, le freinage du moteur, l'inversion du sens de rotation du moteur, le verrouillage du moteur et l'arrêt de l'alimentation électrique du moteur par le signal de freinage. Désormais, le verrouillage électronique de l'alarme des voitures électriques exploite pleinement ces fonctions.

Le moteur CC sans balais est un produit mécatronique typique, composé du corps du moteur et du contrôleur. Fonctionnant en mode de contrôle automatique, il ne nécessite pas d'enroulement de démarrage, contrairement au moteur synchrone à fréquence variable et à démarrage par forte charge, et ne provoque ni oscillations ni à-coups lors des variations de charge.

La différence du mode de régulation de vitesse entre un moteur à balais et un moteur sans balais

En fait, la commande des deux types de moteurs est une régulation de tension, mais comme le moteur à courant continu sans balais utilise un collecteur électronique, elle peut être réalisée par une commande numérique, et que le moteur à courant continu sans balais utilise un collecteur à balais en carbone, et peut être contrôlé par un circuit analogique traditionnel à silicium, relativement simple.

1. Le processus de régulation de vitesse d'un moteur à balais consiste à ajuster la tension d'alimentation du moteur. Après ajustement, la tension et le courant sont convertis par le collecteur et les balais pour modifier l'intensité du champ magnétique généré par l'électrode et ainsi faire varier la vitesse. Ce processus est appelé régulation de pression.

2. Le processus de régulation de vitesse d'un moteur sans balais consiste à maintenir la tension d'alimentation du moteur constante, à modifier le signal de commande du réglage électrique et à faire varier la fréquence de commutation du transistor MOS haute puissance par le microprocesseur afin de réaliser le changement de vitesse. Ce processus est appelé conversion de fréquence.

Différence de performance

1. Le moteur à balais possède une structure simple, une longue période de développement et une technologie éprouvée.

Au XIXe siècle, à l'aube du moteur, le moteur le plus répandu était le moteur asynchrone à cage d'écureuil sans balais, qui connut une large diffusion après l'avènement du courant alternatif. Cependant, ce type de moteur présentait de nombreux défauts majeurs, freinant ainsi le développement de la technologie des moteurs. En particulier, le moteur à courant continu sans balais ne put être commercialisé. Grâce au développement rapide de l'électronique, son intégration dans le marché s'est faite progressivement jusqu'à récemment. Il appartient néanmoins toujours à la catégorie des moteurs à courant alternatif.

Le moteur sans balais est une invention récente. Grâce à son mécanisme simple, sa facilité de production et de fabrication, sa facilité d'entretien et de contrôle, et sa capacité à fournir un couple nominal de l'arrêt à la vitesse nominale, le moteur sans balais a connu un succès immédiat.

2. Le moteur CC sans balais offre une vitesse de réponse rapide et un couple de démarrage élevé.

Le moteur CC sans balais offre une réponse au démarrage rapide, un couple de démarrage élevé, une variation de vitesse stable, et ne génère pratiquement aucune vibration de zéro à la vitesse maximale. Il peut entraîner une charge plus importante au démarrage. Cependant, sa résistance au démarrage (réactance inductive) est élevée, ce qui entraîne un faible facteur de puissance, un couple de démarrage relativement faible, un bourdonnement accompagné de fortes vibrations et une faible capacité de charge au démarrage.

3. Le moteur CC sans balais fonctionne en douceur et offre un bon freinage.

Le moteur sans balais est régulé par un régulateur de tension, ce qui assure un démarrage et un freinage stables, ainsi qu'un fonctionnement à vitesse constante. Généralement, il est contrôlé par un convertisseur de fréquence numérique, qui convertit d'abord le courant alternatif en courant continu, puis le courant continu en courant alternatif, et contrôle la vitesse par variation de fréquence. Par conséquent, le moteur sans balais ne fonctionne pas de manière fluide au démarrage et au freinage, avec d'importantes vibrations, et n'est stable qu'à vitesse constante.

4. La précision de contrôle du moteur à balais CC est élevée.

Le moteur CC sans balais est généralement utilisé avec un réducteur et un décodeur pour augmenter sa puissance et améliorer la précision de sa commande, qui peut atteindre 0,01 mm. Il est ainsi possible d'arrêter les pièces mobiles à l'endroit précis souhaité. Toutes les machines-outils de précision fonctionnent avec des moteurs CC de haute précision. Cependant, comme le moteur sans balais est instable au démarrage et au freinage, les pièces mobiles s'arrêtent à des positions différentes à chaque fois. Seuls des ergots ou des butées de positionnement permettent d'obtenir un arrêt précis à la position désirée.

5. Le coût d'utilisation du moteur à courant continu à balais est faible et son entretien est facile.

Grâce à sa structure simple, son faible coût de production, le moteur CC sans balais est largement utilisé dans des secteurs tels que les usines, les machines-outils, les instruments de précision, etc. En cas de panne, il suffit de remplacer les balais de charbon, dont le prix est très bas. La technologie des moteurs sans balais, quant à elle, est moins mature, leur prix est plus élevé et leur champ d'application est limité. Ils sont principalement destinés aux équipements à vitesse constante, comme les climatiseurs à fréquence variable, les réfrigérateurs, etc. Dans ce cas, seul le remplacement du moteur sans balais est possible.

6, sans brosse, faible interférence

Les moteurs sans balais suppriment les balais ; le changement le plus direct est l’absence d’étincelles de fonctionnement du moteur à balais, réduisant ainsi considérablement les interférences électriques avec les équipements radio distants.

7. Faible niveau sonore et fonctionnement fluide

Sans balais, le moteur sans balais génère beaucoup moins de friction pendant son fonctionnement, un fonctionnement plus fluide et un niveau sonore bien plus faible, ce qui contribue grandement à la stabilité du fonctionnement du modèle.

8. Longue durée de vie et faibles coûts d'entretien

Les moteurs sans balais présentent une usure principalement due aux roulements ; d'un point de vue mécanique, ils ne nécessitent pratiquement aucun entretien, si nécessaire, se limitant à un simple dépoussiérage.

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