Шлифмашинки: щеточный или бесщеточный двигатель? Что выбрать?

Шлифмашинки: щеточный или бесщеточный двигатель? Что выбрать?

В современных условиях, когда выбор электроинструмента огромен, что выбирать и что на самом деле важно, а на чем можно и сэкономить? В чем разница между бытовыми приборами и профессиональными?

Для начала разберёмся в особенностях и типах двигателей. Используемые в электроинструменте двигатели делятся на две большие категории – бесщеточные и щеточные. Эта категория базовая и формирует ее ключевые особенности инструмента. Поэтому о принципах работы и сильных и слабых сторонах таких двигателей мы сейчас и расскажем подробнее.

Щеточный двигатель: устройство и принцип работы

Щеточный или коллекторный двигатель, крайне популярен в современном электроинструменте, так как имеет достаточно простую конструкцию и состоит из нескольких ключевых элементов.

• Ротор или так называемый якорь. Это вращающаяся часть двигателя, которая превращает электрическую энергию в механическую.
• Статор. Конечно, ротор не вращается по мановению волшебной палочки. Для приведения его в движение используется постоянное магнитное поле. А за последнее как раз и отвечает статор. Причем его конструкция может отличаться. В ней могут присутствовать как магниты, так и обмотка возбуждения.
• Коллектор. Его основная задача – изменение направления движения ротора. Именно в честь него коллекторный двигатель и получил свое название. И этот же элемент считается одним из самых уязвимых мест щеточных моторов. Все из-за его постоянного контакта с щетками и, как следствие, относительно быстрого износа и необходимости регулярного обслуживания.
• Щетки. Они соприкасаются с вращающимися пластинами коллектора, передавая на них энергию. Для снижения износа пластин щетки изготавливаются из более мягкого материала. Чаще всего это графит или материалы с его добавками. Собственно, в том числе и из-за этого сами щетки считаются расходником. Они быстро изнашиваются и требуют замены.

В принципе работы щеточного двигателя нет ничего сложного. После подачи тока на щетки он передается на коллектор и обмотку ротора. Возникшее магнитное поле взаимодействует с постоянными магнитами статора. Из-за этого ротор начинает вращаться. Причем скорость его вращения и крутящий момент зависят от силы тока.

Преимущества щеточных двигателей

• Простая конструкция упрощает ремонт и снижает цену двигателя. Вместе с этим уменьшается и цена использующего его инструмента, во многом популярность данного типа электродвигателей объясняется именно его доступностью.
• Отсутствие электронных компонентов. Щеточные двигатели можно использовать практически в любых условиях эксплуатации.

Недостатки щеточных двигателей

• Трение щеток о пластины коллектора вызывает нагрев, на который уходит часть потребляемой двигателем энергии. Поэтому щеточные моторы отличаются достаточно низким КПД, редко превышающим 60-70%.
• Более высокое энергопотребление. Из-за низкого КПД шлифмашинки с щеточным двигателем всегда потребляют больше энергии, чем их бесщеточные аналоги. Конечно, это касается моделей с одинаковой мощностью.
• Необходимость обслуживания. Быстрый износ щеток требует их регулярной замены. И хотя стоимость этой процедуры невелика, она требует время. Это не так критично при бытовом использовании шлифмашинки, но очень неприятно, когда речь заходит о профессиональной работе с ней.
• Графитовая пыль от щеток может засорять коллектор. Это также потребует дополнительного обслуживания инструмента.
• При трении щеток о пластины коллектора часто возникает искра. Это делает невозможным использование шлифмашинки в пожароопасных средах.

• Щеточные двигатели способны выдавать сильно ограниченное число оборотов. Что критично для профессионального электроинструмента.
• Ну и, пожалуй, его главный недостаток — это габариты и вес и он часто перевешивает все плюсы. Для аппарата высокой мощности потребуется электродвигатель более крупный по сравнению с его бесщеточным собратом, а следовательно это скажется и на размерах самого электроинструмента. Иногда, при одинаковой мощности щеточная шлифмашика, весит, почти в 2 раза больше. Поэтому они в последнее время редко используются в профессиональных инструментах.

Как работает бесщеточный двигатель

Принципиальным отличием бесщеточного двигателя от щеточного считается отсутствие щеток и коллектора. Их заменяют датчик Холла и контроллер. Последний создает нужные скорость и момент. Первый – фиксирует угловое положение ротора.

Как и в случае с щеточными двигателями, здесь также имеется ротор. В нем установлен постоянный магнит. А необходимый импульс вращательного движения возникает при подаче напряжения на обмотку статора. Вместе с поворотом ротора меняется вектор создаваемого им магнитного поля. Это фиксирует датчик Холла, подающий сигнал о ее изменении. После этого меняется и магнитное поле статора, а ротор продолжает свое движение.

Конечно, это лишь упрощенное описание принципа работы бесщеточного двигателя. На самом деле все сложнее, а сами двигатели бывают синхронными и асинхронными. В первом случае электромагнитное поле вращается с той же скоростью, что и ротор. Во втором – быстрее. Поэтому у асинхронных моторов ротор вращается медленнее, чем у синхронных.

Достоинства бесщеточных двигателей

• Бесщеточные двигатели могут похвастаться высоким КПД, который порой достигает 90%. За счет большего КПД двигатель меньше, а сам устройство легче и компактнее. С ним банально удобнее работать. 
• Отсутствие щеток сводит необходимость обслуживания инструмента к минимуму. Одновременно с этим повышается и его надежность, что особенно важно у профессиональных моделей шлифовальных машинок.
• Отсутствие искры при контакте щеток и коллектора дает возможность использовать инструмент там, где разрешено 220 В. Это делает их более универсальными, позволяя особо не задумываться о выборе отдельных шлифмашинок для разных условий работы.
• Бесщеточные двигатели могут работать на высоких оборотах. Причем число оборотов и крутящий момент регулируются в достаточно широком диапазоне. Поэтому для достижения эффективности здесь не нужно жертвовать габаритами и весом, сохраняя прибор компактным. В качестве примера, можно привести шлифовальную машинку Schtaer SCH-03-150 которая, несмотря на компактные размеры, является инструментом профессиональным.

Недостатки бесщеточных двигателей

• Главным недостатком бесщеточных двигателей считается их цена. Она заметно выше, чем у щеточных моделей, впрочем, цена на проф инструмент, всегда выше по сравнению с бытовыми аналогами.
• Сложная конструкция бесщеточных моторов увеличивает стоимость их ремонта. Правда, и сам ремонт обычно требуется куда реже, чем в случае с менее надежными щеточными моделями шлифмашинок.

Бесщеточный или щеточный: эксплуатация, что выбрать?

Конечно, при выборе подходящего инструмента решающее значение имеет тип его двигателя. Ведь именно от него напрямую зависят особенности техники. Ярким примером здесь можно назвать шлифовальную машинку Schtaer SCH-03-150-5.0. Профессиональный электроинструмент использует бесщеточный двигатель, и в нем все преимущества такого решения проявляются в полной мере.

• Низкая вибрация. Устройства на бесщеточных двигателях обладают меньшей вибрацией,  что возможно не так критично, если вы используете шлифмашинку 1-2 раза в год по 15 минут, но при постоянном использовании, ваши суставы безусловно скажут вам спасибо, за выбор в пользу бесщеточного двигателя.

• Меньшие вес и габариты позволили реализовать устройство в более компактном форм-факторе наделив его, удобной рукояткой с улучшенным хватом, повышающим удобство и качество шлифования, что особенно сказывается на вашей утомляемости при обработке неровных поверхностей и углов.

• Надежность. Конечно, дело не только в компактных размерах, при покупке более дорого устройства куда важнее, его надежность. А именно ей, в том числе, и славятся бесщеточные двигатели.

• Высокий КПД бесщеточного двигателя. Именно благодаря подобному мотору шлифмашинка может развивать скорость до 10000 об./мин. При этом ее регулируемый диапазон достигает 4000-10000 оборотов в минуту, а в самом устройстве предусмотрено семь скоростей вращения.

• Долговечность. Как мы и сказали выше, такие модели не требуют регулярного обслуживания. И там, где щеточная шлифмашинка уже потребовала бы замены щеток, бесщеточная модель продолжит работать, как ни в чем не бывало. Более того, отсутствие щеток и коллектора исключает появление искры. Это дает возможность использовать устройство везде, где разрешены 220В.

Подводя итоги, хочется отметить, что, по сути, у щеточных шлифовальных машинок есть только два заметных преимущества. Это их меньшая цена и невысокая стоимость ремонта. Вот только все это сводится на нет куда большей надежностью бесщеточных устройств. Они служат намного дольше и не требуют дополнительных затрат на обслуживание.

Не стоит забывать и о другом важном преимуществе таких машинок – их высоком КПД. Они всегда превосходят инструмент с щеточным двигателем по энергоэффективности. Другими словами, выдают большую мощность при схожем энергопотреблении и меньших габаритах. При сопоставлении размеров шлиф машинки от известного производителя и Schtaer SCH-03-125-2.5 это выглядит особенно наглядно.

Если вам машинка нужна от случая к случаю и не более чем на пару часов, то вопросы эргономики, стоят не так остро и можно потерпеть ради экономии, если же шлифовка — это часть профессии или же просто цените удобство профессионального инструмента, который прослужит долго и без проблем, выбор в пользу бесщеточного. По сути, бесщеточный двигатель стал одним из ключевых признаков профессиональных шлифовальных машинок. Что до щеточных моделей, то они больше подходят для бытового применения. Правда, и в этом случае есть масса оговорок и ограничений в работе.