Вступление. Коллекторные двигатели    Компьютерный вентилятор представляет собой несложную конструкцию, обычно состоящую из бесколлекторного электродвигателя постоянного тока и лопастей крыльчатки, которые приводятся в движение для перемещения воздушных масс. Это устройство давно стало стандартным компонентом в системах охлаждения современных компьютеров, однако для производства вентиляторов до сих пор применяются различные технологии и принципы. В этом материале мы попробуем разобраться с одним из наиболее часто возникающих вопросов по этим, казалось бы, банальным комплектующим: типу и характеристикам подшипников.    Возможно, вы могли видеть, как на упаковках кулеров производители указывают слово бесколлекторный (brushless) применительно к типу используемого вентилятора. Но какой же смысл несет данное обозначение? Чтобы понять это, следует сначала разобраться, как работает коллекторный (brushed) электромотор.    В простейшем случае, так называемый коллекторный электродвигатель постоянного тока (словосочетание “постоянный ток” повторяется нами вновь, так как именно DC, Direct Current, служит источником питания для компьютерных вентиляторов) является неким металлическим цилиндром, вокруг которого закручена медная проволока. Более корректным языком следует называть эту пару ротором с обмоткой. На цилиндре закреплен вал, и в совокупности это соединение подвижно. Таким образом, при движении цилиндра, вращение передается на вал, который, в свою очередь, уже может быть соединен со следующими движимыми компонентами системы. В частности, именно на валу закреплена крыльчатка интересующих нас кулеров.    При подаче энергии на обмотку прежде нейтрального цилиндра, он превращается в электромагнит, генерирующий магнитное поле между двумя полюсами (называемыми северным и южным). Кроме того, вокруг мотора дополнительно помещаются два магнита с противоположной полярностью (поляризующих магнита, статора). В то время, когда генерируемое рабочим электромагнитом магнитное поле оказывается противоположным создаваемому статичными магнитами, мотор приходит в движение; действует пара сил Ампера (ведь одноименные магнитные полюса отталкиваются друг от друга, а разноименные — притягиваются). Мы отобразили данный начальный этап на первом рисунке.    Однако при описанной выше конфигурации после поворота на 180 градусов, цилиндр вместе с валом вновь придут в состояние покоя, прекратив движение; система окажется в равновесии. Рисунок 1: Так работает коллекторный электромотор    Получается, что для дальнейшего вращения мотора, требуется инвертировать полярность рабочего электромагнита. При этом обратится формируемое мотором магнитное поле, и цикл с поворотом на 180 градусов до остановки (как на первом шаге) повторится.    Таким образом, для того, чтобы заставить мотор постоянно вращаться, необходим механизм, который бы автоматически изменял полярность ротора. Самый простой и дешевый вариант решения этой задачи — щёточно-коллекторный узел. Такие узлы бывают технически сложными, но для простого примера достаточно рассмотреть такой мотор, у которого движимая часть соединяется с недвижимым источником подачи тока через пару щёток. Они находятся на концах обмотки ротора и соприкасаются с контактами коллектора каждый раз при повороте на половину оборота, тем самым инвертируя полярность. Стоит отметить, что щётки получили свое название из-за первых, не слишком долговечных и надежных реализаций идеи скользящих контактов. Описанные в данном абзаце этапы работы мотора показаны на следующем изображении: Рисунок 2: щёточно-коллекторный узел    Естественно, приведенное описание сильно упрощено; существуют намного более сложные двигатели, однако сам принцип коллекторных моторов и в них остается неизменным. К сожалению, работающие таким образом электродвигатели не слишком подходят для персональных компьютеров: их срок службы оставляет желать лучшего, как и надежность при вращении на больших скоростях, не говоря уже о высоком уровне шума и возможном возникновении искры при контакте щёток с коллектором. Такие двигатели нередки в профессиональных электрических инструментах, где щётки часто являются расходным материалом.

Источник: www.hardwaresecrets.com

подписаться   |   обсудить в ВК   |   

1   2   3 следующая >>