AC Brushless motor v malých uhlových brúskach

Predstavenie produktu

Príbeh s poštovým dostavníkom

Kedysi dávno neboli autá ani asfaltové cesty. Už v 16. storočí sa začala zavádzať dostavníková preprava. Najväčší rozmach zaznamenala v 18. a v prvej polovici 19. storočia. Budovali sa aj železnice, ale ich sieť ešte nebola rozvinutá. Poštový úrad využil túto „trhovú medzeru“ a prepravoval nielen poštu, ale aj ľudí. Či veríte alebo nie, už vtedy sa v mene skvalitnenia služieb robil prieskum medzi zákazníkmi. Cestujúci chceli rýchlejšie kone, viac miesta pre nohy, pohodlnejšie sedadlá, kúrenie v zime, nižšie ceny a pod.

Avšak koncom 19. storočia Henry Ford začal sériovo vyrábať prvé automobily. Známy bol svojou tvrdohlavosťou: „Keby som sa riadil želaniami zákazníkov, nikdy by som nevyrábal autá, ale choval by som rýchlejšie kone“.

Obr. 1. Poštový dostavník

Tri generácie vychované na sieťových brúskach s uhlíkovými kefami

Obr. 2. Uhlíkové kefy

Uhlíky, uhlíky, uhlíky. Pre domáceho kutila zriedkavý, ale pre profesionála pri každodennej práci s elektrickým ručným náradím častý problém. Uhlíky (uhlíkové kefy) sú neoddeliteľnou súčasťou komutátorových motorov. Používajú sa dodnes v elektrických ručných náradiach napájaných striedavým prúdom a boli aj pri začiatkoch akumulátorových náradí napájaných jednosmerným prúdom. Tu sú však už bežne nahrádzané motormi BLDC.

Problém s uhlíkovými kefami, na ktorý sme si počas uplynulých desaťročí prirodzene zvykli, sa týka nielen uhlových brúsok, ale akéhokoľvek elektrického náradia s komutátorovým motorom. Aby sme sa nerozumeli zle – nebojujeme proti komutátorovým motorom. Treba priznať, že sa postupným zdokonaľovaním dopracovali k vysokým úžitkovým hodnotám a určite budú mať ešte dlho uplatnenie v (niektorých) elektrických náradiach napájaných striedavým prúdom z elektrickej zásuvky.

Napríklad požiadavky na hmotnosť a rozmery búracích kladív nie sú kritické – práve naopak, pri mnohých aplikáciách je vyššia hmotnosť vítaná. Predpoklad, že v takýchto prípadoch sa ešte dlho budú používať komutátorové motory, je na mieste. Ale malá 125mm uhlová brúska – to je iná káva.

Aj keď sa okolo nás zákony nie vždy dodržujú, Faradayov zákon elektromagnetickej indukcie a Lenzov zákon o indukovanom prúde platia vždy a všade. Niektoré z požiadaviek na uhlové brúsky – napríklad vysoký výkon a spoľahlivosť na jednej strane a zároveň nízka hmotnosť a malé rozmery na strane druhej sa preto navzájom vylučujú. S komutátorovým motorom ich napriek snahe všetkých výrobcov nie je možné uspokojivo skĺbiť.

Takýchto protikladov je v živote veľmi veľa – musíme sa rozhodnúť, čoho sa vzdáme – aby sme na druhej strane získali.

Achillova päta komutátorových motorov

Nutnou podmienkou pre bezchybnú činnosť komutátorového stroja je precízny proces komutácie - zmeny smeru prúdu komutujúcej cievky. Táto zmena prebieha na klznom kontakte medzi uhlíkovou kefou a komutátorom.

Uhlíková kefa a klzný kontakt – to je tá Achillova päta. Aj keď je naša osvedčená brúska WX-12501 veľmi spoľahlivá, vyžaduje pravidelnú údržbu a včasnú výmenu uhlíkových kief. Odborná literatúra informuje, že problém klzného kontaktu je v komutátorových motoroch vyriešený. Pravda je však taká, že iba za určitých podmienok, splniteľných predovšetkým u veľkých strojov.

Obr. 3. Komutátor (1), klzný kontakt (2) a uhlíková kefa (3) v komutátorovom motore uhlovej brúsky WX-12501

U malých strojov pracujúcich v rôznych režimoch, obzvlášť pri požiadavke dostatočnej životnosti, kam elektrické náradie a najmä uhlové brúsky bezpochyby patria, je klzný kontakt stále problémom. Podmienka bezúdržbovej prevádzky – alebo aspoň prevádzky s minimálnou údržbou – je prakticky nesplniteľná.

Nový uhol pohľadu na sieťové (AC) uhlové brúsky

BLDC motory (Brush Less Direct Current) sú bezkefové jednosmerné motory. V akumulátorových brúskach zaznamenali za posledné desaťročie so zavedením lítium-iónových batérií výrazné vylepšenia. Majú pevné miesto v mnohých aplikáciách, ale zlé „ľudské vlastnosti“. Sú skúpe a egoistické. So svojimi káblovými príbuznými sa totiž doposiaľ o nové technológie nepodelili. Prečo máme na očiach klapky a vidíme iba akumulátor ? Neignorujme sieťové brúsky len preto, lebo Li-On je IN!

AC Brushless motor znamená Alternating Current Brush Less – bezkefový striedavý motor. Ani zďaleka nie je natoľko známy ako BLDC. Často je namiesto „bezkefový“ viac používaný pojem „bezuhlíkový“. Aj keď sú kefy z grafitu (uhlík), „bezkefový“ je technicky presnejší pojem.

Pri uhlových brúskach s AC brushless motorom to funguje s neobmedzeným prívodom elektrickej energie zo štandardnej elektrickej zásuvky aj bez uhlíkov, bez akumulátora, bez nabíjačky a bez iskrenia v rotore!

AC Brushless: Bezkefové motory v sieťových náradiach?

Nemusíte si pretierať oči - čítate správne. Skutočne ide o súlad medzi nebom a zemou (presnejšie medzi nebom a elektrickým náradím na Zemi). Niekedy nestačí vylepšovať, ale treba sa k problému postaviť inak. Ako Henry Ford k poštovému dostavníku – najmä keď hranice vo vylepšovaní komutátorového motora zrejme dosiahli svoj vrchol.

AC Brushless motory majú oproti komutátorovým motorom používaným v elektrických ručných náradiach nesporné výhody. Už len tým, že neexistuje fyzické spojenie medzi kefami a komutátorom, to znamená nižšie trenie, menej tepla, vyššiu účinnosť a menej údržby, pretože nie sú kefy, ktoré by ste museli vymieňať, keď sa opotrebujú.

Rozmery motora a uhlovej brúsky

AC Brushless uhlové brúsky HERMAN WX-12505 a 06 (s reguláciou otáčok) majú príkon 1300W. Pre porovnanie použijeme uhlovú brúsku Makita GA5050R s komutátorovým motorom a rovnakým príkonom - 1300W.

Obr. 4. Porovnanie rozmerov a hmotností komutátorového a bezuhlíkového motora s rovnakým príkonom

Obr. 5. Obvod úchopu: Makita GA5050R (1300W) a HERMAN WX-12505 (1300W)

Práve pre možnosť zostrojiť najpoužívanejšiu 125mm uhlovú brúsku s malým priemerom úchopu je priemer motora kľúčový. Z obr. 4. je vidieť, že vonkajší priemer statora motora WX-12505 je iba 45mm, a to je základný predpoklad pre pohodlný úchop brúsky.

Verte mi, že je to hneď poznať – úchop Makity je pri všetkej úcte k tejto značke mierne povedané – nepohodlný. V ruke nesedí dobre, pri obvode 229mm treba mať naozaj dlaň ako medveď (a ten je príliš chránený na to, aby sme mu dali do ruky tak nebezpečné náradie akým je uhlová brúska).

Úchop AC Brushless 1300W WX-12505 je iba 176mm - vyskúšajte si to „na vlastné ruky“ a pocíťte rozdiel oproti bežným brúskam!

Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti HERMAN

Ing. Herman Nagypál

Vyštudoval som vojenskú školu, odbor letecká elektrotechnika. S náradím a nástrojmi som sa naučil pracovať už v detstve s otcom na stavbe rodinného domu. Každý náš nový produkt testujem aj osobne - vlastnými rukami vo svojej dobre vybavenej dielni. Vo voľnom čase sa rád preháňam na motorke po rumunských horských priesmykoch. Okrem toho študujem trendy v odbore a rád si vyskúšam aj konkurenčné produkty. Nad niektorými sa pousmejem, nad niektorými sa čudujem (že sa niekto dal nachytať a kúpil to) a niektoré sú fakt dobré. Skoro ako naše 😊.