Uhlové brúsky patria medzi najrozšírenejšie elektrické ručné náradie v strojárskej výrobe. Hoci automatizácia preniká výrazným tempom aj do tejto oblasti, mnohé operácie je stále potrebné vykonávať manuálne.
Kľúčové požiadavky sú preto jasné: vysoký výkon, spoľahlivosť a pohodlný ergonomický úchop.
Pohonnou jednotkou každej elektrickej uhlovej brúsky je elektromotor, ktorého základom je rotujúce magnetické pole uvádzajúce rotor do pohybu. Všetky motory fungujú na princípe otáčajúceho sa magnetického poľa, pričom rozdiel spočíva len v tom, akým spôsobom ho konštrukcia motora zabezpečuje.
Uhlovým brúskam napájaným elektrickým prúdom zo siete dominujú univerzálne komutátorové motory s uhlíkovými kefami.
Zvykli sme si, že sa propaguje to, čo produkt má – funkcie, doplnky či nové vlastnosti. O to zvláštnejšie pôsobí, keď výrobca zdôrazňuje, čo produkt nemá. A presne to sa deje pri náradí s označením Brushless - motor nemá uhlíkové kefy.
Moderný trend prináša bezkefové riešenie – BLDC motory napájané jednosmerným a PMSM motory napájané striedavým prúdom.
Čo majú spoločné?
BLDC (Brushless DC) aj PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor) spája trojica základných znakov:
Rotor z permanentného magnetu: ide o neodýmové magnety (obr. 1). Tu je dôležitá ich teplotná odolnosť – prekročenie hraničných hodnôt môže spôsobiť trvalú stratu magnetických vlastností.
Obr. 1. Rotor BLDC a PMSM motora (obr. iba s rotormi)
Princíp synchrónneho motora: rotory oboch typov motorov s permanentným magnetom sa otáčajú rovnakou uhlovou rýchlosťou ako magnetické pole statora. Po zapnutí sa rotor „chytí“ poľa a beží synchrónne. Dá sa to prirovnať k pretekom chrtov s návnadou – nikdy ju nedobehnú, ale udržujú rovnaké tempo.
Elektronická komutácia a kontrola polohy rotora: funkciu uhlíkových kefiek nahrádza elektronika a okrem riadenia prúdu do statora elektromotora musí neustále sledovať polohu rotora. Využívajú sa tri prístupy:
• Hallove sondy – najjednoduchšie, ale najmenej presné riešenie,
• Sensorless Control Technology (SCT) – bezsenzorové riadenie na základe výpočtov polohy rotora bez fyzických snímačov,
• vektorová regulácia – najpresnejšie, no technicky najnáročnejšie riešenie.
Riadiace jednotky týchto motorov patria medzi sofistikované elektronické obvody (obr. 2).
Obr. 2. Riadiaca jednotka motora BLDC s Hallovými senzormi (A) a bezsenzorová riadiaca jednotka motora PMSM (B)
V čom sa líšia?
Prvým zásadným rozdielom je spôsob napájania: BLDC pracuje na jednosmerný prúd, typický pre akumulátorové náradie a PMSM je určený pre striedavý prúd.
Druhým podstatným rozdielom je tvar prúdu vo vinutí statora: BLDC má lichobežníkový (trapézový) priebeh, kým PMSM má sínusový priebeh. Z tohto rozdielu vyplývajú odlišné vlastnosti oboch typov motorov.
Motory BLDC majú jednoduchšiu konštrukciu, nižšiu cenu a menšie nároky na elektroniku. Nevýhodou je mierne kolísanie krútiaceho momentu počas komutácií. Motory PMSM sú presnejšie a umožňujú plynulejšie riadenie; majú vždy stabilný krútiaci moment, vyššiu účinnosť a výkon. Ich cena a zložitosť riadenia sú však vyššie.
V strojárskej výrobe majú uplatnenie najmä výkonné elektrické uhlové brúsky napájané zo siete – preto sa vývoj týchto náradí sústreďuje na motory PMSM. Medzi najnovšie stroje patrí uhlová brúska HERMAN 125 LEVIRA, vybavená PMSM motorom so systémom SCT a príkonom 1550 W (obr. 3). Vďaka modernej konštrukcii umožňuje štíhly úchop a pohodlnú manipuláciu, čo je dôležité pre dlhodobé pracovné nasadenie. Vyžaduje výrazne menej údržby – nemá uhlíkové kefy.
Motory PMSM sú v elektrickom ručnom náradí napájanom zo siete zatiaľ skôr raritou. Avšak vzhľadom na ich výnimočné vlastnosti – aj napriek vyšším nákladom – môžu práve tieto motory.
Text a foto: Herman
