Основные ошибки при выборе зуботехнического микромотора

С каждым днем на рынке появляется все больше бормашин различных производителей. Все они имеют разные технические характеристики, выраженные к тому же в разных единицах измерения. У покупателей голова идет кругом! В результате техники определяют для себя 1-2 параметра, не всегда верно оценивая их значимость, и судят по этим параметрам о качестве всего изделия. Давайте еще раз остановимся на основных ошибках, которые совершаются при выборе бормашины.

Коллекторная и бесколлекторная.

Для начала немного об устройстве бормашины и ее разновидностях. Двигатель любой бормашины состоит из подвижной части - ротора, к которому крепится цанга с инструментом, и неподвижной – статора. Вращение происходит за счет электроэнергии, подаваемой на обмотки двигателя: электрическая энергия преобразуется в энергию магнитного поля, а уже взаимодействие магнитных полей статора и ротора создает вращающий момент.

Магнитное поле может создаваться двумя способами: механически (коллекторные бормашины) и электронно (бесколлекторные бормашины).

В коллекторной бормашине магнитное поле изменяется с помощью якоря и щеток, скользящих по коллектору. Коллектор - это набор пластин, расположенных на роторе, щетки - скользящие контакты, прижатые к коллектору. Статор сделан из постоянных магнитов, создающих постоянное магнитное поле, пронизывающее ротор. Коллекторную бормашину можно подключить к источнику постоянного напряжения (например, к аккумулятору), и она будет работать.

В бесколлекторной бормашине ротор сделан из магнита, а статор в виде обмотки. Переменное магнитное поле создается внешним источником – блоком управления. В блоке управления стоят полупроводниковые приборы, которые включают или выключают ток через статор в нужное время. Полупроводниковые приборы традиционно называются вентилями, поэтому бесколлекторную машину часто называют вентильной.

Коллекторные бормашины:

• проще в изготовлении, поэтому существенно дешевле, бесколлекторным требуется более дорогой и сложный блок управления;
• менее мощные, не позволяют развивать частоту вращения более 45 тыс. об./мин. (насколько это важно - чуть позже), у бесколлекторных скорость вращения может достигать 50-60 тыс. об./мин.;
• мощность микромотора ограничена потерями от трения щеток о коллектор – возникает необходимость вентилировать микромотор;
• через коллектор нельзя пропускать большие токи, следовательно, нельзя получить большой момент, не увеличивая коллектор по размерам;
• меньше срок службы;
• более шумные;
• габариты больше за счет щеточно-коллекторного узла;
• КПД – 60-70% против 90% у бесколлекторных.

По самым важным параметрам, таким как: соотношение цены и качества, приемлемая мощность, хорошо отлаженная технология изготовления, простота электронного регулятора коллекторные микромоторы пока все же опережают бесколлекторные и используются в большинстве зуботехнических операций. Поэтому в дальнейшем мы будем говорить только о коллекторных бормашинах. Единственное преимущество бесколлекторных – они чаще применяются при усиленной обработке твердых сплавов типа КХС и больших объемов гипса. Коллекторными все это тоже можно сделать, но потребуется больше времени.

Число оборотов

Основными показателями, по которым техники обычно выбирают бормашину, являются:

1. Скорость (число оборотов); 
2. Мощность;
3. Усилие (крутящий момент).

Почему-то многие считают, что главный показатель хорошей бормашины – число оборотов: чем оно больше, тем лучше, а инструмент с надписью «50 000 оборотов в минуту» кажется пределом совершенства. Однако любой опытный техник подтвердит, что 50 000 оборотов – избыточная скорость. Фирмы используют завышенную цифру как маркетинговый ход, отвлекая внимание потребителя от других параметров, по которым они проигрывают. На деле 35-40 тыс. оборотов вполне достаточно для выполнения практически всех зуботехнических работ. Например, твердосплавные боры и фрезы рассчитаны на скорость до 15 тыс. об./мин., а алмазные боры для обработки керамики - на скорость до 35-40 тыс.об./мин. Аналогичный маркетинговый прием в свое время использовали многие компании, выпускающие фотоаппараты - они делали упор на количество мегапикселей. Но фирма Sony, доказала, что, используя цейсовскую оптику и большую матрицу, можно добиться снимков более высокого качества при меньшем разрешении.

Разогнать бормашину до больших оборотов не проблема - нужно просто взять блок питания с напряжением повыше, но вот выдержат ли подшипники такую скорость и долго ли они смогут ее поддерживать под нагрузкой и без? Не сгорят ли обмотки наконечника при большей, чем он рассчитан, нагрузке? На практике куда более важным параметром является момент вращения двигателя (или его еще называют крутящий момент). Это величина, которая определяет мощность бормашины. Чем он больше – тем комфортнее работать технику. Для простоты проведем аналогию с автомобилем: Можно написать на спидометре 1500 км/ч, но никто никогда не разгонится до такой скорости, да она и не нужна. А вот мощность, с которой автомобиль ускоряется, - более важная характеристика. При подъеме в гору маломощный мотор будет замедляться, при разгоне с места – долго набирать обороты. Если же автомобиль имеет мощный мотор, водитель даже не почувствует горку, а с места будет трогаться легко и быстро.

То же самое происходит и с мотором бормашины. Обороты на тахометре автомобиля – это обороты бормашины. Момент вращения влияет на результат обработки бормашиной как на динамику автомобиля: при работе под нагрузкой (например, с твердым материалом) мотор с большими оборотами, но недостаточным моментом вращения будет притормаживать, снизится частота вращения инструмента, а в худшем случае бормашина просто остановится. Мотор с большим моментом вращения не замедлится, а продолжит уверенно работать. Поэтому серьезные производители уделяют внимание именно постоянно высокому значению момента вращения, а вовсе не количеству оборотов.

Золотое правило механики: выигрывая в крутящем моменте (в силе), проигрываем в частоте вращения (оборотах).

Кстати, слишком большие обороты бормашины могут быть просто опасны: при этом часто ломается фреза, и высока вероятность травмы техника. Именно поэтому, например, некоторые микромоторы имеют ограничение по оборотам и до 50 тыс. не разгоняются (им не позволяет «умный» блок управления).

Момент, мощность, скорость, напряжение – как все это связано в бормашине

Другой важной характеристикой бормашины является потребляемая мощность, но нужно знать, что именно производитель указал в данном случае:

1. Какая мощность? Дело в том, что мощность может быть механической, электрической, на валу и … не известно, что еще заявит производитель под этим названием, чтобы привлечь покупателя максимально большой цифрой.
2. Как она была измерена? Иногда в целях рекламы производители указывают максимальный момент, когда бормашина почти остановилась и скорость, когда на вал ничего не действует (бормашина работает на холостом ходу). А потом их множат… Получается нереальная мощность! Мощность выхода бормашины из строя. В действительности это то же самое, что указать для автомобиля максимальную скорость (измеряется на ровной дороге) и максимальную тягу (измеряется на первой передаче). Но! Никто не ездит на первой передаче с максимальной скоростью.

На самом деле картина такая.

Скорость вращения бормашины (число оборотов в минуту) связана с механической мощностью простым соотношением:

Механическая мощность вращения получается путем преобразования электрической мощности, которая подается из источника питания. Из курса физики известно, что это преобразование происходит с потерей - половина электрической энергии уходит в тепло (при КПД 50%).

Значит, при 350 гсм и 50000 об/мин бормашина должна потреблять из сети в 2 раза больше – 175 Вт×2=350 Вт. Из них половина (175 Вт) - преобразуется в механическую мощность и будет крутить микромотор, другая половина (еще 175 Вт) - уйдет в паразитное тепло, разогревая бормашину.

Вы когда-нибудь держали голой рукой 100-ватную лампочку? А что будет с микромотором, нагретым до такой же температуры? Он быстро сгорит. И держать его в руке невозможно. Поэтому включать бормашину на максимальную нагрузку можно только кратковременно. Все остальное время она должна работать на средних оборотах, чтобы прослужить обещанный производителем срок. Следовательно, «350 гсм, 50000 об/мин» – это почти идеальная, а не рабочая характеристика.

И обратите внимание, что мы рассматривали работу микромотора на средней нагрузке. При дальнейшей нагрузке наконечник еще больше тормозится, скорость вращения падает, при этом КПД еще снижается, в тепло уходит еще больше энергии.

С наконечником разобрались. Теперь о блоке управления. Блок управления предназначен для дозирования электрической мощности микромотора и преобразования ее в удобоваримую для микромотора форму. Реальная мощность бормашины определяется именно мощностью блока управления: один и тот же инструмент может комплектоваться блоком как на 15 Вт, так и на 30 Вт или на 60 Вт и в каждом случае будет работать по-разному. В рекламных акциях нередко указывают мощность наконечника, не особо заботясь об указании мощности блока управления, поэтому цифра получается многократно завышенной. Очень часто встречаются случаи, когда микромотор 350 гсм, 30000 об./мин. комплектуется блоком управления, в котором стоит трансформатор на 10-20 Вт, но при этом заявляются максимальные параметры наконечника.

Однако и мощность блока управления – это далеко не все. В одном и том же корпусе может оказаться совершенно разная электронная начинка, а именно она определяет «интеллект» устройства. В самом простейшем случае это примитивный набор из вкл/выкл и регулировки мощности. Во многих, особенно недорогих бормашинах, такой и стоит. Тогда как «умный» блок управления – это сложная электроника, которая позволяет контролировать множество важных функций:

• плавный разгон и быструю, но плавную остановку вращения инструмента;
• плавное регулирование скорости вращения;
• защиту от скачков напряжения в сети;
• подключение педали;
• реверс (обратный ход);
• контроль потребляемой мощности.

Чем больше защитных и контрольных функций в блоке питания (блокировка самопроизвольного включения двигателя при смене режима, защита от перегрева наконечника и управляющей электроники и т.д.), тем сложнее и дороже его изготовление. Но зато благодаря системе защиты бормашина с «умным» блоком управления служит намного дольше. А экономия на «интеллекте» может привести к тому, что вам придется слишком быстро покупать новую.

О единицах измерения.

Иногда у техников возникают затруднения из-за путаницы в единицах измерения скорости и усилия. Со скоростью все более-менее ясно, ее обычно измеряют в оборотах в минуту (в англоязычном варианте – rpm). Немного сложнее с усилием. Одни производители указывают усилие своих бормашин в граммах на сантиметр, другие в gf-Cm, третьи в ньютонах. Соотношение следующее: 1 ньютон на сантиметр (Н*см) = 101,97 грамм на сантиметр (гсм). Для удобства можно считать еще проще: 1 Нсм = 100 гсм gf-Cm (gram-force per centimetre) – это всего лишь англоязычный вариант величины грамм на сантиметр (гсм): 1 Нсм = 100 gf-Cm. 1 Нсм 100 гсм 100 gf-Cm 1 Нм 10 000 гсм 10 000 gf-Cm