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图文详解無刷電機與有刷電機的區別-工作原理 性能差异等描述-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-01-09 

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無刷電機與有刷電機的區別

無刷電機

無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成,是一種典型的機電一體化産品。由于無刷直流電動機是以自控式運行的,所以不會像變頻調速下重載啓動的同步電機那樣在轉子上另加啓動繞組,也不會在負載突變時産生振蕩和失步。中小容量的無刷直流電動機的永磁體,現在多采用高磁能級的稀土钕鐵硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁無刷電動機的體積比同容量三相異步電動機縮小了一個機座號。


有刷電機

有刷電機是内含电刷装置的将电能转换成机械能(电动机)或将机械能转换成电能(发电机)的旋转电机。区别于無刷電機,电刷装置是用来引入或引出电压和电流的。有刷電機是所有电机的基础,它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点。


無刷電機与有刷電機工作原理的区别

(一)有刷電機工作原理

有刷電機是大家最早接触的一类电机,中学时物理课堂上介绍电动机也是以它为模型来展示的。有刷電機的主要结构就是定子+转子+电刷,通过旋转磁场获得转动力矩,从而输出动能。电刷与换向器不断接触摩擦,在转动中起到导电和换相作用。

無刷電機與有刷電機的區別

無刷電機與有刷電機的區別


有刷電機采用机械换向,磁极不动,线圈旋转。电机工作时,线圈和换向器旋转,磁钢和碳刷不转,线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。


在有刷電機中,这个过程是将各组线圈的两个电源输入端,依次排成一个环,相互之间用绝缘材料分隔,组成一个象圆柱体的东西,与电机轴连成一体,电源通过两个碳元素做成的小柱子(碳刷),在弹簧压力的作用下,从两个特定的固定位置,压在上面线圈电源输入环状圆柱上的两点,给一组线圈通电。


隨著電機轉動,不同時刻給不同線圈或同一個線圈的不同的兩極通電,使得線圈産生磁場的N-S極與最靠近的永磁鐵定子的N-S極有一個適合的角度差,磁場異性相吸、同性相斥,産生力量,推動電機轉動。碳電極在線圈接線頭上滑動,象刷子在物體表面刷,因此叫碳“刷”。


相互滑動,會摩擦碳刷,造成損耗,需要定期更換碳刷;碳刷與線圈接線頭之間通斷交替,會發生電火花,産生電磁破,幹擾電子設備。


(二)無刷電機工作原理

無刷電機中,换相的工作交由控制器中的控制电路(一般为霍尔传感器+控制器,更先进的技术是磁编码器)来完成。

無刷電機與有刷電機的區別

無刷電機與有刷電機的區別



無刷電機采取电子换向,线圈不动,磁极旋转。無刷電機,是使用一套电子设备,通过霍尔元件,感知永磁体磁极的位置,根据这种感知,使用电子线路,适时切换线圈中电流的方向,保证产生正确方向的磁力,来驱动电机。消除了有刷電機的缺点。


这些电路,就是电机控制器。無刷電機的控制器,还可以实现一些有刷電機不能实现的功能,比如调整电源切换角,制动电机,使电机反转,锁住电机,利用刹车信号,停止给电机供电。现在电瓶车的电子报警锁,就充分利用了这些功能。


無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成,是一種典型的機電一體化産品。由于無刷直流電動機是以自控式運行的,所以不會象變頻調速下重載啓動的同步電機那樣在轉子上另加啓動繞組,也不會在負載突變時産生振蕩和失步。


無刷電機与有刷電機的性能差异

1、有刷電機结构简单、开发时间久、技术成熟


早在十九纪诞生电机的时候,产生的实用性电机就是无刷形式,即交流鼠笼式异步电动机,这种电动机在交流电产生以后得到了广泛的应用。但是,异步电动机有许多无法克服的缺陷,以致电机技术发展缓慢。尤其是直流無刷電機一直无法投入商业运营,伴随着电子技术的日新月异,直至近几年才慢慢投入商业运营,就其实质来说依然属于交流电机范畴。


無刷電機诞生不久,人们就发明了直流有刷電機。由于直流有刷電機机构简单,生产加工容易,维修方便,容易控制;直流电机还具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能,所以一经问世就得到了广泛应用。


2、直流有刷電機响应速度快,起动扭矩大


直流有刷電機起动响应速度快,起动扭矩大,变速平稳,速度从零到最大几乎感觉不到振动,起动时可带动更大的负荷。無刷電機起动电阻大(感抗),所以功率因素小,起动扭矩相对较小,起动时有嗡嗡声,并伴随着强烈震动,起动时带动负荷较小。


3、直流有刷電機运行平稳,起、制动效果好


有刷電機是通过调压调速,所以起动和制动平稳,恒速运行时也平稳。無刷電機通常是数字变频控制,先将交流变成直流,直流再变成交流,通过频率变化控制转速,所以無刷電機在起动和制动时运行不平稳,振动大,只有在速度恒定时才会平稳。

無刷電機與有刷電機的區別


4、直流有刷電機控制精度高


直流有刷電機通常和减速箱、译码器一起使用,使的电机的输出功率更大,控制精度更高,控制精度可以达到0.01毫米,几乎可以让运动部件停在任何想要的地方。所有精密机床都是采用直流电机控制精度。無刷電機由于在启动和制动时不平稳,所以运动部件每次都会停到不同的位置上,必须通过定位销或限位器才可以停在想要的位置上。


5、直流有刷電機使用成本低,维修方便。 由于直流有刷電機结构简单,生产成本低,生产厂家多,技术比较成熟,所以应用也比较广泛,比如工厂、加工机床、精密仪器等,如果电机故障,只需更换碳刷即可,每个碳刷只需要几元,非常便宜。無刷電機技术不成熟,价格较高,应用范围有限,主要应在恒速设备上,比如变频空调、冰箱等,無刷電機损坏只能更换。


6、無電刷、低幹擾


無刷電機去除了电刷,最直接的变化就是没有了有刷電機运转时产生的电火花,这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。

無刷電機與有刷電機的區別


7、噪音低,運轉順暢


無刷電機没有了电刷,运转时摩擦力大大减小,运行顺畅,噪音会低许多,这个优点对于模型运行稳定性是一个巨大的支持。


8、壽命長,低維護成本


少了电刷,無刷電機的磨损主要是在轴承上了,从机械角度看,無刷電機几乎是一种免维护的电动机了,必要的时候,只需做一些除尘维护即可。


有刷電機与無刷電機调速方式的区别

實際上兩種電機的控制都是調壓,只是由于無刷直流采用了電子換向,所以要有數字控制才可以實現了,而有刷直流是通過碳刷換向的,利用可控矽等傳統模擬電路都可以控制,比較簡單。


1、有刷馬達調速過程是調整馬達供電電源電壓的高低。調整後的電壓電流通過整流子及電刷地轉換,改變電極産生的磁場強弱,達到改變轉速的目的。這一過程被稱之爲變壓調速。


2、無刷馬達調速過程是馬達的供電電源的電壓不變,改變電調的控制信號,通過微處理器再改變大功率MOS管的開關速率,來實現轉速的改變。這一過程被稱之爲變頻調速


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