有刷和無(wú)刷直流電機(jī)有什么區(qū)別？
內(nèi)容：
- 簡(jiǎn)而言之，有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)的區(qū)別
- 什么是無(wú)刷電機(jī)？它是如何工作的？
- 無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)及主要部件
- 無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
- 什么是有刷電機(jī)？它是如何工作的？
- 有刷直流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
- 主要應(yīng)用。什么更好？
簡(jiǎn)而言之，有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)的區(qū)別
電動(dòng)機(jī)是將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的設(shè)備。該過(guò)程的效率取決于其設(shè)計(jì)和電流類型（交流或直流）。
那么，簡(jiǎn)而言之，有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)有什么區(qū)別？
- 無(wú)刷電機(jī)在組裝中沒(méi)有電刷，并且更緊湊。相反，它們需要配備額外的換向設(shè)備（控制器、旋轉(zhuǎn)編碼器、驅(qū)動(dòng)器）。
- 有刷電機(jī)更便宜、更簡(jiǎn)單。它們可以直接連接到直流電源，并具有簡(jiǎn)單的基本控制（如開關(guān)）。
- 另一方面，在無(wú)刷變體中，它們的轉(zhuǎn)子以電子方式旋轉(zhuǎn);拉絲電樞機(jī)械旋轉(zhuǎn)（電流通過(guò)電刷傳輸）。
- 無(wú)刷的有三根連接線，有刷的有兩根。
- 無(wú)刷電機(jī)的效率（85-90%）比有刷電機(jī)（75%-80%）更高。這意味著在相同的功率下，第一個(gè)轉(zhuǎn)換較大的旋轉(zhuǎn)力，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)產(chǎn)生摩擦并且在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)損失太多熱量。
因此，我們可以得出第一個(gè)簡(jiǎn)短的結(jié)論。無(wú)刷電機(jī)具有更高的性能、效率和更高的穩(wěn)定性。另一方面，有刷電動(dòng)機(jī)價(jià)格較低且易于維護(hù)。
為了更大的差異，讓我們?cè)敿?xì)看看它們。
什么是無(wú)刷電機(jī)？它是如何工作的？
兩種電機(jī)類型的工作原理大致相似。它基于轉(zhuǎn)子中的永磁體和定子中的電磁體的相互作用。
無(wú)刷直流電機(jī)（也稱為 BLDC 或簡(jiǎn)稱 BL）是一種同步設(shè)備，類似于 PMSM（永磁同步電機(jī)）。因此，其工作原理是基于自同步調(diào)頻，當(dāng)它們的轉(zhuǎn)子和定子以相同的頻率接觸時(shí)。
無(wú)刷直流電機(jī)有兩種類型：
- 外跑者
- 內(nèi)轉(zhuǎn)輪
在第一種情況下，轉(zhuǎn)子位于定子上方，在第二種情況下，轉(zhuǎn)子位于定子下方。讓我們以 out-runner 版本為例看一下它是如何工作的。
在這種設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)子具有永磁體，定子具有形成電磁體的線圈布置。操作的基本原理完全基于它們的相互作用。
來(lái)自源頭的電源使線圈通電，并根據(jù)法拉第定律產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)它發(fā)生時(shí)，這些通電線圈被吸引到位于轉(zhuǎn)子上的相反極點(diǎn)。這些線圈安裝在轉(zhuǎn)子中，因此它開始隨之旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)它們接近相反的極點(diǎn)時(shí)，電源關(guān)閉，換向器開始為下一對(duì)通電。下一對(duì)線圈也被吸引，從而進(jìn)一步移動(dòng)轉(zhuǎn)子。然后連續(xù)重復(fù)這樣的動(dòng)作。
BLDC具有特殊的設(shè)計(jì)，允許用戶為任何線圈供電，因此可以快速改變扭矩和轉(zhuǎn)速。無(wú)刷電機(jī)尺寸緊湊，同時(shí)具有高速和精確定位。
BL電機(jī)不產(chǎn)生摩擦;因此，它們產(chǎn)生更多的旋轉(zhuǎn)力而不是熱量。這是由于缺少刷子而實(shí)現(xiàn)的。取而代之的是，集成換向裝置監(jiān)控和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子位置、旋轉(zhuǎn)速度以及線圈上電流的穩(wěn)定分布。
無(wú)刷電機(jī)設(shè)計(jì)及主要部件
這種類型的普通電機(jī)在定子上有一個(gè)三相繞組，在轉(zhuǎn)子上有一個(gè)永磁體。它也有單相、雙相或三相變體。如上所述，定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)磁轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)。為了形成這樣的磁場(chǎng)，在繞組上施加三相電壓。
那么系統(tǒng)如何知道哪個(gè)線圈通電，哪個(gè)線圈應(yīng)該通電呢？為此，使用了一種特殊的電子控制器。這種集成換向裝置將電流導(dǎo)通至正交（垂直）繞組。它還包含確定轉(zhuǎn)子位置的傳感器。最常使用霍爾傳感器，但有時(shí)使用光電、電感式傳感器和旋轉(zhuǎn)變壓器執(zhí)行此類任務(wù)。
為了改變旋轉(zhuǎn)方向，控制器改變兩相的連接。它也可以用作步進(jìn)或伺服電機(jī)。
無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
無(wú)刷電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)
- 使用壽命長(zhǎng);
- 低噪音水平;
- 高效指標(biāo) - 約90%;
- 快速達(dá)到最大轉(zhuǎn)速;
- 操作過(guò)程中不產(chǎn)生火花;
- 不需要額外的冷卻資源;
- 沒(méi)有需要定期維護(hù)的機(jī)制。
無(wú)刷電機(jī)的主要缺點(diǎn)
- 復(fù)雜的管理系統(tǒng);
- 電氣元件資源有限;
- 由于組件昂貴，價(jià)格高昂。
- 需要額外的換向設(shè)備才能工作（換向器、編碼器、驅(qū)動(dòng)器）
什么是有刷電機(jī)？它是如何工作的？
有刷電機(jī)是最常見的直流電機(jī)。如上所述，其原理還包括吸引兩個(gè)具有相反極的磁鐵。
這種電機(jī)的主要部件是：
- 定子
- 轉(zhuǎn)子（電樞）
- 刷
- 換向器
永磁體或電磁體放置在定子上并形成恒定磁場(chǎng)。帶有電磁鐵的直流電機(jī)由與電樞相同的直流電源供電。
這種電機(jī)可以有兩種主要類型：
- 并聯(lián)電機(jī)（帶并聯(lián)連接）
- 串行電機(jī)（帶串行連接）
串行電機(jī)具有良好的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，但其速度會(huì)隨著負(fù)載而下降。在它們對(duì)面，并聯(lián)電機(jī)的啟動(dòng)扭矩較差，但它們可以執(zhí)行恒定的速度，而與作用負(fù)載無(wú)關(guān)。
轉(zhuǎn)子通過(guò)電刷連接到直流電源。電刷連接到換向器中。不同的繞組與這種換向器的不同部分相連。當(dāng)它們通電時(shí)，它們會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們的磁場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化。這種場(chǎng)切換稱為換向。
電流從源流到繞組，由于洛侖茲定律，繞組產(chǎn)生磁場(chǎng)并開始與定子上的磁鐵相互作用。電刷（通常由石墨制成）將動(dòng)力傳遞到電樞。為了保持它們與換向器的恒定配合，彈簧對(duì)它們施加壓力。
在具有一個(gè)電樞環(huán)的最簡(jiǎn)單機(jī)制中，當(dāng)電樞垂直于磁通量時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。在這種情況下，其扭矩等于零，運(yùn)動(dòng)中斷一小段時(shí)間。因此，為了更平穩(wěn)地運(yùn)動(dòng)，在設(shè)計(jì)中添加了額外的環(huán)。這些循環(huán)越多，運(yùn)動(dòng)就越平滑。
在此類設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中，根據(jù)法拉第和洛倫茨定律，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部電動(dòng)勢(shì)（EMF）和反電動(dòng)勢(shì)（反電動(dòng)勢(shì)）力。因此，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。因此，在大型和強(qiáng)大的電機(jī)中，非常需要安裝額外的冷卻裝置以避免火災(zāi)。
有刷直流電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)
有刷電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)：
- 低成本;
- 簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)和布線;
- 易于維護(hù);
- 對(duì)機(jī)械和振動(dòng)沖擊可靠。
有刷電機(jī)的主要缺點(diǎn)：
- 刷子磨損很快;
- 有電磁噪聲;
- 運(yùn)行過(guò)程中形成火花;
- 該機(jī)制過(guò)熱和冒煙;
- 效率低（約60-80%）;
- 由于電刷的高摩擦力，使用壽命縮短。
主要應(yīng)用。什么更好？
首先，無(wú)刷電機(jī)具有高性能和長(zhǎng)生命周期。在同時(shí)需要高轉(zhuǎn)速和抗過(guò)熱性的區(qū)域需要這種模型。此類設(shè)備用作冷卻系統(tǒng)的一部分，用于機(jī)器人、醫(yī)療設(shè)備、數(shù)控機(jī)床和其他昂貴且關(guān)鍵的工業(yè)設(shè)備。無(wú)刷設(shè)備比相同尺寸的有刷設(shè)備更強(qiáng)大。它還用于需要具有高使用壽命且缺乏維護(hù)的電動(dòng)機(jī)的區(qū)域。
普通有刷直流電機(jī)功率和穩(wěn)定性較小。但是，它既便宜又簡(jiǎn)單。因此，這些設(shè)備執(zhí)行不復(fù)雜和長(zhǎng)期的任務(wù)。這種設(shè)備用于家庭領(lǐng)域：汽車、起重機(jī)構(gòu)、兒童無(wú)線電控制模型和一些家用工具（如鉆頭）。由于電刷摩擦和快速磨損，它們需要定期維護(hù)，但它們?cè)诠I(yè)惡劣環(huán)境中的抵抗力非?？煽俊?/span>
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