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直流无刷电机的工作原理,无刷电机有什么用

时间:2023-05-06 10:39:55 阅读:141141 作者:1972

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在这样先进的自动化时代,同样的东西是必不可少的。 那就是电机。 今天我们来谈谈电机是如何工作的。

一、有刷电机工作原理

整流式电机是大家最早接触到的类型的电机,初中时在物理教室介绍的电机也以此为模型进行了展示。

整流式电动机的主要结构为定子+转子+电刷,通过旋转磁场获得转动力矩,输出动能。 电刷和换向器不断接触摩擦,在旋转中起到导电和换相的作用。

有刷电机采用机械换向,磁极不动,线圈旋转电机启动后,线圈和换向器旋转,磁钢和碳刷不旋转。 线圈电流方向的交替变化通过电机旋转的逆变器和电刷进行。

在有刷电机中,这个过程是将每个线圈的两个电源输入端按顺序排列在一个环上,相互用绝缘材料隔开,做成圆柱一样的东西与电机轴连成一体,电源通过两个碳做的小柱子(碳刷),通过弹簧的

随着电机的旋转,不同线圈或相同线圈的不同两极在不同的时间通电,使线圈产生磁场的N-S极与最近的永磁定子的N-S极有适当的角度差,磁场被异性吸附,同性相斥,产生力,使电机旋转碳电极在线圈端子上滑动,就像刷子打磨物体表面一样,所以叫做碳“刷子”。

如果打滑,碳刷会摩擦磨损,需要定期更换碳刷; 碳刷和线圈端子之间的开关交替时,会产生电火花,产生电磁破坏,干扰电子设备。

二、无刷电机工作原理

在无刷电机中,换相的动作由控制器内的控制电路(一般为霍尔传感器控制器,更先进的技术为磁编码器)负责。

无刷电机采取电子换向,线圈不动,磁极旋转全套电子设备通过霍尔元件引导永磁体磁极的位置。 在此感应的基础上,利用电路及时切换线圈电流的方向,使其产生正确方向的磁力,从而驱动电机,消除有刷电机的缺点。

无刷电机的控制器可以实现电源切换角的调整、电机的制动、电机的反转、电机的锁定、利用制动信号停止对电机供电等无刷电机不能实现的功能。 目前,电动汽车电子警报锁正在利用这些功能。

无刷直流电机由电机主机和驱动器组成,是典型的机电一体化产品。 无刷直流电机是自主动作的,所以不会像通过变频器重载启动的同步电机那样,在转子上另外安装启动绕组,也不会在负载骤变时引起振荡或失调。

三、有刷电机与无刷电机调速方式的区别

实际上有刷和无刷电机的控制是通过调节电压来进行的。 不过,由于无刷直流采用电子换向,没有数字控制是无法实现的。 有刷直流通过碳刷转换方向,利用晶闸管等电路进行控制。

1、有刷电机调速过程是调节电机供电电压的高低。 调整后的电压、电流由换向器和电刷转换,目的是改变电极产生的磁场的强弱,改变转速。 这个过程称为变压调速。

2、无刷电机调速过程在不改变电机供电电压的情况下,改变功率调节的控制信号,微处理器进而通过改变大功率MOS管的开关速度来实现转速的变化。 这个过程称为变频调速。

四、性能差异

1、有刷电机结构简单、技术成熟

十九世纪电机问世时,实用的电机为无刷式,即交流鼠笼式异步电机,该电机自交流发生以来得到了广泛的应用。 但异步电动机存在许多无法克服的缺陷,电动机技术发展缓慢。 尤其是直流无刷电机无法投入商业运营,随着电子技术的日新月异,近年来逐渐投入商业运营,其本质上仍然属于交流电机的范畴。

无刷电机诞生不久,人们就发明了直流有刷电机。 直流刷电机对于机构简单、生产加工容易、维护容易、控制容易的直流电机,具有响应快、起动转矩大、从零转速

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、直流有刷电机响应速度快,起动扭矩大

直流有刷电机起动响应速度快,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。无刷电机起动电阻大(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、直流有刷电机运行平稳,起、制动效果

有刷电机是通过调压调速,所以起动和制动平稳,恒速运行时也平稳。无刷电机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,所以无刷电机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。

 

4、直流有刷电机控制精度

直流有刷电机通常和减速箱、译码器一起使用,使得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。无刷电机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、直流有刷电机使用成本低,维修方便

由于直流有刷电机结构简单,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。无刷电机技术不成熟,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,无刷电机损坏只能更换。

 

6、无电刷、低干扰 

无刷电机去除了电刷,最直接的变化就是没有了有刷电机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。 

 

7、噪音低,运转顺畅

无刷电机没有了电刷,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、寿命长,低维护成本 

少了电刷,无刷电机的磨损主要是在轴承上了,从机械角度看,无刷电机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。

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