直流電機(jī)分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī),它們在多個方面存在顯著差異:
一、工作原理
有刷電機(jī):采用機(jī)械換向,磁極不動,線圈旋轉(zhuǎn)。電機(jī)工作時,線圈和換向器旋轉(zhuǎn),磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn),線圈電流方向的交替變化是隨電機(jī)轉(zhuǎn)動的換相器和電刷來完成的。碳電極在線圈接線頭上滑動實現(xiàn)變向,稱為碳刷。
無刷電機(jī):采取電子換向,線圈不動,磁極旋轉(zhuǎn)。換相的工作交由控制器中的控制電路(一般為霍爾傳感器+控制器,更先進(jìn)的技術(shù)是磁編碼器)來完成?;魻栐兄来朋w磁極的位置,使電子線路實時切換線圈中電流方向,來驅(qū)動電機(jī)。
二、性能特點(diǎn)
調(diào)速方式:
有刷電機(jī):調(diào)整供電電壓高低,改變磁場強(qiáng)度,達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的,即變壓調(diào)速。
無刷電機(jī):調(diào)速供電電壓不變,改變電調(diào)的控制信號,改變MOS管的開關(guān)速率,實現(xiàn)改變轉(zhuǎn)速的目的,即變頻調(diào)速。
啟動與制動:
有刷電機(jī):通過調(diào)壓調(diào)速,所以起動和制動平穩(wěn),恒速運(yùn)行時也平穩(wěn)。
無刷電機(jī):通常是數(shù)字變頻控制,先將交流變成直流,直流再變成交流,通過頻率變化控制轉(zhuǎn)速,所以無刷電機(jī)在起動和制動時運(yùn)行不平穩(wěn),振動大,只有在速度恒定時才會平穩(wěn)。
噪音與磨損:
有刷電機(jī):電刷與線圈接線頭之間通斷交替,會發(fā)生電火花,產(chǎn)生電磁波,干擾電子設(shè)備,同時碳刷與換向器之間存在摩擦,因此會產(chǎn)生一定的噪音,并導(dǎo)致電刷磨損嚴(yán)重,需要定期更換碳刷。
無刷電機(jī):消除了有刷的缺點(diǎn),運(yùn)轉(zhuǎn)時摩擦力大大減小,運(yùn)行順暢,噪音會低許多。磨損主要是在軸承上,從機(jī)械角度看,無刷電機(jī)幾乎是一種免維護(hù)的電動機(jī),必要時只需做一些除塵維護(hù)即可。
壽命:
有刷電機(jī):由于碳刷磨損等問題,可連續(xù)工作5000小時左右,常規(guī)的使用壽命2~3年。
無刷電機(jī):去除了電刷,磨損小,可連續(xù)工作20000小時左右,常規(guī)的使用壽命7~10年。
三、應(yīng)用場景
有刷電機(jī):由于結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)加工容易、維修方便、容易控制,且響應(yīng)快速、起動轉(zhuǎn)矩大,從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能,所以一經(jīng)問世就得到了廣泛應(yīng)用。例如,直流有刷電機(jī)通常和減速箱、譯碼器一起使用,使電機(jī)的輸出功率更大,控制精度更高,控制精度可以達(dá)到0.01毫米,廣泛應(yīng)用于各種精密機(jī)床。此外,還用于各種機(jī)械設(shè)備和電子產(chǎn)品中。
無刷電機(jī):具有高效率、高功率密度、低噪音、長壽命和易于控制等優(yōu)點(diǎn),因此在許多應(yīng)用中具有廣泛的應(yīng)用前景。如電動汽車、工業(yè)機(jī)器人、家用電器(如變頻空調(diào)、冰箱)、醫(yī)療設(shè)備和辦公設(shè)備、航空航天和軍事裝備、數(shù)控機(jī)床和自動化生產(chǎn)線等。此外,無刷電機(jī)的設(shè)備還可以運(yùn)用于乳制品行業(yè)、釀造行業(yè)、肉制品加工行業(yè)、豆制品加工行業(yè)、飲料加工行業(yè)、糕點(diǎn)加工業(yè)、藥品業(yè)、電子精密廠等更高要求的無塵車間。
四、成本與維護(hù)
有刷電機(jī):技術(shù)成熟,使用成本低,維修方便,電刷磨損后只需更換即可。
無刷電機(jī):技術(shù)相對復(fù)雜,價格較高,損壞后通常只能整體更換,維修成本較高。
綜上所述,直流電機(jī)的有刷和無刷版本各有其獨(dú)特的優(yōu)缺點(diǎn),適用于不同的應(yīng)用場景。在選擇時,需要根據(jù)具體需求進(jìn)行權(quán)衡。
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