直流电机分为有刷电机和无刷电机,它们在多个方面存在显著差异:
一、工作原理
有刷电机: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。碳电极在线圈接线头上滑动实现变向,称为碳刷。
无刷电机:采取电子换向,线圈不动,磁极旋转。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。霍尔元件感知永磁体磁极的位置,使电子线路实时切换线圈中电流方向,来驱动电机。
二、性能特点
调速方式:
有刷电机:调整供电电压高低,改变磁场强度,达到改变转速的目的,即变压调速。
无刷电机:调速供电电压不变,改变电调的控制信号,改变MOS管的开关速率,实现改变转速的目的,即变频调速。
启动与制动:
有刷电机: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。
噪音与磨损:
有刷电机:电刷与线圈接线头之间通断交替,会发生电火花,产生电磁波,干扰电子设备,同时碳刷与换向器之间存在摩擦,因此会产生一定的噪音,并导致电刷磨损严重,需要定期更换碳刷。
无刷电机:消除了有刷的缺点,运转时摩擦力大大减小,运行顺畅,噪音会低许多。磨损主要是在轴承上,从机械角度看,无刷电机几乎是一种免维护的电动机,必要时只需做一些除尘维护即可。
寿命:
有刷电机:由于碳刷磨损等问题,可连续工作5000小时左右,常规的使用寿命2~3年。
无刷电机:去除了电刷,磨损小,可连续工作20000小时左右,常规的使用寿命7~10年。
三、应用场景
有刷电机:由于结构简单、生产加工容易、维修方便、容易控制,且响应快速、起动转矩大,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。例如,直流有刷电机通常和减速箱、译码器一起使用,使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,广泛应用于各种精密机床。此外,还用于各种机械设备和电子产品中。
无刷电机:具有高效率、高功率密度、低噪音、长寿命和易于控制等优点,因此在许多应用中具有广泛的应用前景。如电动汽车、工业机器人、家用电器(如变频空调、冰箱)、医疗设备和办公设备、航空航天和军事装备、数控机床和自动化生产线等。此外,无刷电机的设备还可以运用于乳制品行业、酿造行业、肉制品加工行业、豆制品加工行业、饮料加工行业、糕点加工业、药品业、电子精密厂等更高要求的无尘车间。
四、成本与维护
有刷电机:技术成熟,使用成本低,维修方便,电刷磨损后只需更换即可。
无刷电机:技术相对复杂,价格较高,损坏后通常只能整体更换,维修成本较高。
综上所述,直流电机的有刷和无刷版本各有其独特的优缺点,适用于不同的应用场景。在选择时,需要根据具体需求进行权衡。
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