直流電機分為有刷電機和無刷電機,它們在多個方面存在顯著差異:
一、工作原理
有刷電機:采用機械換向,磁極不動,線圈旋轉。電機工作時,線圈和換向器旋轉,磁鋼和碳刷不轉,線圈電流方向的交替變化是隨電機轉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:采取電子換向,線圈不動,磁極旋轉。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,更先進的技術是磁編碼器)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,來驅動電機。
二、性能特點
調速方式:
有刷電機:調整供電電壓高低,改變磁場強度,達到改變轉速的目的,即變壓調速。
無刷電機:調速供電電壓不變,改變電調的控制信號,改變MOS管的開關速率,實現(xiàn)改變轉速的目的,即變頻調速。
啟動與制動:
有刷電機:通過調壓調速,所以起動和制動平穩(wěn),恒速運行時也平穩(wěn)。
無刷電機: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速,所以無刷電機在起動和制動時運行不平穩(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:電刷與線圈接線頭之間通斷交替,會發(fā)生電火花,產生電磁波,干擾電子設備,同時碳刷與換向器之間存在摩擦,因此會產生一定的噪音,并導致電刷磨損嚴重,需要定期更換碳刷。
無刷電機:消除了有刷的缺點,運轉時摩擦力大大減小,運行順暢,噪音會低許多。磨損主要是在軸承上,從機械角度看,無刷電機幾乎是一種免維護的電動機,必要時只需做一些除塵維護即可。
壽命:
有刷電機: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: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、應用場景
有刷電機:由于結構簡單、生產加工容易、維修方便、容易控制,且響應快速、起動轉矩大,從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能,所以一經問世就得到了廣泛應用。例如,直流有刷電機通常和減速箱、譯碼器一起使用,使電機的輸出功率更大,控制精度更高,控制精度可以達到0.01毫米,廣泛應用于各種精密機床。此外,還用于各種機械設備和電子產品中。
無刷電機: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,因此在許多應用中具有廣泛的應用前景。如電動汽車、工業(yè)機器人、家用電器(如變頻空調、冰箱)、醫(yī)療設備和辦公設備、航空航天和軍事裝備、數(shù)控機床和自動化生產線等。此外,無刷電機的設備還可以運用于乳制品行業(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
有刷電機:技術成熟,使用成本低,維修方便,電刷磨損后只需更換即可。
無刷電機:技術相對復雜,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,直流電機的有刷和無刷版本各有其獨特的優(yōu)缺點,適用于不同的應用場景。在選擇時,需要根據(jù)具體需求進行權衡。
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