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无刷和有刷直流电机的区别

  机的正好相反,因为它们以相似的原理运行,并且在理论上可以转换为发电机。它们本质上用于需要旋转运动的场合,并且可以在家用电器(),机器人,医疗设备,玩具等中找到应用。

  电动机可根据其使用的电源类型分为两大类: AC电动机和DC电动机。顾名思义,交流电动机通常使用交流电源(单相或三相)供电,并且主要用于需要大量扭矩的工业和重型应用中。另一方面,直流电动机(今天我们要关注的焦点)通常较小,并且用于基于电池(或插入直流电源)的应用中,与交流电动机相比,其工作量要少得多。他们发现它在数种设备中都有应用,从剃刀,剃须刀到儿童玩具,机器人和无人机等日常设备,无一例外。

  直流电动机的要求因一种应用而异。另外,由于一种应用可能需要更多的转矩并降低速度,而另一种应用可能需要更高的速度并降低转矩,因此有时销售人员会根据此对直流电动机进行分类。但是,直流电动机可以分为三种不同的类别或类型,包括;

  在今天的文章中,我们将重点放在无刷和有刷直流电机上,因为我们将研究它们之间的区别。操作原理,构造,应用,优缺点。对于第三种类型,您可以阅读伺服电机的详细文章。

  操作通常,所有电动机中的两个都是基于的原理;安培定律和法拉第定律。 第一定律规定,如果流过导体的任何电流的分量都与该电场成直角,则置于磁场中的电导体将受到作用力。 第二个原理指出,如果导体在磁场中移动,那么垂直于该磁场的任何运动分量都会在导体的两端之间产生电势差。

  基于这些定律,电动机由两个主要部分组成。永磁体和一堆导体缠绕成线圈。通过向线圈通电,它变成了一块磁铁,并基于磁铁在相同的磁极排斥并在不同的磁极吸引的事实,实现了旋转运动。

  有刷直流电动机是最早,最简单的电动机之一,因为它以最简单的方式实现了上述法律。如下图所示,有刷直流电动机的结构包括一个由永磁体制成的固定定子和一个运动电枢(转子),其上的所有部件如换向器,电刷和开口环都

  在为电机供电时(通过电池或通过交流电或直流电插入电源),电流从电源流向电机。通过电刷的电枢,电刷通常位于电机轴的相对两侧。电刷(设计中使用的电刷是电动机名称的主要因素)通过与换向器的物理接触将电流传递到电枢。电枢(导线线圈)一经通电,便开始像磁铁一样运转,此时其磁极开始排斥构成定子的永磁体的磁极。随着磁极的排斥,连接到电枢的电动机轴开始以取决于电枢周围磁场强度的速度和转矩旋转。

  尽管它们使用相同的电磁原理,但另一方面,无刷电动机却更为复杂。它们是提高有刷直流电动机效率的努力的直接结果,可以简单地描述为不采用电刷进行换向的电动机。但是,该描述的简单性让我对以下问题提出了疑问:如何为电动机供电以及如何在没有电刷的情况下实现运动。

  与构造相反在有刷电机中,东西会翻转。在有刷电动机的情况下,在定子内旋转的电枢在无刷电动机中是固定的,在有刷电动机中固定的永磁体用作无刷电动机的转子。 简单地说,无刷直流电动机的定子由线圈组成,而其转子(与电动机轴相连的转子)由永磁体组成。

  由于无刷电动机消除了使用电刷为电枢供电,开关(换向) )变得更加复杂,并且需要使用其他一组电子组件(例如由换向组件(如)触发的放大器)以电子方式执行运动。 无刷直流电动机的换向算法可以分为两种;基于传感器的无感换向。

  在基于传感器的换向中,传感器(例如霍尔传感器)沿传感器的极点放置电机向控制电路提供反馈,以帮助其估计转子位置。基于传感器的换向使用三种流行的算法;

  每种控制算法都有其优缺点,并且可以根据软件和电子硬件的设计以不同的方式实现算法,以进行必要的更改。

  在无传感器换向中,不是将传感器放置在电动机中,而是设计了控制电路来测量反电动势,以估计转子位置。

  该算法性能很好,并且由于消除了霍尔传感器的成本而降低了成本,但是与基于传感器的算法相比,它的实现要复杂得多。

  在有刷直流电动机中,电刷与旋转换向器一直接触。这导致产生大量摩擦,进而导致热量损失能量和电刷逐渐磨损。因此,有刷直流电动机效率低,需要定期维护。这会产生大量摩擦,并且摩擦等于热量(能量损失)和磨损。 另一方面,无刷直流电机本质上是无摩擦的,因此具有很高的效率,需要零维护,并且比有刷直流电机使用寿命更长。

  但是,有刷直流电机是无刷直流电机由于其设计简单,因此与无刷同类产品相比价格便宜。另一方面,无刷直流电动机由于其复杂的设计以及驱动它们所需的额外电子组件(控制器)的额外成本,因此非常昂贵。

  尽管无刷直流电机近来越来越流行,但由于其转速的简便性,无刷直流电机仍在日常家用电器,儿童玩具和工业应用中使用。扭矩比可以变化。由于它们的低成本,它们被用于主机设备可能在电动机之前出现故障的应用中。

  无刷直流电动机已在各种设备中得到了应用从医疗设备,机器人和无人机到电动汽车,电动工具等。它们基本上用于要求高效率,寿命长且值得购买的应用。

  以下要考虑的速度,转矩,额定功率和其他基本要求是我认为还可以考虑的三个因素

  使用寿命描述了电机多长时间必须在故障之前以及以何种占空比运行。这很重要,因为前面提到的有刷直流电动机由于电刷和换向器之间的摩擦而容易磨损。因此,重要的是要确保使用的是在整个使用寿命内都能正常使用的电机,或者如果使用有刷直流电机,则认为维修该电机是正常且廉价的应用。这方面的一个很好的例子是儿童玩具,通常在电动机磨损之前就将它们扔掉或损坏。在使用寿命长且无法维修电机的应用中,无刷直流电机通常是明智的选择。

  通常,与有刷直流电动机相比,无刷直流电动机具有更高的总体效率,但与无刷直流电动机相比,无铁芯有刷有刷电动机的效率却更高。等效的无刷电机。但是,在做出决定之前,评估总体所需效率并将其与每个电动机的效率进行比较非常重要。在大多数情况下,效率是决定性因素,无刷直流电动机通常会胜出。

  通常使用无刷直流电机的主要挫折之一。与有刷直流电动机相比,像控制器之类的附加要求使操纵更加复杂,而有刷直流电动机可以像在其端子上连接电池那样简单地采用动力/操纵方法。您应该确保为该项目使用无刷直流电动机所涉及的复杂程度是合理的,并且易于获得诸如控制器之类的支持电子设备。无论有刷直流电动机的简单性如何,它们有时都不适合高精度应用。虽然可以很容易地将有刷直流电机连接到像Arduino这样的控制器,但是将BLDC与Arduino Uno连接起来非常复杂,但是ESC(电子速度控制器)使将BLDC与USB

  无刷直流电动机的设计复杂性使其与有刷直流电动机相比非常昂贵。在购买无刷直流电动机之前,请确保该项目的额外费用在可承受的范围内。在做出决定之前,还要考虑使用BLDC所需的其他附件的成本。

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