杏彩体育官网_电机的分类、特点及应用  很多工程师长期都没有弄清楚无刷电机和有刷电机有什么区别?同步电机和异步电机有什么区别?

发布时间: 2024-03-06 10:20:27   点击量:1    

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  很多工程师长期都没有弄清楚无刷电机和有刷电机有什么区别?同步电机和异步电机有什么区别?伺服电机是否都是交流电机?伺服电机是否都是同步电机?步进电机属于直流电机还是交流电机?舵机是否属于伺服电机?等等……

  您是否对此也有很多疑惑?本文将尝试用通俗的语言来解释系统性的知识,希望读完能让您对电机的分类有一个清晰的理解。

  读过中学物理的学霸学渣都知道,为了研究通电导体在磁场受力的那点事,我们把左手都练成了断掌,这也正是直流电机的原理。

  所有电机都是由定子和转子组成,在直流电机中,为了让转子转起来,需要不断改变电流方向,否则转子只能转半圈,这点就像自行车脚踏板。所以直流电机需要换向器。广义的直流电机包括有刷电机和无刷电机。有刷电机又称直流电机或碳刷电机,常说的直流电机就是指有刷直流电机,它采用机械换向,外部磁极不动内部线圈(电枢)动,换向器和转子线圈一起旋转,电刷和磁铁都不动,于是换向器和电刷摩擦摩擦,完成电流方向的切换。

  3、由于换向器存在,限制了转子惯量,限制了最高转速,影响了动态性能。既然它这么多缺点为什么还被普遍应用,因为它扭力高、结构简单容易维护(即换碳刷)、便宜。

  无刷电机在某些领域也称直流变频电机(BLDC),它采用电子换向(霍尔传感器),线圈(电枢)不动磁极动,此时永磁铁可以在线圈外部也可以在线圈内部,于是有了外转子无刷电机和内转子无刷电机之分。

  不过,单个的无刷电机不是一套完整的动力系统,无刷基本必须通过无刷也就是电调的控制才能实现连续不断的运转。真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器(也就是电调)。

  一般地,无刷电机的驱动电流有两种,一种是方波,另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流无刷电机,后一种叫交流伺服电机,确切地讲是交流伺服电动机的一种。

  内转子都是三相的 ,价格较贵。外转子通常使用的是单相的,价格亲民,大批量生产已经接近碳刷电机,因此,近年来得到广泛应用。外转子三相的价格已经接近内转子的价格。 嗯,猜都能猜到,有刷电机的缺点就是无刷电机的优点。它具有高效率、低能耗、低噪音、超长寿命、高可靠性、可伺服控制、无级变频调速(可达很高转速)等优点,它相对比有刷直流电机体积小的多,控制比异步交流电机简单,启动转矩大过载能力强,至于缺点嘛……就是比有刷的贵、不好维护。

  直流电机的调速:所谓调速,即通过调节电机转速获得所需扭矩。直流(有刷)电机通过调节电压、串接电阻、改变励磁都可以调速,但是实际以调节电压最为方便也最为常用,目前主要使用PWM调速,PWM其实就是通过高速的开关来实现直流的调压,一个周期内,开的时间长,平均电压就高,关的时间长,平均电压就低,调起来很方便,只要开关速度够快,电网的谐波就少,且电流更为连续。

  但是电刷和换向器长期磨损,同时在换向的时候有巨大的电流变化,非常容易产生火花,换向器和电刷限制了直流电动机的容量和速度,使得直流电动机的调速遇到了瓶颈。

  对于无刷直流电机,调速的时候表面上只控制了输入电压,但电机的自控变频调速系统(无刷直流电机本身自带转子位置检测器等转子位置信号获取装置,使用此装置的转子位置信号来控制变压变频调速装置的换相时刻)自动根据变压控制了频率,用起来和直流(有刷)电机几乎一样,非常方便。

  由于转子采用永磁体,不需要专门的励磁绕组,在同等容量的情况下,电机体积更小,重量更轻,效率更高,结构更紧凑,运行更可靠,动态性能更好,在电动汽车的驱动等方面都获得了广泛的应用。

  电机的外壳是定子,定子上有三相对称交流绕组,由于三相电顺序变化,形成一个旋转的合成磁场,磁场的旋转速度就是同步转速。

  同步转速n=60f/p,f是频率,p是极对数,比如对于接入国家电网50Hz的2极电动机(即极对数为1对),那么转速n=60*50/1=3000r/min。同理,4极,6极,8极电机同步转速为1500,1000,750 。

  异步电机机构简单,转子为闭合线圈,比如鼠笼式。转子线圈将切割旋转磁场,产生感应电动势,进而产生感应电流,最后产生旋转磁场,这样转子就变成了一个电磁铁,将跟随定子磁场旋转,所以转子的转速必然<定子的旋转磁场,这样才能切割磁感线。即转子的异步转速<同步转速,转子与定子磁场存在转速差,所以称之为异步电机。

  不同厂家生产的异步电机额定转速略有差异,2极电机约2800+r/min,4极,6极,8极异步约为1400+,950+,700+。异步电机空载时转速高,有负载时转速下降。

  如果让转子速度=定子磁场旋转速度,就成为了同步电机,此时就需要把定子变成一个电磁铁或永磁铁,即给定子通电,此时不需要再切割磁感线就能旋转,旋转速度与磁场旋转速度相同,即形成同步电机。

  同步电机转子结构比异步电机复杂,价格高,在生产生活中应用不如异步电机广泛,主要用于发电机上,现在火电站,水电站等的汽轮机、水轮机基本都是同步电机。

  理论上异步电动机控制交流电频率、电压、或者转子的电阻、电机的磁极分布都可以调速,但是实际上实现无极调速用调节频率和电压的方法实现。由于调压调速范围不大,一般只能用在调速要求不高的场合,应用并不广泛。

  变频调速:说到变频,大家可能都听说过。变频调速的全称是变压变频调速(VVVF),也就是在改变频率的时候改变电压,这样异步电动机的调速范围就足够大了。

  变频器可以分为两个大类:交交变频和交直交变频。交-交变频:将交流电直接通过电力电子器件变换为另一个频率的交流电,最高输出频率不能超过输入频率的一半,所以一般只用在低转速、大容量的系统中,可以省去庞大的齿轮减速箱。

  交-直-交变频器将交流电先整流变成直流,再通过逆变器变成可控频率和电压的交流,配合PWM技术,这种变频器可以实现大范围的变压变频。对于电动汽车来讲,异步电动机皮实耐用,过载能力强,控制算法又如此成熟,完全可以拿来用。

  同步电机没有转差率,在结构确定的情况下,控制电压不能改变转速,所以在变频器出现之前,同步电动机是完全不能调速的。

  变频器的出现让交流同步电动机也有了巨大的调速范围,因其转子也有独立励磁(永磁体或者电励磁),其调速范围要比异步电动机更宽,同步电动机焕发了新的生机。

  对于他控变频调速,和异步电动机的变频调速类似,也可以根据其数学模型采用SVPWM等控制方式来实现控制,其性能还要优于普通交流异步电动机。

  自控变频同步电动机在发展过程中曾经有多种名字,比如无换向器电机;当采用永磁体且输入三相正弦波时,可以称为正弦波永磁同步电动机;而如果输入方波,那么就可以称为梯形波永磁同步电动机,没错,这就是类似于之前说的的无刷直流机(BLDM),大家是不是感觉饶了个大圈又转回去了,但是你现在对于变频变速的理解一定更深一步了,所以无刷直流电机时采用直流输入,但是使用了同步电机的变频技术(结构与永磁同步电机相同),在Model3上就采用了直流无刷电机。

  单相交流串励电动机,俗称串励电机或通用电机(UniversalMotor,因交直流通用而得名),电枢绕组和励磁绕组串联在一起工作。

  单相串励电动机又叫做交直流两用串励电动机,它既可以使用交流电源工作,也可以使用直流电源工作。

  单相串励电动机的优点是由于它转速高、起动力矩大、体积小、重量轻、不容易堵转、适用电压范围很广,可以用调压的方法来调速,简单且易于实现。因而在电动工具中得到广泛的应用,如角磨机、手电钻等。

  单相串励电机的结构同直流串励电机十分相似,主要的区别在于单相串励电机的定子铁心必须由硅钢片叠压而成,而直流的磁极既可以由叠压而成,又可以做成整体结构。

  单相串励电机的调速,大多数采用调节电压的方法,就是改变电动势。单相串励电机的电压调速方法采用的可控移相调。

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