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一文看懂有刷直流电机与无刷直流电机工作原理!

更新时间:2023-07-25 点击量:312

一、有刷直流电机工作原理

下面这个是LearnEngineering制作的动画,讲解的是直流电机的工作原理,就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

直流有刷电机是大家最早接触的一类电机,中学时物理课堂上介绍电动机也是以它为模型来展示的。直流有刷电机的主要结构就是定子+转子+电刷,通过旋转磁场获得转动力矩,从而输出动能。电刷与换向器不断接触摩擦,在转动中起到导电和换相作用。

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具体我们从动图就能很好理解,在磁场中放置线圈,通过流动的电流,线圈会被一侧的磁极排斥,同时被另一侧磁极所吸引,在这种作用下不断旋转。在旋转过程中令通向线圈中的电流反向流动,使其持续旋转。电机中有个叫"换向器"的部分是靠"电刷"供电的,"电刷"的位置在"转向器"上方,随着旋转不断移动。通过改变电刷的位置,可使电流方向发生变化。换向器和电刷是DC电机的旋转所*结构。

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直流有刷电机是所有电机的基础,它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点。


二、无刷直流电机工作原理

简单的说一下无刷电机(BLDC电机)。



LearnEngineering制作的动画,讲解了无刷直流电动机的工作原理。无刷直流电机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器(可有可无)组成!


无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。

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无刷就是有刷电机中的“电刷"没有了,电刷在有刷电机里扮演的角色是通过换向器向转子里的线圈通电。那么没有电刷的电机是如何向转子里的线圈通电的呢?



原来无刷电机采用永磁体来做转子,转子里是没有线圈的。由于转子里没有线圈,所以不需要用于通电的换向器和电刷。取而代之的是作为定子的线圈。


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无刷电机的起源从头来讲也是比较简单的:大部分有刷直流电机的问题都来自于电刷。电刷可能打火花、磨损、产生很强的噪音并产生很大一部分功耗,导致速度被严重限制,且不容易冷却。这意味着您不能在任何易燃物周围、需要长使用寿命、静音或高效率的应用条件下、在任何高速或高功耗系统中使用有刷直流电机。这都是电刷显著的缺点,取消电刷就可以解决这些问题,但是不好的地方是同时消除了机械换向。

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缺乏机械换向会造成其它问题,因为电机需要换向。无刷电机使用电气换向,这种换向方式下,您需要确保电机中的电流始终产生一个可以移动转子的磁场。但是看看下图,需要先知道转子在哪里,才能考虑如何施加电流来移动转子。

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线圈不动,磁极旋转。无刷直流电机,通过霍尔元件,感知永磁体磁极的位置,根据这种感知,使用电子线路,适时切换线圈中电流的方向,保证产生正确方向的磁力,来驱动电机。

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少了电刷,无刷直流电机的磨损主要是在轴承上了,从机械角度看,无刷直流电机几乎是一种免维护的电动机了,必要的时候,只需做一些除尘维护即可。

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