无刷直流电机和有刷直流电机的区别

通常,直流电动机可分为有刷和无刷直流电机,不同类型的直流电机具有不同的速度,转矩以及应用于不同的领域,总体来看这两种不同类型的直流电机都可以用于商业和家庭应用领域。 然而,这些电机相互之间有些什么区别呢? 而这些电机相互对比又有哪些各自的优点呢? 下面,让我们一起来详细了解。

直流电机简介

电机已成为我们生活中不可或缺的一部分。 我们可以在大多数设备中找到电机,无论是电动汽车,机器人,无人机还是家用电器。 直流电机作为原动机带动各类机械工作,向负载输出机械能,当输出需要旋转时,电机起到很关键的作用。 直流电机是输入电流为直流电的电机。

根据结构差异,直流电机可分为无刷直流电机和有刷直流电机。

尽管它们以相同的方式工作,但它们在结构、性能特征和控制方面有所不同。

直流电机的工作原理

直流电机基于简单的电磁原理工作。 “当垂直放置在磁场中时,载流导体将受到一个力,该力的方向垂直于载流导体和磁场的方向。”

下面,我们将研究有刷和无刷直流电机之间的结构差异,以及这些差异如何在其优势中发挥至关重要的作用。

无刷直流电机与有刷直流电机的结构差异

有刷直流电机是最简单最早的电机。 有刷直流电机由电枢绕组,定子换向器,永磁体或电磁铁以及电刷组成。 转子被封闭在定子内部,直流有刷电机的定子也包含永磁体或电磁体。                 

电刷由碳制成,当轴旋转时,它们与换向器接触。 当电枢线圈与定子的北极和南极对齐时,换向器的作用是使电流方向反向。 换向器通过向自身提供电源并旋转电流来改变电流极性。 这种反向电流现象也称为机械反向。

无刷直流电机的工作原理与有刷直流电机的工作原理相同,但结构不同。 在无刷直流电机中,定子包含由开缝层压钢板制成的线圈绕组,转子装有永磁体。 这意味着作为无刷直流电机的旋转部分的定子被固定在无刷直流电机中,而永磁体被固定在作为转子的无刷直流电机中。 无刷直流电机也没有机械换向器或碳刷。

无刷直流电机的开关比有刷直流电机的开关复杂得多,因此它在电子上使用电子组件。 这些电子组件通常将传感器沿着磁极放置。 这些传感器向控制中心提供反馈,这有助于估计转子位置。 有三种基于传感器的换向算法:正弦换向,梯形换向和矢量控制或磁场控制。

上面的解释了无刷和有刷直流电机在原理和结构上的差异。 基于这些差异,我们将发现这些电机提供的一些独特优势。

无刷直流电机与有刷直流电机特性比较

有刷直流电机便宜,可靠,并且具有较高的转矩惯量比,有刷直流电机适合在恶劣条件下工作。 但是直流有刷电机的缺点是,由于连续接触式电刷会随着时间的流逝而磨损,因此需要定期清洁或更换。 因此,如果应用需要较长的使用寿命并且需要一段时间后需要维护,则有刷直流电机不是一个明智的选择。

与不需要任何控制器的有刷直流电机相比,无刷直流电机的驱动由于需要控制器而变得复杂。有刷直流电机也可以连接到Arduino控制器,但是无刷直流电机连接到Arduino控制器比较复杂,无刷直流电机使用电子速度控制器作为微控制器的接口。由于设计的复杂性,无刷直流电机的成本增加,使得它们比有刷直流电机更昂贵。

此外,有刷直流电机的最大速度较低,这限制了其适用性。 有刷直流电机的散热也很差。 相比之下,无刷直流电机不会发热,因为无刷直流电机中没有滑动部件,并且转子内部产生的热量被无刷直流电机的较大电机外壳散发,并且它们没有摩擦力并且可以提供 更好的性能。 与有刷直流电机相比,无刷电机具有更好的性能和更高的效率。 此外,无刷直流电机的维护成本低,并且没有磨损的电刷。

小结 

无刷和有刷直流电机都在工业中使用。 如果我们不考虑效率和维护,则首选有刷直流电机。 而于无刷电机而言,无刷直流电机的初始成本较高,但比有刷直流电机更易于维护。 

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