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电机科普|之直流有刷电机与无刷电机

作者:音曼顿 浏览: 发表时间:2022-05-18 10:59:17


常用的直流电机有刷直流电机、无刷直流电机、直流减速电机、直流伺服电机(又称舵机)、步进电机。


这篇文章不讲程序,只讲电机的原理和结构,因为我发现各种厂家的电机驱动板都会提供驱动程序demo,对于小白来说,虽然可以驱动,但只知道,不知道为什么,总是感到不舒服。几乎每个品牌都没有解释电机的原理和结构,当然,这不是他们的义务。经过一段时间的在线学习和收集,我在这里分享了各种常用电机的基本知识。

1.直流电机


我想每个人都见过上面的电机。这就是我小时候经常玩的四轮驱动。我以前叫它电机。哈哈,根本没有电机的概念。我只知道如何通电转动它。事实上,它有一个刷直流电机。这种直流刷电机的主要特点是可以快速连续旋转。广泛应用于驱动遥控模型车轮。最常见的型号是130,所以很多朋友也会称这种电机为130电机。直流电机工作原理。


直流电机内固定有环永磁体,电流通过转子上的线圈产生安培力。当转子上的线圈与磁场平行时,继续转动的磁场方向会发生变化。因此,转子末端的刷子与转换片交替接触,线圈上的电流方向也会发生变化,产生的洛伦兹力方向也会保持不变,因此电机可以保持一个方向旋转。直流发电机的工作原理是将电枢线圈中感应的交变电动势与刷子的换向相结合,使其从刷子末端引出时变为直流电动势。感应电动势的方向根据右手定则确定(磁感线指向手掌,拇指指向导体运动方向,其他四个指向为导体中感应电动势的方向)。导体受力的方向由左手定则确定。这对电磁力形成了一个作用于电枢的力矩,在旋转电机中称为电磁力矩。扭矩的方向是逆时针方向,试图使电枢逆时针方向旋转。如果有刷子直流电机上的阻转矩,则可以克服电枢上的阻转矩。


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。


刷电机采用机械换向,磁极不移动,线圈旋转。当电机工作时,线圈和换向器旋转,磁钢和碳刷不旋转,线圈电流方向的交替变化由电机旋转的换向器和刷完成。

随着电机的旋转,不同的线圈或同一线圈同一线圈的不同两极通电,使线圈产生磁场N-S最接近永磁铁定子的永磁铁定子N-S非常合适的角度差异,磁场异性吸力,同性排斥,产生力量,促进电机旋转。碳电极滑动在线圈接线头上,就像刷子在物体表面刷一样,所以它被称为碳刷。


相互滑动,会摩擦碳刷,造成损耗,需要定期更换碳刷;碳刷与线圈接线头之间通断交替,会发生电火花,产生电磁破,干扰电子设备。


无刷直流电机


在无刷电机中,换相工作由控制器中的控制电路(通常是霍尔传感器 控制器,更先进的技术是磁编码器)完成。


无刷电机采用电子方向,线圈不移动,磁极旋转。无刷电机,是使用一套电子设备,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,及时切换线圈中电流的方向,以确保磁力的正确方向,以驱动电机。消除了刷电机的缺点。这些电路是电机控制器。无刷电机的控制器还可以实现一些无法实现的功能,如调整电源切换角、制动电机、逆转电机、锁定电机、使用制动信号停止供电。现在电池车的电子报警锁已经充分利用了这些功能。


刷直流电机和无刷直流电机有区别


1.适用范围无刷电机:通常用于控制要求高、速度高的设备,如模型航空模具、精密仪器仪表等严格控制电机速度、速度高的设备。碳刷电机:电力设备通常使用刷电机,如吹风机、工厂电机、家用油烟机等。此外,串联激励电机的速度也可以很高,但由于碳刷磨损,使用寿命不如无刷电机。


2.无刷电机的使用寿命通常使用寿命为数万小时,但由于轴承的不同,无刷电机的使用寿命也有很大的不同。碳刷电机:通常刷电机的连续工作寿命超过数百至1000小时,需要更换碳刷才能达到使用极限,否则容易造成轴承磨损。


3.无刷电机的使用效果:通常是数字变频控制,可控性强,从每分钟几转到每分钟几万转都很容易实现。碳刷电机:旧碳刷电机一般启动后工作速度恒定,调速不容易。串激电机也可以达到2万转/分,但使用寿命会比较短。


4.相对而言,无刷电机比串激电机节能得多,最典型的是变频空调和冰箱。


5.在未来的维护中,碳刷电机需要更换碳刷。如果更换不及时,会对电机造成损坏。无刷电机使用寿命长,通常是刷电机的10倍以上,但如果损坏,需要更换电机,但基本不需要日常维护。在了解了直流电机的原理和类型后,DC减速电机开始学习DC减速电机的驱动。与DC电机相比,DC电机增加了减速器。



光DFRobot有几十种直流减速电机,不要害怕,哈哈,事实上,它非常简单。它只是在直流电机的基础上添加了一个减速器。那么什么是减速器呢。我们知道直流电机通常转得非常快。一般来说,直流电机的转速是每分钟数千转。例如,当我们还是个孩子的时候,我们玩四轮驱动并安装电池时,它被称为快速,根本无法赶上。然而,许多工厂场景不需要这么快,所以我们需要减速电机。事实上,我们需要在电机旁边添加减速器(在我看来,我们需要添加一些齿轮)。减速器减速器是一种相对精确的机械部件。使用它的目的是降低速度和增加扭矩。减速后的直流电机扭矩增加,可控性更强。根据不同的传动等级,可分为单级和多级减速器;根据传动类型,可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。


齿轮减速器: 体积小,传动扭矩大,但有一定的回程间隙。


蜗杆减速器:具有反向自锁功能,减速比大,但一般体积大,传动效率低,精度低。


行星减速器:结构紧凑,回程间隙小,精度高,使用寿命长。额定输出扭矩可以很大,但价格稍微贵一点。以上是直流电机中刷子和无刷电机最基本的总结。至于驱动,实际上可以在正极和负极的两端添加适当的电压,但这种控制非常不准确。




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