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?浅谈各种不同类型的直流电机、交流电机特点


??在各种需要动力的电子电气产品中,小到个人护理产品大到工业设备都需要电动机来驱动,电机简单的可分为直流电机与交流电机,下面天孚微电机综合一部分电动机资料供大家参考。



一、同步电机与异步电机


1.转子转速与定子旋转磁场转速是相同的为同步电机;


2.转子转速与定子旋转磁场转速是相同的为异步电机。


注:只有交流电机才会有同步和异步的概念。


微型电机


1)同步电机


①原理:通过磁场沿着磁路最短的方向上走实现转子和定子旋转磁场磁极一一对应,所以转子转速和旋转磁场转速相同;

②特点:同步电机不管是作为电动机用还是发电机用,转速和交流电频率之间是严格不变的,而且电机的转速恒定,不会受负载变化影响。



2)异步电机


①原理:电机是靠感应来实现运动的,定子的旋转磁场切割鼠笼,使其产生感应电流,电流受力后使转子旋转。注,电机转速转速和定子旋转磁场转速必须要有转速差才能形成磁场切割鼠笼,产生感应电流;

②特点:电机转子绕组不需与其他电源相连,其定子电流直接取自交流电力系统,电动机的结构简单,制造、使用、维护方便,运行可靠性高,重量轻,成本低。



3.同步电机与异步电机的区别


①同步电机能发出无功功率,同时也可以吸取;异步电机只能吸取无功。

②同步电机的转速和交流工频50Hz电流同步;异步电机的转速则滞后,转速如下表所示


电机类型

转子极数

转速

同步电机

2极

3000RPM

4极

1500RPM

6极

1000RPM

异步电机

2极

2880RPM

4极

1440RPM

6极

960RPM


③同步电机电流在相位上是超前于电压的,也就是同步电机是一个容性负载。

④同步电机在通电的瞬间,电机的转子励磁绕组是静止的,所以同步电机是无法直接启动的。

 


4.永磁、电磁、感磁定/转子


①永磁直流电机:采用永磁铁为材料;

②电磁:通电线圈;

③感磁:无电闭合绕组、鼠笼。

永磁与电磁在多数情况下是可以互换的,三相同步电机常用电磁和永磁铁共用于转子,感磁则用于需要有旋转磁场的场合才能用。

 


5. 有刷直流电机与无刷直流电机


直流电机有刷和无刷区别非常之大,前面有文章先容过,下面也会重点讲下(天孚微电机主要是研发有刷直流微电机的)。



二、电机的分类


大家把电机分为直流电机与交流电机两类,即直流电机通过直流电机驱动;交流电机通过交流电机驱动,下面天孚微电机对这两种类型电机的结构、调速方式及特点来详细讲解。


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1. 直流电机


1)有刷直流电机


①直流电机结构

转子:转子上有铜线绕组;

定子:使用永磁或电磁,励磁方式有串励、并励、他励、复励。


②启动?

直流电机只要通入直流电就能转动。


③换向方式

永磁直流电机通过换向器与电刷的摩擦接触,改变定子或转子电流的方向。


④调速方式

直流电机的调速方法是所有电机中,非常简单的,通过调节转子的电压就可以调速,如需要精准调速增加编码器即可。


⑤优点与缺点

有刷直流电机在于启动转矩大,调速方便,成本低的优点,不过由于在电机的转子上装有换向器,在运转时会和电刷不断的摩擦,所以使用寿命较磁短,像一些高寿命的应用,有刷直流电机是无法满足的,大点的有刷直流电机还需要定期的维护/更换碳刷,维护工作量太大。



2)无刷直流电机


①直流电机结构

转子:永磁结构

定子:绕组、霍尔传感器


②启动

驱动器EN接地打开


③换向方式

电子换向,无刷直流电机没有电刷和换向器,通过霍尔传感器实现电子换向,这也是无刷直流电机名称的由来。


④调速控制方式

常见的是以6个MOSFET搭配成全桥电路,并以控制电路、驱动电路组合。硬件方面概述起来,主要包含以下几个版块:全桥驱动电路、霍尔反馈电路、电流采样电路等。App实现上,可以使用方波、或者正弦波(PMSM)方式控制。


⑤优点与缺点

无刷直流电机转速高、使用寿命也极长,几乎有刷直流电机的缺点无刷直流电机都补全了,但是无刷直流电机的成本高、控制调速比较复杂,所以除非是有刷直流电机参数无法满足,一般用是的还是有刷电机。


直流电机换向器/碳刷


2. 交流电机


1)单相交流串励电机


①电机结构

转子+定子。


②启动方式

与直流电机一样,通电就可运转。


③换向方式

改变定子/转子线圈接法。


④调速方式

通过调节电压调速。


⑤优点

这种电机可以用交流电也可以用直流电机,而且转速高、起动力矩大、体积小、重量轻、不容易堵转、适用电压范围很广,很多优点与直流电机类似。



2)单相交流异步电机


①电机结构

转子(鼠笼);

定子:运行绕组、启动绕组。


②启动

这种电机有3种启动方式:

(a) 电机启动绕组参与运行,运转速度保持定值;

(b) 电机启动绕组不参与运行,启动后离心开关断开启动绕组,但电动机以运行绕组线圈继续工作;

(c) 电机启动绕组串连大容量电容启动,在起动后串联小容量电容运转。


③换向方式

单相电动机有两组线圈,有一个公共端,一个运行端,一个启动端,电容接在运行端和启动端之间。

(a)电源接在公共端和运行端时,电机正转;

(b)电源接在公共端和启动端时,电机反转;

只有运行线圈和启动线圈截面积一样的单相可逆电机,才能正反转,否则反转不能带负荷。


④调速方式

(a)串电抗器调速;

(b)电动机绕组内部抽头调速;

(c)交流晶闸管调速;

(d)变频器调速;

(e)变极调速。


⑤优点

一般运行绕组直流电阻为几Ω,而起动绕组的直流电阻为十几Ω~几十Ω。



3)单相交流罩极电机


①电机结构

鼠笼转子;

定子:运行绕组、阻断路环。


②启动

通电即可旋转。


③换向方式

无换向。


④调速方式

调压调速。


⑤优点

电机根据定子外形结构的不同,又分为凸极式罩极电动机隐极式罩极电动机。



4)电阻分相式电机


①电机结构

鼠笼转子;

定子:大绕组+小绕组


②启动

通电即可旋转。


③换向方式

改变定子主或辅绕组接入方向换向。


④调速方式

无法调速。



5)三相异步电机


①电机结构

鼠笼转子;

定子:绕组。


②启动

星三角启动、降压启动。


③换向方式

交换定子三相中任意两个接头的接线。


④调速方式

调速困难。


⑤优点

电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速旋转,存在转差率,电机转子的转速低于旋转磁场的转速,转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流,并与磁场相互作用产生电磁转矩,实现能量变换,缺点是调速困难。



6)绕线式三相异步电机


①电机结构

转子:绕组+滑环(3个);

定子:绕组。


②启动

(a) 转子串电阻调速启动;

(b) 转子串频敏变阻器调速启动;

(c) 转子串极调速启动;

(d) 转子串水电阻调速启动;

(e) 转子串变频调速启动。


③换向方式

交换定子三相中任意两个接头的接线。


④调速方式

与启动方式一样。


⑤优点

绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能(启动电流小)和调节电动机的转速,适合启动时间较长、频繁启动的场所。



7)三相同步电机


①电机结构

转子:

(a) 永磁+鼠笼【无滑环】;

(b) 直流励磁绕组+鼠笼【有滑环】。

定子:绕组。


②启动

电机需要有鼠笼部分才能启动,且启动后鼠笼内无感应电流,同步电机是无法直接启动的。


③换向方式

交换定子三相中任意两个接头的接线。


④调速方式

无法调速。


⑤优点

电机无论作为电动机还是发电机使用,其转速与交流电频率之间将严格不变。同步电机转速恒定,不受负载变化影响。



以上内容就是部分直流电机、交流电机的优点及启动方式等常识,更多有关直流电机资讯,请继续关注天孚微电机。

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