电动机怎么分有刷和无刷?

随着大众认知度越来越高,市场竞争显而易见的异常激烈,不少企业和商家除了在产品价格和外观上大肆做文章外,对于电机有刷和无刷的宣传,而无刷电机的宣传则是其中一大亮点。当您看到这个名词时,你不禁会想既然有无刷,那肯定有有刷,那么有刷和无刷的区别到底在哪里呢?下面我来详细介绍下它们。

首先我们来了解下有刷电机和无刷电机的含义:

有刷电机是内含电刷装置的将电能转换成机械能(电动机)或将机械能转换成电能(发电机)的旋转电机。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。无刷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,所以不会象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。

电动车有刷电机和无刷电机的区别:

无刷电机:通常被使用在控制要求比较高,转速比较高的设备上,如航模,精密仪器仪表等对电机转速控制严格,转速达到很高的设备上。

有刷电机:通常动力设备使用的都是有刷电机,如吹风机、工厂的电动机、家用的抽油烟机,自平衡电动车上等等。

无刷电机:通常是数字变频控制,可控性强,从每分钟几转,到每分钟几万转都可以很容易实现。有刷电机:旧碳刷电机一般启动以后工作转速恒定,调速不是很容易,串激电机也能达到20000转/分,但是使用寿命会比较短。

3、有刷电机是传统产品,性能比较稳定。

无刷电机是升级产品,其寿命性能比有刷电机好。但其控制电路比较复杂,对元件的老化筛选要求比较严格。虽然电机寿命长但控制电路容易出毛病。因此选用无刷电机要经过严格的可靠性试验以确保质量电动车相对可取性有刷更好。有刷电机被国内大多数自平衡仪生产厂家所选用,它采用碳刷作为电机电源的两个触点,利用调速转把和控制器来控制,通过齿轮二次减速及超越离合器来达到电动自行车0-20公里/小时的无极调速。采用的这种有刷高速电机含金量高,电机减速齿轮强度较强,耐磨性好,设计合理,故返修率较低;而且维修更换齿轮和电机的成本较少,有效的降低了自平衡电动车的维修费用;并且有刷电机可以通过超越离合器和

4、飞轮实现轻松人力骑行。有刷电机就是采用电刷机械换向!无刷电机:

被自平衡电动车生产厂家采用的一般都是无刷无齿电机。它的转速控制系统的造价比有刷高速电机的转速控制系统要高,控制器在使用中容易发生故障。装有无刷电机的自平衡电动车生行驶速度必须到35公里/小时以上时,才能发挥其最佳的工作效率,但是我们知道自平衡电动车生作为非机动车来管理,时速必须在20公里/小时以下,故无刷电机被自平衡电动车生选用降低了工作效率,可取性不强。它被采用的主要一点是噪音小。无刷电机就是采用电子线路换向!有检测元件检测极性!

市场上目前自平衡电动车普遍是有刷电机,毕竟它的速度要控制在20KM/h以下,可取性有刷电机更好!还有在实际生产过程中,由于有刷有齿直流电机是高速电机,齿轮的齿很小,易磨损,但力量大,爬坡能力强。而无刷直流电机,在使用过程中省去了二、三年换碳刷的麻烦。但由于在控制无刷电机的过程,要求精度极高。而且,无刷电机控制器的价钱也较高。相比之下有刷无齿的直流电机,虽然要更换碳刷,但更换碳刷是十分容易的,而且电机的控制较为简单,电机运转平稳,安全系数高。

【导读】随着对低能耗、高安全性、高可靠性和精确控制的需求不断提升,工业自动化的工业驱动日趋复杂,需要尖端的电机技术的支持。本期大讲台将详细解读直流有刷电机和直流无刷电机的优缺点、设计要素等相关内容。

直流电动机是依靠直流工作电压运行的电动机,广泛应用于收录机、录像机、影碟机、电动剃须刀、电吹风、电子表、玩具等。

刷式直流电机是现有历史最久的电机拓扑之一。它们将固定刷子***在定子机座上,摩擦转子上的换向片,而后者又连接至旋转的线圈段。随着电机旋转,不同转子线圈不断连接和断开,这样转子产生的净磁场相对于定子机座就是固定的,且通过定子磁场正确定向,从而产生扭矩。当换向片旋转过刷子时,这些特定转子线圈段的电触头将会断开。由于转子线圈是电感的,而电感器生成高回扫电压来抵抗电流变化,因此刷子和断开的换向片之间会产生火花。这些火花会导致很多负面结果,如电噪声、效率降低,以及某些情况下的危险操作。此外,刷子必须***弹簧来抵抗换向片,以确保电接触良好。这进一步降低了效率,需要定期维护更换刷子。

尽管有诸多劣势,但刷式直流电机有一显著优势:成本。由于控制刷式直流电机相对简单,因此还广泛用于系统成本是主要驱动因素的应用中。在使用永久磁性生成定子磁通的拓扑中,产生的速度/扭矩曲线非常有线性特征。因此,刷式直流电机历来常用于工业伺服应用,速度和扭矩分别与所应用的电压和电流成正比。但是,半导体器件的跌价使得电源转换和控制的成本降低。因此,许多直流电机被交流电机所取代,后者带来了效率和可靠性提高等优势。

刷式直流电机的主题多种多样,如直流并联电机和通用电机,两者都使用定子线圈代替永久磁性。在直流并联电机中,定子线圈与转子电路并联;而在通用电机中,定子线圈与转子串联。通用电机在家电应用中尤其常用,因为它具有高启动扭矩,可以高速运行。只需添加串联晶闸管并进行交流相位控制,便可轻松对通用电机进行速度控制。但是,刷子/换向器结构常见于这些电机类型,因此它们具有标准 PM 刷式直流电机相同的劣势。

无刷直流(BLDC)电机可以想像成与刷式直流电机截然相反,其中永久磁性在转子上,而绕线在定子上。因此,该电机没有刷子和换向器,消除了与刷式直流电机产生火花相关的劣势。


图题:无刷直流电机 (BLDC)

该电机被称为直流电机,是因为其线圈通过直流电源驱动,而直流电源是按预定顺序的形式应用到不同的定子线圈。 这一过程称为换向。但是,BLDC 并不恰当,因为该电机实际上属于交流电机。 在电路循环过程中,每个线圈中的电流正负交替。定子一般是凸极结构,旨在产生梯形反电动势波形,尽可能符合所应用的换向电压波形。但是实际上很难做到,产生的反电动势波形通常更像正弦,而非梯形。因此,PMSM 电机使用的许多控制技术(如场定向控制)同样适用于 BLDC 电机。

对BLDC电机的另一个误解是关于其如何驱动。不同于开环步进应用中驱动的定子线圈决定转子位置,在 BLDC 电机中,转子位置决定要驱动哪个定子线圈。定子磁通矢量位置必须与转子磁通矢量位置保持同步(而非相反),以使电机操作顺畅。要实现这一目的,需要了解转子位置来确定要驱动的定子线圈。现有多种技术可实现这一目的,但最常用的技术是使用霍尔效应传感器监控转子位置。遗憾的是,这些传感器及其相关连接器和线束会增加系统成本,并降低可靠性。

为减少这些问题,已有多种技术开发出来用于消除这些传感器,进而实现无传感器操作。 多数技术依靠在电机旋转时,从定子绕线的反电动势波形中提取位置信息。 但是,依靠反电动势传感的技术在电机旋转缓慢或静止时便无用武之地,因为此时反电动势波形很弱或根本不存在。因此,我们不断开发新技术,以在低转速或零转速时从其他信号中获取转子位置信息。

BLDC 电机在效率额定值方面占绝对优势,一般可达到 95% 左右。 当前对新非晶合金材料的研究正在将这一数字推向新高。已有报道称 100W 范围内效率为 96%。 BLDC 电机还在争夺"世界最快电机"之称,部分电机速度可达到数十万 RPM(其中一项应用中已报道 400K RPM)。

最常用的 BLDC 电机拓扑使用 3 相定子结构。 因此,标准的 6 晶体管反向器是最常用的功率级,如图所示。根据运行要求(有传感器与无传感器、换向与正弦、PWM 与 SVM 等),有很多不同的方法可驱动晶体管来达到所需目标,此处不一一列举。这对一般位于微控制器中的 PWM 发生器的灵活性提出了极高要求。

优点:a) 变速平稳,几乎感觉不到振动;
b) 温升低,可靠性好;
c) 价格低,所以被较多厂家选用。

缺点:a) 碳刷易磨损,更换较为麻烦,寿命短;
b) 运行电流大,电机磁钢易退磁,降低了电机与电池的作用寿命。

优点:a) 电子换向来代替传统的机械换向,性能可靠、永无磨损、故障率低,寿命比有刷电机提高了约6倍,代表了电动车的发展方向;
b) 属静态电机,空载电流小;

缺点:a) 低速起动时有轻微振动,如速度加大换相频率增大,就感觉不到振动现象了;
b) 价格高,控制器要求高;
c) 易形成共振,因为任何一件东西都有一个固有振动频率,如果无刷电机的振动频率与车架或塑料件的振动频率相同或接近时就容易形成共振现象,但可以通过调整将共振现象减小到最小程度。所以采用无刷电机驱动的电动车有时会发出一种嗡嗡的声音是一种正常的现象。
d) 脚踏骑行时较费力,最好是电力驱动与脚踏助力相结合。

无刷直流电机选型时需参考的主要参数有以下几点:

最大扭矩:可以通过将负载扭矩、转动惯量和摩擦力相加得到,另外,还有一些额外的因素影响最大扭矩如气隙空气的阻力等。

平方模扭矩:可以近似的认为是实际应用需要的持续输出扭矩,由许多因素决定:最大扭矩、负载扭矩、转动惯量、加速、减速及运行时间等。

转速:这是有应用需求的转速,可以根据电机的转速梯形曲线来确定电机的转速需求,通常计算时要留有10%的余量。

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电动车常见故障及排除方法

1、仪表显示正常,电机不转

①闸把损坏判断②调速转把损坏判断③电机损坏判断④控制器损坏

①拔下刹把插座(常开型刹把)。如电机运转,则为刹把故障,应更换刹把。

②转把源5V电压正常,检测转把信号电压,转动转把,信号电压应在0.8~4.2V由低向高变化。如电压无变化且小于1V,则为转把故障或转把线有短路。如电压大于1V且变化正常,检测电机霍尔信号(黄、绿、蓝线)。如三相霍尔信号线电压全部为5V且接触良好,则电机霍尔损坏,应更换电机或电机霍尔元件。

③分别检测电机霍尔信号线,用手慢慢转动电机,每相电压应在0~5V之间变化,如电压无变化则为电机霍尔损坏,应更换电机或电机霍尔元件。如每相电压变换正常,且供电正常,则控制器损坏,更换控制器。

④用万用表检测控制器电源输入端电压,电压应大于36V(电池充足电),如无电压,应检查输入线。检查控制器转把电源电压(接转把的红、黑线),正常电压在5~6V,如无5V 电压,拔下转把插座,电压恢复5V,则可能为电机霍尔元件短路,如仍无5V电压,则为控制器故障,应更换控制器。

⑤首先检查调速转把和电机霍尔开头有无短路,一般下雨受潮后更容易造成接头短路,因此要注意转把接头防水,若控制器损坏后更换新控制器前首先应检查转把和电机霍尔开关是否短路?否则会造成更换控制器连续损坏!

⑥或电机不转,重点检查电机霍尔开关和转把信号,若一通电,控制器外壳很烫,一般是控制器内部功率管短路,应立刻切断电源。

①电池电压在欠压临界状态。②电池接头接触不良。③调速转把线线要断未断。④刹车断电开关出现故障。⑤电源锁损坏接触不良。⑥线路接插件接插不良。⑦控制器内元件焊接不牢。⑧电机内炭刷及导线线组有虚焊。

①检测电池电压,给电池补充电。②调整或更换插头。③重新连接调速转把引线。④调整或更换刹车断电开关。⑤更换电源锁。⑥重新插接线路。⑦更换控制器。⑧更换电机。

3、电机不转,仪表无显示

①熔断丝管烧坏。②电池损坏。③电池线虚焊断路。④电源锁坏。⑤电池触点或插头接触不良。

(2)故障排除:用万用表电压挡检测电池输出电压,如无电压,检查熔断丝管和熔断丝座、电池、电池连接线有无开路,如电池输出端电压正常,应检查控制器电源输入端电压,如无电压,检查电门锁和线缆有无断线、插接不良。

(1)故障原因①调速转把损坏。②电池容量不足或充不进电。③控制器出现故障。④电机出现故障。

(2)故障排除①检测调速手抱调速信号线(绿线)电压,转把在最大角度时,调速端电压应为4.2V。如小于此电压,会导致电极转速成慢,应更换调速手把。②给电池补充电。③更换控制器或电机。

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