有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)的工作原理介紹及它們的區(qū)別詳細(xì)說(shuō)明

在如此先進(jìn)的自動(dòng)化時(shí)代，離不開一樣?xùn)|西，那就是電機(jī)。今天就來(lái)談?wù)勲姍C(jī)是如何工作的。

一、有刷電機(jī)工作原理

有刷電機(jī)是大家最早接觸的一類電機(jī)，中學(xué)時(shí)物理課堂上介紹電動(dòng)機(jī)也是以它為模型來(lái)展示的。

有刷電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)：定子+轉(zhuǎn)子+電刷，通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)獲得轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，從而輸出動(dòng)能。電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉(zhuǎn)動(dòng)中起到導(dǎo)電和換相作用。

有刷電機(jī)采用機(jī)械換向，磁極不動(dòng)，線圈旋轉(zhuǎn)。電機(jī)工作時(shí)，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的換相器和電刷來(lái)完成的。

在有刷電機(jī)中，這個(gè)過(guò)程是將各組線圈的兩個(gè)電源輸入端，依次排成一個(gè)環(huán)，相互之間用絕緣材料分隔，組成一個(gè)象圓柱體的東西，與電機(jī)軸連成一體，電源通過(guò)兩個(gè)碳元素做成的小柱子（碳刷），在彈簧壓力的作用下，從兩個(gè)特定的固定位置，壓在上面線圈電源輸入環(huán)狀圓柱上的兩點(diǎn)，給一組線圈通電。

隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，不同時(shí)刻給不同線圈或同一個(gè)線圈的不同的兩極通電，使得線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)的N-S極與最靠近的永磁鐵定子的N-S極有一個(gè)適合的角度差，磁場(chǎng)異性相吸、同性相斥，產(chǎn)生力量，推動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。碳電極在線圈接線頭上滑動(dòng)，象刷子在物體表面刷，因此叫碳“刷”。

相互滑動(dòng)，會(huì)摩擦碳刷，造成損耗，需要定期更換碳刷；碳刷與線圈接線頭之間通斷交替，會(huì)發(fā)生電火花，產(chǎn)生電磁破，干擾電子設(shè)備。

二、無(wú)刷電機(jī)工作原理

無(wú)刷電機(jī)中，換相的工作交由控制器中的控制電路（一般為霍爾傳感器+控制器，更先進(jìn)的技術(shù)是磁編碼器）來(lái)完成。

無(wú)刷電機(jī)采取電子換向，線圈不動(dòng)，磁極旋轉(zhuǎn)。使用一套電子設(shè)備，通過(guò)霍爾元件，感應(yīng)永磁體磁極的位置，根據(jù)這種感應(yīng)，使用電子線路，適時(shí)切換線圈電流的方向，保證產(chǎn)生正確方向的磁力，來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，消除了有刷電機(jī)的缺點(diǎn)。

無(wú)刷電機(jī)的控制器，可以實(shí)現(xiàn)一些有刷電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)的功能，比如調(diào)整電源切換角，制動(dòng)電機(jī)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，鎖住電機(jī)，利用剎車信號(hào)，停止給電機(jī)供電?，F(xiàn)在電瓶車的電子報(bào)警鎖，就充分利用了這些功能。

無(wú)刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)象變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。

三、有刷電機(jī)與無(wú)刷電機(jī)調(diào)速方式的區(qū)別

實(shí)際上有刷和無(wú)刷電機(jī)的控制都是通過(guò)調(diào)節(jié)電壓，只是無(wú)刷直流采用電子換向，所以要有數(shù)字控制才可以實(shí)現(xiàn)了，而有刷直流是通過(guò)碳刷換向的，利用可控硅等電路控制。

1、有刷馬達(dá)調(diào)速過(guò)程是調(diào)整馬達(dá)供電電源電壓的高低。調(diào)整后的電壓電流通過(guò)整流子及電刷地轉(zhuǎn)換，改變電極產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)弱，達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。這一過(guò)程被稱之為變壓調(diào)速。

2、無(wú)刷馬達(dá)調(diào)速過(guò)程是馬達(dá)的供電電源的電壓不變，改變電調(diào)的控制信號(hào)，通過(guò)微處理器再改變大功率MOS管的開關(guān)速率，來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。這一過(guò)程被稱之為變頻調(diào)速。

四、性能差異

1、有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟

早在十九紀(jì)誕生電機(jī)的時(shí)候，產(chǎn)生的實(shí)用性電機(jī)就是無(wú)刷形式，即交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)在交流電產(chǎn)生以后得到了廣泛的應(yīng)用。但是，異步電動(dòng)機(jī)有許多無(wú)法克服的缺陷，以致電機(jī)技術(shù)發(fā)展緩慢。尤其是直流無(wú)刷電機(jī)一直無(wú)法投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，伴隨著電子技術(shù)的日新月異，直至近幾年才慢慢投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)，就其實(shí)質(zhì)來(lái)說(shuō)依然屬于交流電機(jī)范疇。

無(wú)刷電機(jī)誕生不久，人們就發(fā)明了直流有刷電機(jī)。由于直流有刷電機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)加工容易，維修方便，容易控制；直流電機(jī)還具有響應(yīng)快速、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，所以一經(jīng)問(wèn)世就得到了廣泛應(yīng)用。

2、直流有刷電機(jī)響應(yīng)速度快，起動(dòng)扭矩大直流有刷電機(jī)起動(dòng)響應(yīng)速度快，起動(dòng)扭矩大，變速平穩(wěn)，速度從零到最大幾乎感覺不到振動(dòng)，起動(dòng)時(shí)可帶動(dòng)更大的負(fù)荷。無(wú)刷電機(jī)起動(dòng)電阻大（感抗），所以功率因素小，起動(dòng)扭矩相對(duì)較小，起動(dòng)時(shí)有嗡嗡聲，并伴隨著強(qiáng)烈震動(dòng)，起動(dòng)時(shí)帶動(dòng)負(fù)荷較小。

3、直流有刷電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，起、制動(dòng)效果好有刷電機(jī)是通過(guò)調(diào)壓調(diào)速，所以起動(dòng)和制動(dòng)平穩(wěn)，恒速運(yùn)行時(shí)也平穩(wěn)。無(wú)刷電機(jī)通常是數(shù)字變頻控制，先將交流變成直流，直流再變成交流，通過(guò)頻率變化控制轉(zhuǎn)速，所以無(wú)刷電機(jī)在起動(dòng)和制動(dòng)時(shí)運(yùn)行不平穩(wěn)，振動(dòng)大，只有在速度恒定時(shí)才會(huì)平穩(wěn)。

4、直流有刷電機(jī)控制精度高直流有刷電機(jī)通常和減速箱、譯碼器一起使用，使得電機(jī)的輸出功率更大，控制精度更高，控制精度可以達(dá)到0.01毫米，幾乎可以讓運(yùn)動(dòng)部件停在任何想要的地方。所有精密機(jī)床都是采用直流電機(jī)控制精度。無(wú)刷電機(jī)由于在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)不平穩(wěn)，所以運(yùn)動(dòng)部件每次都會(huì)停到不同的位置上，必須通過(guò)定位銷或限位器才可以停在想要的位置上。

5、直流有刷電機(jī)使用成本低，維修方便由于直流有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)廠家多，技術(shù)比較成熟，所以應(yīng)用也比較廣泛，比如工廠、加工機(jī)床、精密儀器等，如果電機(jī)故障，只需更換碳刷即可，每個(gè)碳刷只需要幾元，非常便宜。無(wú)刷電機(jī)技術(shù)不成熟，價(jià)格較高，應(yīng)用范圍有限，主要應(yīng)在恒速設(shè)備上，比如變頻空調(diào)、冰箱等，無(wú)刷電機(jī)損壞只能更換。

6、無(wú)電刷、低干擾無(wú)刷電機(jī)去除了電刷，最直接的變化就是沒有了有刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的電火花，這樣就極大減少了電火花對(duì)遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾。

7、噪音低，運(yùn)轉(zhuǎn)順暢無(wú)刷電機(jī)沒有了電刷，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦力大大減小，運(yùn)行順暢，噪音會(huì)低許多，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于模型運(yùn)行穩(wěn)定性是一個(gè)巨大的支持。

8、壽命長(zhǎng)，低維護(hù)成本少了電刷，無(wú)刷電機(jī)的磨損主要是在軸承上了，從機(jī)械角度看，無(wú)刷電機(jī)幾乎是一種免維護(hù)的電動(dòng)機(jī)了，必要的時(shí)候，只需做一些除塵維護(hù)即可。