電機(jī)選擇基礎(chǔ)知識(shí)：交流/直流電機(jī)的類(lèi)型

您為傳送帶、XYZ 工作臺(tái)或機(jī)器人選擇哪種類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)？在選擇之前，您必須了解市場(chǎng)上每種類(lèi)型電機(jī)的特性。

電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型

根據(jù)輸入電壓的不同，有兩種明顯的電動(dòng)機(jī)類(lèi)型：AC（交流電）或 DC（直流電）。

交流電機(jī)使用交流電為一系列纏繞線圈供電，而直流電機(jī)使用直流電為碳刷或電子換向供電。直流電機(jī)通常比交流電機(jī)更高效、更緊湊。

不僅要了解交流電機(jī)和直流電機(jī)的特性差異，還要了解這些類(lèi)別中的具體類(lèi)型。

請(qǐng)記住，某些制造商有能力同時(shí)提供電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。即使電機(jī)是直流電機(jī)，其驅(qū)動(dòng)器也可以容納內(nèi)部電源，因此交流輸入驅(qū)動(dòng)器可以輕松地使用交流電源運(yùn)行直流電機(jī)。

現(xiàn)在讓我們更深入地研究交流和直流電機(jī)。

交流電機(jī)可分為四大類(lèi)：罩極電機(jī)、分相電機(jī)、電容器啟動(dòng)電機(jī)、電容器啟動(dòng)/電容器運(yùn)行電機(jī)和永久分離電容器。

由于 Oriental Motor 僅生產(chǎn)永久分離電容器型交流電機(jī)，因此我們將僅涵蓋 PSC 電機(jī)。

每種類(lèi)型的 PSC 電機(jī)在結(jié)構(gòu)上都是相似的。定子內(nèi)繞有線圈，用鼠籠式轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。單相電機(jī)需要電容器來(lái)產(chǎn)生多相電源。這些電機(jī)非常易于控制，無(wú)需驅(qū)動(dòng)器或控制器即可運(yùn)行。細(xì)微差別會(huì)改變基本交流感應(yīng)電機(jī)的特性，以適應(yīng)不同的性能需求，例如各種類(lèi)型的制動(dòng)器。

感應(yīng)電機(jī)/異步電機(jī)

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是最常見(jiàn)的，額定連續(xù)工作。由于定子和轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)之間存在滯后或滑動(dòng)，因此它們被認(rèn)為是“異步”電機(jī)。它們之所以被稱(chēng)為“感應(yīng)”電機(jī)，是因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)在轉(zhuǎn)子上感應(yīng)電流來(lái)運(yùn)行。由于除了滾珠軸承外沒(méi)有摩擦，它們?cè)跀嚯姾螅X輪傳動(dòng)之前）提供大約 30 轉(zhuǎn)的超限運(yùn)行。

下圖描述了感應(yīng)電機(jī)的設(shè)計(jì)和構(gòu)造。

他們是如何工作的

電機(jī)通電后，在定子中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。電流感應(yīng)到轉(zhuǎn)子上，感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。

這是一篇博文，提供有關(guān)交流感應(yīng)電機(jī)的更多信息。

< >展示與講述：交流感應(yīng)電機(jī)

感應(yīng)電機(jī)堅(jiān)固耐用，可用于需要連續(xù)工作且停止精度不重要的各種通用應(yīng)用。單相電機(jī)可用于固定速度要求。通過(guò)將三相感應(yīng)電機(jī)與 VFD（變頻驅(qū)動(dòng)器）或單相電機(jī)與 TRIAC 控制器相結(jié)合，可以滿足變速要求。一些制造商還通過(guò)將感應(yīng)電機(jī)封裝在密封外殼中來(lái)提供防水防塵電機(jī)。

可逆電機(jī)

可逆電機(jī)，顧名思義，可以在運(yùn)行中反轉(zhuǎn)，是啟動(dòng)/停止操作的理想選擇?？赡骐姍C(jī)類(lèi)似于感應(yīng)電機(jī)，但具有摩擦制動(dòng)器和更平衡的繞組。由于采用了摩擦制動(dòng)機(jī)制，在斷電后（齒輪傳動(dòng)之前），其超速會(huì)減少到大約 6 轉(zhuǎn)。電機(jī)繞組也更加平衡，以增加其啟動(dòng)/停止操作的啟動(dòng)扭矩。

由于可逆電機(jī)會(huì)產(chǎn)生額外的熱量，因此推薦的占空比僅為 30 分鐘或 50%?？赡骐姍C(jī)應(yīng)用的一個(gè)示例是對(duì)吞吐量或停止精度要求不太高的分度輸送機(jī)。

電磁剎車(chē)電機(jī)

電磁制動(dòng)電機(jī)將三相感應(yīng)電機(jī)或單相可逆電機(jī)與內(nèi)置的斷電激活電磁制動(dòng)器組合在一起。與可逆電機(jī)相比，這些電機(jī)的超速僅為 2~3 轉(zhuǎn)（齒輪傳動(dòng)前），每分鐘最多可使用 50 次。這些電機(jī)設(shè)計(jì)用于在垂直操作期間保持其額定負(fù)載，或者只是在斷電時(shí)將電機(jī)鎖定到位。

電磁制動(dòng)電機(jī)內(nèi)部的制動(dòng)機(jī)構(gòu)比可逆電機(jī)更先進(jìn)。電磁制動(dòng)器不是通過(guò)制動(dòng)蹄和不斷施加壓力的螺旋彈簧，而是通過(guò)電磁鐵和彈簧機(jī)構(gòu)進(jìn)行接合和分離。

他們是如何工作的

如上圖所示，當(dāng)對(duì)電磁線圈施加電壓時(shí)，電樞克服彈簧力被吸引到電磁鐵上，從而釋放制動(dòng)器并使電機(jī)軸自由旋轉(zhuǎn)。當(dāng)沒(méi)有施加電壓時(shí)，彈簧將電樞壓在制動(dòng)輪轂上并將電機(jī)軸固定到位，從而啟動(dòng)制動(dòng)器。

電磁制動(dòng)電機(jī)用于必須保持負(fù)載的垂直應(yīng)用，或用于在電源斷開(kāi)時(shí)必須將負(fù)載鎖定到位的應(yīng)用。

力矩電機(jī)

力矩電機(jī)旨在提供高啟動(dòng)扭矩和傾斜特性（扭矩在零速時(shí)最高，并隨著速度的增加而穩(wěn)定下降），以及在較寬的速度范圍內(nèi)運(yùn)行。由于它們能夠根據(jù)輸入電壓改變扭矩輸出，因此它們可在轉(zhuǎn)子鎖定或失速條件下提供穩(wěn)定的運(yùn)行，例如卷繞/張緊應(yīng)用。

同步電機(jī)

同步電動(dòng)機(jī)之所以稱(chēng)為“同步”，是因?yàn)樗鼈兪褂锰厥獾霓D(zhuǎn)子使其速度與輸入電源頻率同步。對(duì)于以 60 Hz 功率運(yùn)行的 4 極同步電機(jī)，它將以 1800 RPM（也稱(chēng)為“同步速度”）旋轉(zhuǎn)。我對(duì)同步電機(jī)應(yīng)用的最早記憶是有人用它來(lái)驅(qū)動(dòng)塔鐘的時(shí)鐘指針。

另一種稱(chēng)為低速同步電動(dòng)機(jī)的同步電動(dòng)機(jī)提供高精度調(diào)速、低速旋轉(zhuǎn)和快速雙向旋轉(zhuǎn)。這些電機(jī)在轉(zhuǎn)子中使用永磁體，因此它們非常靈敏。但是，它們?cè)黾恿藰O數(shù)，因此同步速度在 60 Hz 時(shí)降至 72 RPM。如果在允許的負(fù)載慣性范圍內(nèi)運(yùn)行，低速同步電機(jī)可以在 60 Hz 時(shí)在 0.025 秒內(nèi)停止。

低速同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與步進(jìn)電機(jī)相同。由于它們可以由交流電源驅(qū)動(dòng)并提供極好的啟動(dòng)和停止特性，它們有時(shí)被稱(chēng)為“交流步進(jìn)電機(jī)”。

直流電機(jī)使用直流電為碳刷和換向器供電，或使用驅(qū)動(dòng)器對(duì)繞組進(jìn)行電氣換向。直流電機(jī)的效率比交流電機(jī)高約 30%，因?yàn)樗鼈儾槐馗袘?yīng)電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)。相反，他們?cè)谵D(zhuǎn)子中使用永磁體。

在直流電機(jī)中，有兩種主要類(lèi)型：有刷和無(wú)刷。有刷電機(jī)是為通用應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，而無(wú)刷電機(jī)是為精密應(yīng)用而設(shè)計(jì)的。

有刷電機(jī)

資料來(lái)源：線性運(yùn)動(dòng)技巧/設(shè)計(jì)世界

有刷電機(jī)內(nèi)部的電刷和換向器對(duì)電機(jī)繞組進(jìn)行機(jī)械換向，只要連接電源，電機(jī)就會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。有刷電機(jī)易于控制，但需要定期維護(hù)和更換電刷，因此預(yù)計(jì)壽命為1000~1500小時(shí)（因運(yùn)行條件而異）。雖然它們被認(rèn)為比交流電機(jī)更高效，但由于繞組中的初始電阻、電刷摩擦和渦流損耗，它們會(huì)遭受效率損失。

有刷電機(jī)有多種類(lèi)型：永磁電刷型、并聯(lián)繞組型、串繞型和復(fù)合繞組型。有刷電機(jī)的典型應(yīng)用包括遙控汽車(chē)和擋風(fēng)玻璃刮水器。

由于 Oriental Motor 不生產(chǎn)有刷電機(jī)，因此我們提供的有關(guān)有刷電機(jī)的信息有限。

無(wú)刷電機(jī)

由于電氣換向和閉環(huán)反饋，無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)提供比有刷電機(jī)更好的性能，但需要驅(qū)動(dòng)器對(duì)電機(jī)繞組進(jìn)行電氣換向。這會(huì)增加每軸的總成本，但對(duì)于需要更高級(jí)速度控制功能或閉環(huán)功能的應(yīng)用（例如連續(xù)負(fù)載輸送機(jī)）而言，這可能是必要的成本。

他們是如何工作的

無(wú)刷電機(jī)內(nèi)置磁性元件或光學(xué)編碼器，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。位置傳感器向驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送信號(hào)。
無(wú)刷電機(jī)使用“星形”連接的三相繞組。轉(zhuǎn)子中使用徑向分段的永磁體。

霍爾效應(yīng) IC 用于傳感器的磁性元件。三個(gè)霍爾效應(yīng) IC 放置在定子內(nèi)，并在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)送數(shù)字信號(hào)。這些信號(hào)告訴駕駛員電機(jī)的運(yùn)行速度以及何時(shí)在正確的時(shí)間為下一組繞組線圈通電。

詳細(xì)了解有刷電機(jī)與無(wú)刷電機(jī)之間的區(qū)別

無(wú)刷電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)經(jīng)常與交流電機(jī)和 VFD 系統(tǒng)進(jìn)行比較。這是 200 W 交流電機(jī)和 VFD 與 BLE2 系列無(wú)刷電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的比較。

我們還展示了無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)與同等機(jī)架尺寸的交流電機(jī)和 VFD 系統(tǒng)相比的速度扭矩曲線。

與有刷電機(jī)和交流電機(jī)相比，無(wú)刷電機(jī)具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，可以改善操作或縮小傳送帶和移動(dòng)機(jī)器人等應(yīng)用的尺寸。

Oriental Motor 的無(wú)刷電機(jī)與他們自己的專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)器配對(duì)，以保證規(guī)格和快速設(shè)置。提供各種傳動(dòng)裝置選項(xiàng)以提高靈活性。閉環(huán)反饋由編碼器或霍爾效應(yīng)傳感器完成，每個(gè)驅(qū)動(dòng)器提供不同的特性和功能以適應(yīng)不同的應(yīng)用。

無(wú)刷電機(jī)的優(yōu)勢(shì)（相對(duì)于交流電機(jī)）

步進(jìn)電機(jī)

從技術(shù)上講，無(wú)刷電機(jī)還包括步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)，由于其卓越的停在精確位置的能力，它們專(zhuān)為定位應(yīng)用而設(shè)計(jì)。使步進(jìn)電機(jī)與無(wú)刷電機(jī)或伺服電機(jī)不同的一件事是它們能夠在沒(méi)有反饋的情況下運(yùn)行。

步進(jìn)電機(jī)的精確停止能力來(lái)自帶齒的磁化轉(zhuǎn)子和帶齒的電磁定子。換句話說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)的 1.8° 步進(jìn)電機(jī)不是在上面的無(wú)刷電機(jī)示例中只有 4 個(gè)極，而是具有 50 個(gè)齒的 50 個(gè)極。

由于其轉(zhuǎn)子和定子設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)器接收到每個(gè)方波脈沖，步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)四分之一齒距，速度由脈沖輸入頻率控制，因此很容易控制步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)的距離和速度步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)還會(huì)在靜止時(shí)產(chǎn)生保持扭矩，這對(duì)于保持定位精度很重要。

開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)可能足以滿足一般的重復(fù)定位應(yīng)用。但是，閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)可用于需要精度和位置驗(yàn)證的高級(jí)定位應(yīng)用。

如果您想了解更多信息，我已經(jīng)寫(xiě)了關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的單獨(dú)說(shuō)明。

了解混合式、PM 和 VR 步進(jìn)電機(jī)之間的區(qū)別

詳細(xì)了解伺服電機(jī)和步進(jìn)電機(jī)之間的區(qū)別

這篇博文提供了對(duì)市場(chǎng)上多種類(lèi)型的交流/直流電機(jī)的總體了解。除了性能差異之外，質(zhì)量、成本、產(chǎn)品范圍、交貨時(shí)間和支持也可能是決定因素。尋找可以保證質(zhì)量性能、為廣泛的產(chǎn)品提供專(zhuān)家支持并以合理的較短交貨時(shí)間發(fā)貨的電機(jī)供應(yīng)商非常重要。

審核編輯黃宇