有刷電機(jī)和無刷電機(jī)的區(qū)別

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機(jī)也是以它為模型來展示的。有刷電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)就是定子+轉(zhuǎn)子+電刷，通過旋轉(zhuǎn)磁場獲得轉(zhuǎn)動力矩，從而輸出動能。電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉(zhuǎn)動中起到導(dǎo)電和換相作用。

有刷電機(jī)采用機(jī)械換向，磁極不動，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)動的換相器和電刷來完成的。

在有刷電機(jī)中，這個過程是將各組線圈的兩個電源輸入端，依次排成一個環(huán)，相互之間用絕緣材料分隔，組成一個象圓柱體的東西，與電機(jī)軸連成一體，電源通過兩個碳元素做成的小柱子(碳刷)，在彈簧壓力的作用下，從兩個特定的固定位置，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，不同時(shí)刻給不同線圈或同一個線圈的不同的兩極通電，使得線圈產(chǎn)生磁場的N-S極與最靠近的永磁鐵定子的N-S極有一個適合的角度差，磁場異性相吸、同性相斥，產(chǎn)生力量，推動電機(jī)轉(zhuǎn)動。碳電極在線圈接線頭上滑動，象刷子在物體表面刷，因此叫碳“刷”。

相互滑動，會摩擦碳刷，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，會發(fā)生電火花，產(chǎn)生電磁破，干擾電子設(shè)備。

二、 無刷電機(jī)工作原理

無刷電機(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)來完成。

無刷電機(jī)采取電子換向，線圈不動，磁極旋轉(zhuǎn)。無刷電機(jī)，是使用一套電子設(shè)備，通過霍爾元件，感知永磁體磁極的位置，根據(jù)這種感知，使用電子線路，適時(shí)切換線圈中電流的方向，保證產(chǎn)生正確方向的磁力，來驅(qū)動電機(jī)。消除了有刷電機(jī)的缺點(diǎn)。

這些電路，就是電機(jī)控制器。無刷電機(jī)的控制器，還可以實(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，制動電機(jī)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，鎖住電機(jī)，利用剎車信號，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。

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

三、 調(diào)速方式區(qū)別

實(shí)際上兩種電機(jī)的控制都是調(diào)壓，只是由于無刷直流采用了電子換向，所以要有數(shù)字控制才可以實(shí)現(xiàn)了，而有刷直流是通過碳刷換向的，利用可控硅等傳統(tǒng)模擬電路都可以控制，比較簡單。

1、有刷馬達(dá)調(diào)速過程是調(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整流子及電刷地轉(zhuǎn)換，改變電極產(chǎn)生的磁場強(qiáng)弱，達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。這一過程被稱之為變壓調(diào)速。

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

四、 性能差異

TI的一個介紹視頻關(guān)于有刷電機(jī)與無刷電機(jī)的對比，如下圖所示，很完整。

1、有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)時(shí)間久、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)就是無刷形式，即交流鼠籠式異步電動機(jī)，這種電動機(jī)在交流電產(chǎn)生以后得到了廣泛的應(yīng)用。但是，異步電動機(jī)有許多無法克服的缺陷，以致電機(jī)技術(shù)發(fā)展緩慢。

尤其是直流無刷電機(jī)一直無法投入商業(yè)運(yùn)營，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，就其實(shí)質(zhì)來說依然屬于交流電機(jī)范疇。

無刷電機(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，起動扭矩大

直流有刷電機(jī)起動響應(yīng)速度快，起動扭矩大，變速平穩(wěn)，速度從零到最大幾乎感覺不到振動，起動時(shí)可帶動更大的負(fù)荷。無刷電機(jī)起動電阻大(感抗)，所以功率因素小，起動扭矩相對較小，起動時(shí)有嗡嗡聲，并伴隨著強(qiáng)烈震動，起動時(shí)帶動負(fù)荷較小。

3、直流有刷電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，起、制動效果好

有刷電機(jī)是通過調(diào)壓調(diào)速，所以起動和制動平穩(wěn)，恒速運(yùn)行時(shí)也平穩(wěn)。無刷電機(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，通過頻率變化控制轉(zhuǎn)速，所以無刷電機(jī)在起動和制動時(shí)運(yùn)行不平穩(wěn)，振動大，只有在速度恒定時(shí)才會平穩(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，使的電機(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。無刷電機(jī)由于在啟動和制動時(shí)不平穩(wěn)，所以運(yùn)動部件每次都會停到不同的位置上，必須通過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，每個碳刷只需要幾元，非常便宜。

無刷電機(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，無刷電機(jī)損壞只能更換。

6、無電刷、低干擾

無刷電機(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遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾。

7、噪音低，運(yùn)轉(zhuǎn)順暢

無刷電機(jī)沒有了電刷，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦力大大減小，運(yùn)行順暢，噪音會低許多，這個優(yōu)點(diǎn)對于模型運(yùn)行穩(wěn)定性是一個巨大的支持。

8、壽命長，低維護(hù)成本

少了電刷，無刷電機(jī)的磨損主要是在軸承上了，從機(jī)械角度看，無刷電機(jī)幾乎是一種免維護(hù)的電動機(jī)了，必要的時(shí)候，只需做一些除塵維護(hù)即可。

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