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如何區(qū)分直流電機/交流電機及電子整流電機?

發(fā)布時間:2021-02-19 責任編輯:lina

【導讀】工程師通常會在直流(DC)電機或交流(AC)電機中進行選擇。最近,電子整流(EC)電機也加入了混戰(zhàn),該設備有助于控制能量輸出,并提升能源效率。該設備技術(shù)先進,目前正在替代直流電機及交流電機,可實現(xiàn)效率調(diào)節(jié)。電子整流電機與直流無刷電機均受控于外置電子線路板,可提升控制及效率。
  
直流與交流電機的原理
 
直流電機憑借碳刷及整流環(huán)來改變旋轉(zhuǎn)電樞(rotating armature)內(nèi)電流及磁場電極的方向,內(nèi)轉(zhuǎn)子與固定式永磁的相互作用將導致電機轉(zhuǎn)動。
 
據(jù)maxon電機透露,直流電機受限于電刷系統(tǒng),使用壽命為1000-1500小時,若在極端負載下,將不足100小時。在工況條件較好的情況下,部分電機的運行壽命或?qū)⑦_到1.5萬小時。此外,高速旋轉(zhuǎn)則受限于整流,通常最大每分鐘轉(zhuǎn)速接近1萬次(RPM)。
 
直流電機的有效率(efficiency rate)較高,但存在一定的比損耗(specific losses),導致失效(lose efficiency)的因素包括:繞組的初始阻力(initial resistance)、電刷摩擦及渦流損耗(eddy-current losses)。
 
交流感應電機(AC induction motors)則采用了一系列繞組,并受控于交流輸入電壓,并由其產(chǎn)生定子磁場(stator field),進而在產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。而同步電機(synchronous motor)則是另一種交流電機,其運行時的電源頻率(supply frequency)精度高。當電流通過滑環(huán)(slip ring)或永磁體時,將產(chǎn)生磁場。同步電機的運行速度比感應電機快,后者的速度受限于異步電機(asynchronous motor)的滑環(huán)。
 
交流電機則意味著該設備的運行數(shù)值將與性能曲線上某個特定點相對應,該曲線與電機的峰值效率(peak efficiency)將保持一致。若未按照該點對應的數(shù)值運行,那么電機的效率將大幅下挫。交流電機在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生感應電流,進而產(chǎn)生磁場,該過程將導致額外的耗能。所以,交流電機的效率不如直流電機。事實上,直流電機的效率要比交流電機高30%以上,因為永磁體將產(chǎn)生次生磁場(secondary magnetic field)。
 
如何區(qū)分直流電機/交流電機及電子整流電機?
 
上圖對比了電子整流電機、三相感應交流電機(three-phase induction AC motor)、單相交流感應電機及罩極電動機(shaded pole motor)的電機效率。
直流電機和步進電機-0基礎一個月學會51單片機第1季第12部分
 
電子整流電機的簡介及優(yōu)勢
 
電子整流電機是一種受控于外部電子器件的無刷直流電機,該電子器件可能是電子線路板,也可能是變頻器(variable-frequency drive)。機械整流(mechanical commutation)的執(zhí)行有賴于電子回路(electronic circuitry),線路板可改變固定式繞組(fixed winding)的相位,確保電機轉(zhuǎn)動,可提供適量的電樞電流(armature current)。若在精準的時間段內(nèi)向正確的方向傳輸電流,可實現(xiàn)較高的精度。由于電極的轉(zhuǎn)速受控于外部電子器件,電子整流電機不存在同步轉(zhuǎn)速(synchronous speed)受限的情況。
 
電子整流電機具有以下優(yōu)勢:由于該類電機無電刷,不會產(chǎn)生火星或因電刷緣故導致電機使用壽命縮短,且不會浪費能量,因為其采用電子器件來控制定子,其性能及可控性較好。相較于感應電機,其運行溫度較低。電機尺寸越小,越能節(jié)省空間,當制造商采用外轉(zhuǎn)子(external rotor)時,甚至能節(jié)省更多的空間。
 
若采用電子整流電機,動力分配也更為清潔。無刷直流電機靠單獨的直流電源驅(qū)動,交流電機的電源會產(chǎn)生額外的成本,且設計更為復雜。電子整流電機可直接與交流主電源相連,但其并不完全依賴于電壓或頻率,小幅的電壓變動不會影響電機輸出。
  
如何區(qū)分直流電機/交流電機及電子整流電機?
 
若將電子整流電機與交流罩極電機或固定分相電容器式交流電動機(AC permanent-split capacitor motor)進行比對,則會發(fā)現(xiàn):罩極電機的效率范圍(efficiency range)在15%-25%,固定分相電容器式交流電動機(permanent-split capacitors,PCS)的范圍在30%-50%,而電子整流電機的效率范圍在60%-75%。
 
電子整流電機可用于低功率輸出的應用中,如:小型風機、伺服電機、動作控制技術(shù)系統(tǒng)(motion-control systems)。目前正嘗試新方法,將該類電機應用到傳送帶及冷凝機組(condenser units)等大功率輸出設備。
 
在控制速度方面,電子整流電機擁有多速控制功能,速度控制器是其標配件。交流電機也提供多數(shù)控制功能,并提供外置速度控制器選配件。外部控制器可調(diào)整交流電機的變壓器一次電壓(incoming voltage),可變更正弦波,會使電機的使用壽命受影響,并導致噪音增多。
 
對電子整流電機而言,整流電路的脈寬調(diào)制(pulse-width modulation)為4-20 mA,電壓為0-10 V,將電機的轉(zhuǎn)速控制在10%-100%的范圍內(nèi)。只需采用集成電路,就能完成對電子整流電機的監(jiān)控,設計師可提供對應的反饋信息。電子整流電機還可提供軟啟動(soft start),且噪聲及電機溫度較低。
 
 
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