电机几乎随处可见。本指南将帮助您了解电动机的基础知识、可用类型以及如何选择正确的电动机。基本问题是我应该选择哪种类型、哪种规格,这些都很重要。
电机如何工作?
电动机的工作原理是将电能转化为机械能以产生运动。通过磁场与绕组中的交流 (AC) 或直流 (DC) 电流的相互作用,电机内产生力。随着电流强度的增加,磁场的强度也增加。记住欧姆定律 (V = I*R);随着电阻的增加,电压必须增加才能保持相同的电流。
电动机有广泛的应用。传统工业用途包括鼓风机、机器和电动工具、风扇和泵。爱好者通常在需要运动的小型应用中使用电机,例如机器人或带轮子的模块。
电机类型:
直流电机有多种类型,但最常见的是有刷或无刷电机。还有振动电机、步进电机、伺服电机等。
直流有刷电机是最简单的电机之一,广泛应用于许多电器、玩具和汽车中。它们使用连接到换向器的接触电刷来改变电流的方向。它们生产成本低廉,易于控制,并且在低速下具有出色的扭矩(以每分钟转数或 RPM 为单位)。一些缺点是它们需要频繁维护以更换磨损的电刷,由于电刷发热而限制速度,并因电刷电弧产生电磁噪声。
无刷直流电机在其转子组件中使用永磁体。它们在飞机和地面车辆应用的业余爱好市场中很受欢迎。与有刷直流电机相比,它们效率更高,需要更少的维护,产生的噪音更少,并且功率密度更高。它们也可以批量生产,并且类似于具有恒定转速的交流电机,只不过由直流电流供电。然而,它也存在一些缺点,包括如果没有专门的调节器就很难控制它们,并且它们在驱动应用中需要低启动负载和专用变速箱,从而导致更高的资本成本、复杂性和环境限制。
振动电机用于需要振动的应用,例如手机或游戏控制器。它们是由电动机产生的,驱动轴上的质量不平衡会导致振动。它们还可用于非电子蜂鸣器,通过振动来发声或用于警报或门铃。
当涉及精确定位时,步进电机就是您的朋友。它们广泛应用于打印机、机床和过程控制系统中,专为高保持扭矩而设计,使用户能够从一个步骤移动到下一步。它们有一个控制器系统,通过发送到驱动器的信号脉冲指定位置,驱动器解释它们并向电机发送成比例的电压。它们的制造和控制相对简单,但它们不断消耗最大电流。小步长限制了最高速度,并且在高负载下可以跳过步数。
伺服电机是另一种流行的业余爱好市场电机,用于不精确的位置控制。它们的流行应用包括遥控应用,例如遥控玩具车和机器人。它们由电机、电位计和控制电路组成,主要通过脉冲宽度调制 (PWM) 进行控制,脉冲宽度调制将电脉冲发送到控制线。伺服系统可以是交流或直流。交流伺服系统可以处理更高的电流浪涌并用于工业机械,而直流伺服系统适合较小的爱好者应用。要了解有关伺服系统的更多信息,请查看我们的伺服电机工作原理文章。
交流电机分为三种基本类型:感应电机、同步电机和工业电机。
感应电动机被称为异步电动机,因为它们不以相同的恒定速率移动或转动小于所提供的频率。在感应电机中,需要滑差(实际速度与同步速度之间的差)来产生扭矩,即引起旋转的扭转力。这些电机转子周围的磁场是由感应电流引起的。
当提供交流电时,同步电机的转子以恒定速率旋转。它们的磁场是由永磁体产生的。工业电机专为三相高功率应用而设计,例如传送带或鼓风机。交流电机还可以用于家用电器和其他应用,例如时钟、风扇和磁盘驱动器。
购买电机时要考虑的事项:
选择电机时需要考虑几个特性,但电压、电流、扭矩和速度 (RPM) 是最重要的。
电流为电机提供动力,电流太大会损坏电机。对于直流电机来说,工作电流和堵转电流很重要。工作电流是电机在典型扭矩下预计消耗的平均电流量。堵转电流为电机提供足够的扭矩以堵转速度或 0RPM 运行。这是电机能够吸收的最大电流,以及最大功率乘以额定电压。散热器对于电机连续运行或在高于额定电压的情况下运行非常重要,以防止线圈熔化。
电压用于保持净电流沿一个方向流动并克服反向电流。电压越高,扭矩越大。直流电机的额定电压表示最有效的运行电压。请务必使用推荐的电压。如果施加的电压太低,电机将无法工作,而太大的电压会使绕组短路,导致断电或完全损坏。
操纵和失速值还需要与扭矩一起考虑。工作扭矩是电机设计提供的扭矩量,失速扭矩是从失速速度施加动力时产生的扭矩量。您应该始终关注所需的操作扭矩,但某些应用要求您知道可以将电机推多远。例如,对于轮式机器人,良好的扭矩等于良好的加速度,但您必须确保失速扭矩足够高以举起机器人的重量。在这种情况下,扭矩比速度更重要。
对于电机来说,速度或速度 (RPM) 可能很复杂。一般规则是电机在最高速度下运行效率最高,但如果需要传动装置,则并不总是可行。添加齿轮会降低电机的效率,因此还需要考虑速度和扭矩的降低。
这些是选择电机时要考虑的基本要素。考虑应用目的及其使用的电流,选择合适的电机类型。电压、电流、扭矩和速度等应用规格将决定哪种电机是最佳的,因此关注其要求非常重要。

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