选择合适的电机可以真正推动您的应用向前发展
通过将电能转化为运动, 电机真正保持了我们现代世界的运转。从压缩机到吊扇, 从真空泵到吸尘器, 从透析机到无人机, 电机无处不在。它们非常重要, 以至于整个书籍都写了关于不同类型的电机和电机控制技术的进步。在这篇文章中, 我们将讨论我们在汇进设计和组装的一些电机类型, 以及每种类型的优势和弱点。
我们为客户制造的许多电机都处于分马力 小于 1的范围, 涵盖不同的交流电 (AC) 和直流电 (DC) 电机类型。我们将从一个流行的直流电机设计开始: PMDC 电机。
永磁直流 (PMDC) 电机
PMDC 电机用于需要小型、廉价电机的应用, 这些应用仅提供直流电流, 例如电池操作的玩具或不需要精确速度控制的汽车。他们的结构很简单。由于它们在定子场使用永磁体, 因此不需要使用电磁铁作为定子的其他直流电机所需的额外能量或电路 (因此, PMDC的尺寸更小, 效率更高)。较大的 PMDC 可以用线圈增强定子的永磁体, 以提供更强的磁场。
PMDC 使用刷子和分裂环换向器, 以便将反向电流传递给转子, 而转子又会对定子场进行推拉, 以旋转转子。然而, 和所有有刷直流电机一样，缺点就是在低速下 (由齿槽扭矩引起), 会干扰 PMDC 电机。
PMDC 的特性最近使其成为分马力应用的热门选择, 因为高强度稀土永磁体 (如含有的永磁体) 为具有合理尺寸的大功率直流电机打开了大门。
现在让我们来讨论几种类型的交流电机, 它们的优点是直接由电源电压供电 (无论是单相住宅还是工业三相)。由于电流已经在反转, 因此不需要刷子和拆分换向器, 也不需要它们的摩擦、电弧、在换向器间隙中滑行、电噪声反馈到电源等。
永磁同步电机
与我们上面描述的 PMDC 一样, 这种类型的交流电机也使用永磁。然而, 在永磁同步电机 (PMSM) 中, 这些磁体被内置到转子中。交流电流 (通常是三相) 应用于定子线圈, 在转子区域内产生旋转磁场。这种电机类型称为 “同步”, 因为转子以与交流电源频率相同的速度旋转。永磁体的使用减轻了将直流供电到转子中的电磁铁所产生的成本、复杂性和低效率。由三相交流供电的永磁同步电机, 需要变频电源, 通常使用位置传感器检测转子极的位置。这是为了确保旋转磁场极性与转子磁场相匹配, 使电机在正确的旋转中旋转, 产生最大的扭矩, 并以高效率的速度运行。一些 PMSM 设计为使用单相住宅电源, 并用于定时器和水阀控制器等应用, 在这些应用中, 它们通常与变速箱结合使用, 以利用其以恒定速度旋转的能力。
我们下一个要讨论的电机类型是 “异步”, 这意味着转子旋转的速度比电源频率慢。
感应异步电动机
感应电机的工作原理是定子旋转场在转子线圈上运动的相对运动。当转子转速较低时, 旋转场旋转的速度比转子快得多, 转子会产生大量电流进入转子, 从而产生一个强大的转子场, 旨在追赶上旋转定子场, 直到它受到机械负载的限制。当转子的转速赶上定子场时, 两者之间的相对转速减小, 导致转子内的感应电流减少, 扭矩减小, 从而降低了转速增益。因此, 异步电动机转子的速度总是比旋转定子场的速度慢。
一种常见的交流异步电动机是鼠笼异步电动机 (SCIM), 它的名字来自于嵌入转子线圈的厚铜或铝棒的循环。三相 SCIM在工业应用中非常常见, 因为它们可靠、耐用且经济高效。
在异步电动机中, 速度由应用于定子线圈的交流频率决定, 因此, 改变感应异步电动机的转速需要变频驱动 (VFD)。
有时, 鼠笼式的设计与另一种电机技术相结合, 它允许 鼠笼电机从单相交流供电。单相交流应用于定子线圈只会产生一个交变磁场的定子, 而不是旋转转子所需的旋转磁场。然而, 修改定子极的设计, 实际上可以产生所需的第二阶段。
罩极电机
罩极电机有一个辅助的单转线圈覆盖每个定子极的一部分。这个线圈得到电流通过它的极点的反转极性。这种电流, 滞后极电流 (即有相对于极电流的延迟相位), 因此有两个交变磁场, 其相位是不同的, 足以给你一个两相旋转磁场。由于这种类型的交流异步电动机产生自己的第二相, 因此，它可以由单相交流供电。
罩极电机具有较低的启动扭矩, 并且限制在不到1马力的范围内, 因为其他电机设计可在更高的输出功率下提供更好的性能。这意味着它们最适合风扇和其他没有很大的惯性负载的应用 。
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