电机直流和交流优缺点（直流电机交流电机优缺点）

您为传送带、XYZ 工作台或机器人选择什么类型的电机？在选择之前，必须了解市场上各类电机的特点。

电动机类型

根据输入电压的不同，电机有两种不同类型：AC（交流电）或DC（直流电）。

交流电机使用交流电为一系列缠绕线圈供电，而直流电机使用直流电为碳刷或电子换向供电。直流电机通常比交流电机更高效、更紧凑。

重要的是不仅要了解交流电机和直流电机之间的特性差异，还要了解这些类别中的具体类型。

请记住，一些制造商有能力同时提供电机和驱动器。即使电机是直流电机，其驱动器也可以容纳内部电源，因此交流输入驱动器可以轻松地使用交流电源运行直流电机。

现在让我们仔细看看交流和直流电机。

交流电机

交流电机可分为四大类：罩极电机、分相电机、电容启动电机、电容启动/电容运行电机和永久隔离电容器。

由于东方电机只生产永久分离式电容器型交流电机，因此我们仅涵盖PSC 电机。

每种类型的PSC 电机结构相似。定子内部缠绕有线圈，并通过鼠笼式转子旋转。单相电机需要电容器来产生多相电力。这些电机非常容易控制，无需驱动器或控制器即可操作。细微的差异改变了基本交流感应电机的特性，以适应不同的性能需求，例如各种类型的制动器。

不同类型的“PSC”交流电机

感应电机/异步电机

可逆电机

电磁制动电机

力矩电机

同步电机

感应电机/异步电机

感应电机是最常见的，并且适合连续工作。由于定子和转子产生的旋转磁场之间存在滞后或滑动，因此它们被视为“异步”电机。它们被称为“感应”电机，因为它们通过在转子中感应电流来运行。由于除了滚珠轴承之外没有其他摩擦，因此它们在断电后（齿轮传动之前）提供大约30 rpm 的超速。

下图描述了感应电机的设计和构造。

法兰支架机

机加工压铸铝支架并压入电机外壳

定子

由电磁钢板定子铁芯、聚酯涂层铜线圈和绝缘膜组成

电机外壳

压铸铝，内部加工

转子

电磁钢板压铸铝

输出轴

有圆轴型和小齿轮轴型。轴中使用的金属是S45C。圆轴型采用平轴（输出功率为25W 1/30HP以上），小齿轮轴型采用精密齿轮精加工。

滚珠轴承

东方电机只使用滚珠轴承。

引线

具有耐热聚乙烯涂层的导体

绘画

丙烯酸树脂或三聚氰胺树脂烤漆

他们如何工作

当电机通电时，定子中会产生旋转磁场。转子上感应出电流，感应电流产生的磁场与旋转磁场相互作用产生旋转。

这是一篇博客文章，提供有关交流感应电机的更多信息。

展示和讲述：交流感应电机

感应电机坚固耐用，可用于需要连续运行且停止精度并不重要的各种通用应用。单相电机可满足固定速度要求。通过将三相感应电机与VFD（变频驱动器）或单相电机与TRIAC 控制器相结合，可以满足变速要求。一些制造商还通过将感应电机封装在密封外壳中来提供防水和防尘电机。

速度-扭矩曲线描绘了预期的电机性能

电机的性能绘制在速度-扭矩曲线上。交流感应电机以扭矩“Ts”从零速开始，然后逐渐加速越过不稳定区域并稳定在负载和扭矩平衡的稳定区域“P”。负载的任何变化都会导致“P”的位置沿曲线移动，如果运行在不稳定区域，电机将停转。每个电机都有自己的速度扭矩曲线和“扭矩额定值”规格。

可逆电机

顾名思义，可逆电机可以在运行过程中反转，因此非常适合启动/停止操作。可逆电机与感应电机类似，但具有摩擦制动器和更平衡的绕组。由于摩擦制动机构，断电后（齿轮传动前）其超速降低至约6 rpm。电机绕组也更加平衡，以增加其启动/停止操作的启动扭矩。

由于可逆电机会产生额外的热量，因此建议的占空比仅为30 分钟或50%。可逆电机应用的一个例子是吞吐量或停止精度不太高的分度输送机。

摩擦制动机构安装在可逆电机的后部。螺旋弹簧施加恒定的压力，使制动蹄向制动板滑动。

东方电机可逆电机的制动机构产生的制动力约为电机输出扭矩的10%。

该图显示了感应电机和可逆电机的速度-扭矩曲线之间的差异。

电磁制动电机

电磁制动电机将三相感应电机或单相可逆电机与内置断电激活电磁制动器相结合。与可逆电机相比，这些电机的超速仅为2~3转（齿轮传动前），每分钟最多可使用50次。这些电机设计用于在垂直操作期间保持其额定负载，或者在断电时将电机锁定到位。

电磁制动电机内部的制动机构比可逆电机更先进。电磁制动器不是使用不断施加压力的闸瓦和螺旋弹簧，而是通过电磁体和弹簧机构接合和分离。

他们如何工作

如上图所示，当向螺线管施加电压时，电枢克服弹簧的力被吸向螺线管，从而释放制动器并允许电机轴自由旋转。当没有施加电压时，弹簧将电枢压在制动轮毂上并将电机轴固定到位，从而启动制动器。

电磁制动电机用于必须保持负载的垂直应用，或断电时必须将负载锁定到位的应用。

力矩电机

力矩电机旨在提供高启动扭矩和斜坡特性（扭矩在零速时最高，并随着速度增加而稳定下降），并在较宽的速度范围内运行。由于它们能够根据输入电压改变扭矩输出，因此它们可以在转子锁定或失速条件下（例如缠绕/张紧应用）提供稳定运行。

轻松调节张紧扭矩

同步电机

同步电机之所以被称为“同步”，是因为它们使用特殊的转子来使其速度与输入电源频率同步。对于以60 Hz 功率运行的4 极同步电机，它将以1800 RPM（也称为“同步速度”）旋转。我对同步电机应用的最早记忆是有人用它来驱动塔钟的时钟指针。

另一种同步电机称为低速同步电机，提供高精度调速、低速旋转和快速双向旋转。这些电机在转子中使用永磁体，因此非常敏感。然而，它们增加了极数，因此同步速度在60 Hz 时降至72 RPM。如果在允许的负载惯量范围内运行，低速同步电机可以在60 Hz 时在0.025 秒内停止。

低速同步电机的基本结构与步进电机相同。由于它们可以由交流电源驱动并提供出色的启动和停止特性，因此有时被称为“交流步进电机”。

直流

直流电机使用直流电为碳刷和换向器供电，或使用驱动器对绕组进行电气换向。直流电机比交流电机效率高约30%，因为它们不需要感应电流来产生磁场。相反，他们在转子中使用永磁体。

直流电机主要有两种类型：有刷电机和无刷电机。有刷电机专为通用应用而设计，而无刷电机则专为精密应用而设计。

不同类型的直流电机

拉丝

无刷

有刷电机

资料来源：Linear Motion Tips/Design World

有刷电机内部的电刷和换向器以机械方式使电机绕组换向，只要接通电源，电机就会继续旋转。有刷电机易于控制，但需要定期维护和更换电刷，因此预期寿命为1000~1500小时（根据使用条件而变化）。尽管它们被认为比交流电机效率更高，但由于初始电阻、电刷摩擦和绕组中的涡流损耗，它们会遭受效率损失。

有刷电机有多种类型：永磁电刷型、并联绕组型、串联绕组型和复合绕组型。有刷电机的典型应用包括遥控汽车和挡风玻璃雨刷器。

由于东方电机不生产有刷电机，因此我们提供的有刷电机信息有限。

无刷电机

由于电气换向和闭环反馈，无刷电机系统比有刷电机提供更好的性能，但需要驱动器对电机绕组进行电气换向。这增加了每轴的总体成本，但对于需要更先进的速度控制功能或闭环功能的应用（例如连续负载输送机）来说可能是必要的成本。

他们如何工作

无刷电机具有内置磁性元件或光学编码器来检测转子位置。位置传感器向驱动电路发送信号。

无刷电机使用以“星形”连接方式连接的三相绕组。转子中使用径向分段永磁体。

霍尔效应IC 用于传感器的磁性元件。三个霍尔效应IC 放置在定子内部，并在电机旋转时发送数字信号。这些信号告诉驱动器电机的运行速度以及何时在正确的时间为下一组绕组线圈通电。

了解更多有刷电机和无刷电机的区别

无刷电机和驱动系统通常与交流电机和VFD 系统进行比较。这是200 W 交流电机和VFD 与BLE2 系列无刷电机和驱动器之间的比较。

我们还展示了无刷电机系统与同等机架尺寸的交流电机和VFD 系统相比的速度-扭矩曲线。

无刷电机+驱动器交流电机+变频器

与有刷电机和交流电机相比，无刷电机具有多种优势，可以改善操作或减小输送机和移动机器人等应用的尺寸。

东方电机的无刷电机配有自己的专用驱动器，以保证规格和快速设置。提供各种传动装置选项以提高灵活性。闭环反馈由编码器或霍尔效应传感器完成，每个驱动器提供不同的特性和功能以适应不同的应用。

无刷电机的优点（相对于交流电机）

与有刷电机相比的优点与交流电机相比的优点寿命更长

更低的电噪声(EMI)

更低的可闻噪音

无电弧或火花

更多可用扭矩

低温

清洁工

尺寸更小，效率更高

较小的尺寸

低温

恒扭矩

步进电机

从技术上来说，无刷电机还包括步进电机和伺服电机，它们由于具有卓越的在精确位置停止的能力而设计用于定位应用。步进电机与无刷电机或伺服电机的不同之处在于它们能够在没有反馈的情况下运行。

带齿转子和定子永磁体两相励磁方式（简图）

步进电机的精确停止能力来自于带齿磁化转子和带齿电磁定子。换句话说，标准1.8 步进电机不是上面的无刷电机示例中只有4 个极，而是有50 个极和50 个齿。

由于其转子和定子的设计，驱动器接收每个方波脉冲，步进电机移动四分之一个螺距，速度由脉冲输入频率控制，因此很容易控制步进电机移动的距离和速度带步进电机。步进电机在静止时也会产生保持扭矩，这对于保持定位精度非常重要。

开环步进电机可能足以满足一般的重复定位应用。然而，闭环步进电机可用于需要精度和位置验证的高级定位应用。

步进电机的速度和扭矩特性

步进电机的速度-扭矩曲线一般向下倾斜；最大扭矩出现在低速时，这意味着它可以用于加速和减速。与无刷电机系统不同，步进电机没有限制区域。

如果您想了解更多信息，我已经写了一篇关于步进电机的单独说明。

了解混合式、PM 和VR 步进电机之间的差异

了解更多关于伺服电机和步进电机之间的区别

电机选择提示：经验法则（所有电机） 使用我们的电机选择工具来计算所需的扭矩、负载惯量和速度。

选择满足应用扭矩、负载惯量和速度要求的电机。

选择使用可用电源的电机或电机和驱动器系列。

请记住：交流输入步进电机系统在高速区域输出更大的扭矩。

选择满足其他应用要求（例如电磁制动或网络功能）的电机或电机和驱动器系列。

这篇博文概述了市场上多种类型的交流/直流电机。除了性能差异之外，质量、成本、产品范围、交货时间和支持也可能是决定因素。寻找能够保证质量性能、为各种产品提供专家支持并以相当短的交货时间发货的电机供应商非常重要。

评论编辑黄宇