電機控制- 刷式直流電機概述
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刷式直流電機是現(xiàn)有歷史最久的電機拓撲之一。它們將固定刷子安裝在定子機座上,摩擦轉(zhuǎn)子上的換向片,而后者又連接至旋轉(zhuǎn)的線圈段。隨著電機旋轉(zhuǎn),不同轉(zhuǎn)子線圈不斷連接和斷開,這樣轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的凈磁場相對于定子機座就是固定的,且通過定子磁場正確定向,從而產(chǎn)生扭矩。當換向片旋轉(zhuǎn)過刷子時,這些特定轉(zhuǎn)子線圈段的電觸頭將會斷開。由于轉(zhuǎn)子線圈是電感的,而電感器生成高回掃電壓來抵抗電流變化,因此刷子和斷開的換向片之間會產(chǎn)生火花。這些火花會導(dǎo)致很多負面結(jié)果,如電噪聲、效率降低,以及某些情況下的危險操作。此外,刷子必須安裝彈簧來抵抗換向片,以確保電接觸良好。這進一步降低了效率,需要定期維護更換刷子。
盡管有諸多劣勢,但刷式直流電機有一顯著優(yōu)勢:成本。由于控制刷式直流電機相對簡單,因此還廣泛用于系統(tǒng)成本是主要驅(qū)動因素的應(yīng)用中。在使用永久磁性生成定子磁通的拓撲中,產(chǎn)生的速度/扭矩曲線非常有線性特征。因此,刷式直流電機歷來常用于工業(yè)伺服應(yīng)用,速度和扭矩分別與所應(yīng)用的電壓和電流成正比。但是,半導(dǎo)體器件的跌價使得電源轉(zhuǎn)換和控制的成本降低。因此,許多直流電機被交流電機所取代,后者帶來了效率和可靠性提高等優(yōu)勢。
刷式直流電機的主題多種多樣,如直流并聯(lián)電機和通用電機,兩者都使用定子線圈代替永久磁性。在直流并聯(lián)電機中,定子線圈與轉(zhuǎn)子電路并聯(lián);而在通用電機中,定子線圈與轉(zhuǎn)子串聯(lián)。通用電機在家電應(yīng)用中尤其常用,因為它具有高啟動扭矩,可以高速運行。只需添加串聯(lián)晶閘管并進行交流相位控制,便可輕松對通用電機進行速度控制。但是,刷子/換向器結(jié)構(gòu)常見于這些電機類型,因此它們具有標準PM 刷式直流電機相同的劣勢。
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