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為什么電動工具一般用有刷電機,無刷電機不行嗎?

發表時間:2019/10/28  瀏覽次數:78  
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為什么電動工具一般都用有刷電機?

主要是有刷電機的能量密度比無刷電機要大,不僅僅是電動工具上使用了有刷電機,汽車摩托車的啟動電機,也往往使用了有刷電機,兩種負荷的啟動過程,都是需要非常大的啟動扭矩,瞬間啟動電流,可能會超過10倍以上的額定電流,有刷電機有成本和體積優勢。

有刷電機和無刷電機優缺點

一般電動工具上使用的有刷電機,是串勵電機,這種電機可以交直流兩用的,啟動扭矩非常大,轉速高,轉速調整容易,電源通用性強,而且體積小,這個特點相信用過電動工具的人都有體會的,太重太大的東西,手持著根本不好操作。而這種電機的結構簡單,所以生產成本比較低下,另外控制上電路上也很簡單,幾乎是有電源給過來就可以工作了,斷開電源就可以停止工作。

但是這種串勵電機,帶碳刷來換相的,碳刷是易損件,使用一段時間后碳刷需要更換,如果有些粉塵之類進入到碳刷和整流子之間,磨損會加劇,而且容易直接爛掉。另外因為碳刷存在,可以高速時候會有一定的噪音,使用起來不是很舒適。

而無刷電機,使用電子霍爾元件來模仿碳刷換相,這樣理論上它可以解決了碳刷容易磨損的問題,給維護上帶來方便可靠,而且噪音降低了很多。

無刷電機,本質是一種交流電機,需要輪流給各相的線圈脈沖電壓導通,所以需要母線上有穩定的直流電源供電給可以工作,如果沒有直流電,需要讓交流電整流后變成直流才可以使用,而控制線圈之間導通,需要很多開關管,而霍爾信號采集和處理,需要相關的電路和控制芯片,因為無刷電機的控制部分比有刷電機要復雜很多,這樣成本會貴很多,而且霍爾有要接線,如果線斷了,也會影響使用的。

因為無刷電機算是機電一體化的系統,體積上也會比有刷電機大,而且因為扭矩和高速性能上和有刷電機有差異,所以目前在洗衣機,排風扇,電吹風,吸塵器等家電設備上,依然大規模使用了有刷電機。

雖然目前有刷電機,在電動工作等小設備上依然大規模使用有刷電機,但是不排除以后技術進步了,無刷電機依然會有取代無刷電機的可能性。

早期的電動車上也是使用了有刷電機的,目前主流都變成了無刷電機。而工業系統也是一開始大規模使用有刷直流調速系統的,但是目前已經過渡到以異步電機+變頻器為主體的調速裝置,同樣也是無刷的,從這些行業的經驗來看,有刷電機的碳刷先天缺欠,是被淘汰的核心根本。

如果有一天,直流無刷電機的產業規模足夠大了,價格能夠降低下來。而大功率電子元件的技術得到了突破,體積做的非常小,而容量做的非常大了,無刷電機的能量/體積比增加了,也不排出小家電和電動工具等場合大規模使用了無刷電機。

另外無霍爾啟動也是一個重要的細節,在電動工具上使用霍爾來切換無刷電機的相位,多了一個檢測環節,如果取消霍爾來啟動,瞬間啟動扭矩和轉速會波動比較大。如果啟動的算法成熟了,能夠解決這個無霍爾啟動問題,也許電動工具和汽車摩托車啟動電機,都可能會被無刷電機取代。

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