有刷電機和無刷電機的區別

用於將電能轉換為機械能的電機稱為**電動機**。根據輸入的電源型別，電動機可分為兩種型別：**交流電機**和**直流電機**。交流電機是指以交流電源為輸入並將其轉換為機械能的電機，而直流電機則以直流電源為輸入。

如今，電機技術的進步使得直流電機能夠應用於從小型玩具到大型工業機械的各種應用中。直流電機有兩種型別，即**有刷直流電機**和**無刷直流電機**。

在本文中，我們將列出有刷和無刷直流電機之間所有重要的區別。但在討論差異之前，瞭解這兩種電機的基礎知識和工作原理是有益的。

什麼是直流有刷電機？

**有刷直流電機**是一種直流電機，它使用碳刷機構為其電樞電路供電。有刷電機是機械換向的直流電機。

有刷直流電機由兩部分組成：**電樞（轉子）**和**磁場系統（定子）**。由於電樞繞組位於轉子上，因此需要一種機制為旋轉的電樞提供電輸入。這種機制透過換向器和碳刷來實現。

在有刷直流電機中，換向器是一個安裝在轉子軸上的分段環，它提供內部換向，碳刷則設計成在換向器表面滑動。直流電輸入連線到碳刷，然後透過換向器進一步供給電樞繞組。因此，透過電樞繞組中的電流和定子磁場的相互作用，在轉子中產生電磁轉矩，使轉子旋轉以驅動機械負載。

什麼是直流無刷電機？

**直流無刷電機**或**BLDC電機**是一種直流電機，它不使用碳刷機構為其供電。

由於BLDC電機不使用碳刷，因此電能供給到電機的定子。無刷直流電機的轉子由永磁體組成。在BLDC電機中，直流電源連線到定子繞組以產生磁場，該磁場吸引或推斥轉子的磁場使其旋轉。

在無刷直流電機中，定子繞組由多個圍繞轉子的繞組構成，並且採用**霍爾效應感測器**來檢測轉子的位置並切換電輸入到正確的定子繞組。由於BLCD電機需要切換定子繞組，因此這些電機使用電子換向而不是機械換向（換向器和碳刷機構），為此使用諸如SCR之類的開關器件，並且使用微控制器來控制開關器件。

有刷電機和無刷電機的區別

有刷電機和無刷電機都是直流電機的型別。但是，有刷電機和無刷電機之間存在一些差異，在下表中列出：

差異依據
有刷電機
無刷電機
定義
需要碳刷為電機電樞繞組供電的直流電機型別稱為有刷直流電機或簡稱有刷電機。無刷電機是一種不需要碳刷供電的直流電機型別。
主要部件
典型有刷直流電機的主要部件包括：定子、轉子、換向器、碳刷。無刷直流電機的主要部件包括：定子、轉子、霍爾效應感測器。
輸入
在有刷直流電機中，直流電輸入到轉子。直流輸入功率供給到無刷直流電機的定子。
定子
有刷直流電機的定子包含電機的磁場系統。無刷直流電機的定子包含電機的電樞繞組。
轉子
有刷直流電機的轉子包含電樞繞組。無刷電機的轉子構成磁場系統。
換向
有刷直流電機透過換向器和電刷元件提供機械換向。無刷直流電機透過固態開關採用電子換向。
速度範圍
由於機械換向器和電刷的存在，有刷電機的速度範圍較低，這是由於機械限制造成的。由於不存在換向器和電刷造成的機械限制，無刷直流電機的速度範圍較高。
電噪聲
在有刷直流電機中，由於電刷和換向器之間的電弧，電噪聲較大。無刷直流電機不存在電噪聲。
使用壽命
由於換向器和電刷的磨損，有刷電機的使用壽命較短。無刷電機的使用壽命非常長。
維護
由於碳刷和換向器的磨損，有刷電機需要頻繁維護。無刷電機沒有換向器和電刷，因此維護需求較少。
速度-轉矩特性
有刷電機的速度-轉矩特性相對平坦且線性，這是因為在高速下，電刷摩擦力會增加，從而降低有用的轉矩。無刷電機具有平坦且線性的速度-轉矩特性，使其能夠在各種高速範圍內執行。
安全性
在有刷電機中，換向器和電刷的接觸處可能會產生火花，這在存在爆炸風險的地方並不理想。無刷電機不會產生火花，因此在危險的工作環境中是首選。
速度控制
有刷電機使用簡單且廉價的速度控制方法。無刷電機的速度控制方法複雜且昂貴。
效率
由於透過摩擦和換向系統進行功率傳輸而產生的功率損失，有刷電機的效率較低。由於不存在換向系統中的機械損耗，無刷電機的效率很高。
物理尺寸（相同額定值）
有刷電機的尺寸相對較大。無刷電機的物理尺寸相對較小。
設計複雜度
有刷電機設計簡單。由於多個定子繞組和感測器，無刷電機設計複雜。
是否需要控制器
在有刷電機中，對於恆速，不需要控制器。如果需要變速，則只需要一個控制器。對於無刷電機，電機正常執行和變速執行都需要控制器。
總成本
有刷電機的總成本低於無刷電機。無刷電機比有刷電機更貴。
應用
有刷直流電機廣泛應用於各種電子裝置、玩具、工業機械、醫療裝置、電動工具、機器人等。無刷直流電機應用於電動汽車、工業裝置、電動腳踏車、風扇、泵、洗衣機、鼓風機和無人機等。

結論

有刷直流電機和無刷直流電機之間的主要區別在於，有刷電機使用機械換向器和碳刷進行換向，而無刷電機使用電子換向，並且這種電機不使用碳刷。以上比較表明，無刷直流電機在效率、電噪聲、物理尺寸、速度範圍、安全性等方面優於有刷直流電機。

更新於：2022年7月21日

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