电机如何工作以及如何选择合适的电机

电机几乎随处可见。本指南将帮助您了解电动机的基础知识、可用类型以及如何选择正确的电动机。在决定哪种电机最适合某个应用时要回答的基本问题是我应该选择哪种类型以及哪些规格很重要。

电机是如何工作的?

电动机通过将电能转换为机械能以产生运动来工作。通过磁场和绕组交流 (AC) 或直流 (DC) 电流之间的相互作用在电机内产生力。随着电流强度的增加，磁场的强度也会增加。牢记欧姆定律 (V = I*R);电压必须增加，以在电阻增加时保持相同的电流。

电动机有一系列应用。传统的工业用途包括鼓风机、机器和电动工具、风扇和泵。爱好者通常在需要运动的较小应用中使用电机，例如机器人或带轮子的模块。

电机类型：

直流电机的 种类很多，但最常见的是有刷或无刷。还有振动电机、步进电机和伺服电机。

直流有刷电机是最简单的电机之一，可在许多电器、玩具和汽车中找到。他们使用与换向器连接的接触刷来改变电流方向。它们的生产成本低廉，控制简单，并且在低速时具有出色的扭矩(以每分钟转数或 RPM 为单位测量)。一些缺点是它们需要经常维护以更换磨损的电刷，由于电刷加热而速度有限，并且会因电刷电弧产生电磁噪声。

无刷直流电机在其转子组件中使用永磁体。它们在飞机和地面车辆应用的业余爱好市场中很受欢迎。与有刷直流电机相比，它们更高效、需要更少的维护、产生更少的噪音并且具有更高的功率密度。它们也可以批量生产，类似于具有恒定 RPM 的交流电机，但由直流电流供电。然而，也有一些缺点，包括在没有专门的调节器的情况下很难控制它们，并且它们在驱动应用中需要低启动负载和专门的齿轮箱，导致它们具有更高的资本成本、复杂性和环境限制。

振动电机用于需要振动的应用，例如手机或游戏控制器。它们由电动机产生，并且在驱动轴上具有不平衡的质量，从而导致振动。它们还可以用于非电子蜂鸣器，这些蜂鸣器会振动以发出声音或用于警报或门铃。

无论何时涉及精确定位，步进电机都是您的朋友。它们存在于打印机、机床和过程控制系统中，专为高保持扭矩而设计，使用户能够从一个步骤移动到下一步。他们有一个控制器系统，通过发送给驱动器的信号脉冲来指定位置，驱动器解释它们并将成比例的电压发送到电机。它们的制造和控制相对简单，但它们会不断消耗最大电流。小步距限制了最高速度，并且可以在高负载下跳过步。

伺服电机是另一种流行的业余爱好市场电机，用于不精确的位置控制。它们的流行应用包括遥控玩具车和机器人等遥控应用。它们由电机、电位器和控制电路组成，主要通过脉冲宽度调制 (PWM) 控制，即通过向控制线发送电脉冲。伺服系统可以是交流或直流。交流伺服器可以处理更高的电流浪涌并用于工业机械，而直流伺服器用于较小的爱好者应用。要了解有关伺服的更多信息，请查看我们的伺服电机工作原理文章。

交流电机有三种基本类型：感应电机、同步电机和工业电机。

感应电动机被称为异步电动机，因为它们不会以相同的恒定速率运动或转动速度低于所提供的频率。滑差，即实际速度和同步速度之间的差异，需要在感应电动机中产生转矩，即引起旋转的扭转力。这些电机转子周围的磁场是由感应电流引起的。

同步电机的转子在提供交流电时以恒定速率旋转。它们的磁场是由永磁体产生的。工业电机设计用于三相大功率应用，例如输送机或鼓风机。交流电机也可以在家用电器和其他应用中找到，例如时钟、风扇和磁盘驱动器。

购买电机时要考虑的事项：

选择电机时需要注意几个特性，但电压、电流、扭矩和速度 (RPM) 是最重要的。

电流是电动机的动力，过多的电流会损坏电动机。对于直流电机，工作电流和失速电流很重要。工作电流是电机在典型扭矩下预期吸收的平均电流量。失速电流为电机提供足够的扭矩，使其以失速速度或 0RPM 运行。这是电机应该能够吸收的最大电流，以及乘以额定电压时的最大功率。散热片很重要，它会持续运行电机或在高于额定电压的情况下运行，以防止线圈熔化。

电压用于保持净电流在一个方向流动并克服反向电流。电压越高，扭矩越大。直流电机的额定电压表示运行时最有效的电压。请务必使用推荐的电压。如果施加的电压太低，电机将无法工作，而太多的电压会使绕组短路，导致功率损失或完全损坏。

操作和失速值也需要与扭矩一起考虑。操作扭矩是电机设计提供的扭矩量，失速扭矩是从失速速度施加功率时产生的扭矩量。您应该始终查看所需的操作扭矩，但某些应用程序会要求您知道您可以推动电机多远。例如，对于轮式机器人，良好的扭矩等于良好的加速度，但您必须确保失速扭矩足够大以提升机器人的重量。在这种情况下，扭矩比速度更重要。

速度，或速度 (RPM)，对于电机来说可能很复杂。一般规则是电机在最高速度下运行效率最高，但如果需要齿轮传动，则并非总是可行。添加齿轮会降低电机的效率，因此还要考虑速度和扭矩的降低。

这些是选择电机时要考虑的基础知识。考虑应用的目的以及它使用的电流来选择合适的电机类型。电压、电流、扭矩和速度等应用规格将决定哪种电机最合适，因此请务必注意其要求。