工程師通常會在直流(DC)電機或交流(AC)電機中進行選擇。 最近, 電子整流(EC)電機也加入了混戰, 該設備有助於控制能量輸出, 並提升能源效率。
據外媒報導, 工程師通常會在直流(DC)電機或交流(AC)電機中進行選擇。 最近, 電子整流(EC)電機也加入了混戰, 該設備有助於控制能量輸出, 並提升能源效率。 該設備技術先進, 目前正在替代直流電機及交流電機, 可實現效率調節。 電子整流電機與直流無刷電機均受控於外置電子線路板, 可提升控制及效率。
直流與交流電機的原理
直流電機憑藉碳刷及整流環來改變旋轉電樞(rotating armature)內電流及磁場電極的方向,
據maxon電機透露, 直流電機受限於電刷系統, 使用壽命為1000-1500小時, 若在極端負載下, 將不足100小時。 在工況條件較好的情況下, 部分電機的運行壽命或將達到1.5萬小時。 此外, 高速旋轉則受限於整流, 通常最大每分鐘轉速接近1萬次(RPM)。
直流電機的有效率(efficiency rate)較高, 但存在一定的比損耗(specific losses), 導致失效(lose efficiency)的因素包括:繞組的初始阻力(initial resistance)、電刷摩擦及渦流損耗(eddy-current losses)。
交流感應電機(AC induction motors)則採用了一系列繞組, 並受控於交流輸入電壓, 並由其產生定子磁場(stator field), 進而在產生轉子磁場。 而同步電機(synchronous motor)則是另一種交流電機, 其運行時的電源頻率(supply frequency)精度高。 當電流通過滑環(slip ring)或永磁體時, 將產生磁場。 同步電機的運行速度比感應電機快, 後者的速度受限於非同步電機(asynchronous motor)的滑環。
交流電機則意味著該設備的運行數值將與性能曲線上某個特定點相對應, 該曲線與電機的峰值效率(peak efficiency)將保持一致。 若未按照該點對應的數值運行, 那麼電機的效率將大幅下挫。
上圖對比了電子整流電機、三相感應交流電機(three-phase induction AC motor)、單相交流感應電機及罩極電動機(shaded pole motor)的電機效率。
電子整流電機的簡介及優勢
電子整流電機是一種受控於外部電子器件的無刷直流電機, 該電子器件可能是電子線路板, 也可能是變頻器(variable-frequency drive)。 機械整流(mechanical commutation)的執行有賴於電子回路(electronic circuitry), 線路板可改變固定式繞組(fixed winding)的相位, 確保電機轉動, 可提供適量的電樞電流(armature current)。 若在精准的時間段內向正確的方向傳輸電流, 可實現較高的精度。 由於電極的轉速受控於外部電子器件, 電子整流電機不存在同步轉速(synchronous speed)受限的情況。
電子整流電機具有以下優勢:由於該類電機無電刷, 不會產生火星或因電刷緣故導致電機使用壽命縮短, 且不會浪費能量, 因為其採用電子器件來控制定子, 其性能及可控性較好。
若採用電子整流電機, 動力分配也更為清潔。 無刷直流電機靠單獨的直流電源驅動, 交流電機的電源會產生額外的成本, 且設計更為複雜。 電子整流電機可直接與交流主電源相連, 但其並不完全依賴於電壓或頻率, 小幅的電壓變動不會影響電機輸出。
若將電子整流電機與交流罩極電機或固定分相電容器式交流電動機(AC permanent-split capacitor motor)進行比對,則會發現:罩極電機的效率範圍(efficiency range)在15%-25%,固定分相電容器式交流電動機(permanent-split capacitors,PCS)的範圍在30%-50%,而電子整流電機的效率範圍在60%-75%。
電子整流電機可用於低功率輸出的應用中,如:小型風機、伺服電機、動作控制技術系統(motion-control systems)。目前正嘗試新方法,將該類電機應用到傳送帶及冷凝機組(condenser units)等大功率輸出設備。
在控制速度方面,電子整流電機擁有多速控制功能,速度控制器是其標配件。交流電機也提供多數控制功能,並提供外置速度控制器選配件。外部控制器可調整交流電機的變壓器一次電壓(incoming voltage),可變更正弦波,會使電機的使用壽命受影響,並導致噪音增多。
對電子整流電機而言,整流電路的脈寬調製(pulse-width modulation)為4-20 mA,電壓為0-10 V,將電機的轉速控制在10%-100%的範圍內。只需採用積體電路,就能完成對電子整流電機的監控,設計師可提供對應的回饋資訊。電子整流電機還可提供軟啟動(soft start),且雜訊及電機溫度較低。
若將電子整流電機與交流罩極電機或固定分相電容器式交流電動機(AC permanent-split capacitor motor)進行比對,則會發現:罩極電機的效率範圍(efficiency range)在15%-25%,固定分相電容器式交流電動機(permanent-split capacitors,PCS)的範圍在30%-50%,而電子整流電機的效率範圍在60%-75%。
電子整流電機可用於低功率輸出的應用中,如:小型風機、伺服電機、動作控制技術系統(motion-control systems)。目前正嘗試新方法,將該類電機應用到傳送帶及冷凝機組(condenser units)等大功率輸出設備。
在控制速度方面,電子整流電機擁有多速控制功能,速度控制器是其標配件。交流電機也提供多數控制功能,並提供外置速度控制器選配件。外部控制器可調整交流電機的變壓器一次電壓(incoming voltage),可變更正弦波,會使電機的使用壽命受影響,並導致噪音增多。
對電子整流電機而言,整流電路的脈寬調製(pulse-width modulation)為4-20 mA,電壓為0-10 V,將電機的轉速控制在10%-100%的範圍內。只需採用積體電路,就能完成對電子整流電機的監控,設計師可提供對應的回饋資訊。電子整流電機還可提供軟啟動(soft start),且雜訊及電機溫度較低。