電機種類有哪些?用途、類型、挑選注意事項一次看!
電機(electric motor)也稱為電動機或馬達,是現今工業自動化不可或缺的重要核心之一。電機依照其原理、構造、特性與應用方式的不同,已衍生發展出各式各樣的種類。本文將深入探討電機的不同種類、廣泛的應用領域以及選購時的應注意的事項。
電機用途
電機廣泛應用于各個領域,從重工業、人造衛星、火星地表探測儀到民生用品、無人機與玩具,都能看到電機為產業和日常生活帶來了便利和效能提升
工業用
*起重機
*船舶車輛
*升降機或電梯
*電動手扶梯
*輸送帶
*風扇
*鐵卷門
民生用
在日常生活中,電機隨處可見。從家用電器,再到現代綠色交通工具的驅動系統,電機都為這些產品的運行和性能提供了不可或缺的支持。
*電風扇
*洗衣機
*冷氣機
*吹風機
*電動牙刷
*吸塵器
*電動自行車
*無人機
常見的電機種類
常見的分類方式,是以供給電機的電源來分類,分成直流電機與交流電機。
直流電機
直流電機的工作原理是利用直流電流通過線圈產生磁場,磁場產生的力與永磁鐵相互作用使電機轉動,并且適時地改變電流的方向,使轉子能依同一方向持續旋轉。直流電的電流方向固定,速度調整范圍很大,運用的產品也很廣泛,手工具、家電、工業設備等都可見到直流電機的應用。直流電機又可分為有刷直流電機與無刷直流電機兩種。
有刷直流電機
主要由永磁鐵組成的定子、軸心與線圈組成的轉子、換向器(集電環)、電刷(碳刷)所構成。直流電源使用電刷接觸換向器將電流傳輸到電機的線圈產生磁場,與永久磁鐵的磁場作用后驅動轉子旋轉。有刷直流電機的優點是價格低廉、易于制造和維護;但缺點是效率較低、噪音較大。電刷因為長時間與換向器接觸摩擦而損耗,所以需要定期更換電刷。
無刷直流電機
無刷直流電機是以電子控制器來控制電機線圈中的電流,透過電氣性的電流切換來使電機驅動,減少因摩擦而產生的電機耗損。無刷直流電機優點是效率較高、噪音較低、可靠性高;但缺點是價格較高、制造和維護上較復雜。
有刷直流電機與無刷直流電機的差異:
有刷直流電機 | 無刷直流電機 | |
工作原理 | 使用電刷和換向器來將電流傳輸到電機的線圈 | 使用電子控制器來控制線圈中的電流 |
效率 | 較低 | 較高 |
噪音 | 較大 | 較小 |
成本 | 低 | 高 |
制造和維護 | 較簡單 | 較復雜 |
碳刷更換 | 定期 | 無需更換 |
交流電機
交流電機主要由一個定子繞組和一個轉子組成,電機運轉時定子靜止不動,當交流電電流通過定子上的銅線繞組時會產生磁場,推動轉子旋轉。交流電機主要的類別有:
感應電機
感應電機是一種最常見的交流電機,特點是構造簡單,制作材料取得容易,制造成本相對較低且應用范圍廣泛。感應電機又可依據供應電源的不同,分成單相感應電機與三相感應電機。感應電機常見家用電器、商業用或工業用設備,例如洗衣機、冰箱、冷氣機、鐵卷門、跑步機、食品機械、包裝機械、電動車、各種自動化設備等。
伺服電機
伺服電機(servo motor)是一種能夠精確控制旋轉位置、速度和輸出力矩的電機。伺服電機系統主要由伺服電機、位置傳感器和驅動器(控制器)組成。驅動器根據輸入的指令,可以精準而穩定地控制電機速度、旋轉與輸出力矩。因此對于需要精確控制電機轉速、力矩、位置的應用,都需要使用伺服電機,但缺點是價格也較高。伺服電機廣泛應用于工業自動化控制、工具機、機器人、食品加工機械、橡塑料機械等領域。
調速電機
單相感應式電機可以利用附加的轉速發電機及速度控制器,調整電機的轉速。三相感應式電機則可以透過變頻器來改變電機轉速,達到調整速度的需求。
減速電機
又稱齒輪電機,是利用加裝的齒輪減速機來降低電機轉速,同時增加電機的輸出扭力。提升電機的輸出扭力等于是提升了電機的負載能力,也就是提高了電機的工作能力。
高效率電機
電機效率是指電機將電能轉化為轉動的機械能的比例。電機效率越高,意味著它可以將更多的電能轉化為機械能,等同于減少電能的損耗。電機的效率通常以百分比表示,例如效率80%表示電機可以將80%的電能轉化為機械能。國際上通常使用國際電工委員會所訂定IE等級來表示電機的效率,IE1、IE2、IE3和IE4分別代表不同的效率等級。數字越大代表效率越高,也越省電。臺灣則是采用CNS14400作為電機效率標準。
直流無刷電機與交流電機的比較:
有刷直流電機 | 無刷直流電機 | |
工作原理 | 轉子線圈(電樞)通電后產生電磁場,與定子的永久磁鐵產生作用力而旋轉 | 定子繞組線圈通電后產生旋轉磁場,吸引轉子旋轉運動 |
效率 | 較低 | 較高 |
成本 | 低 | 高 |
選用電機注意事項
在選擇時應根據具體的應用需求來決定。感應式交流電機可以在較高溫的環境下運作,維護保養上較為方便,廣泛應用于工業領域。直流電機相較于交流電機,較不適合在高溫的環境下操作,在控制轉速方面較為簡單,速度調整范圍也較大,常應用于小型電動工具、家電及玩具上。此外,以下是選用電機時需要考慮的因素:
*功率:電機的功率是指電機運轉時可以輸出的最大能量,通常以瓦特(W)為計算單位。功率越大,電機可以輸出的力矩越大,意謂著可以帶動的負載越重,當然電機的體積與重量也就越大。
*轉速:指電機每分鐘旋轉的圈數,以轉速/分鐘(rpm)為計算單位。轉速越高,電機旋轉的速度越快,但輸出的扭矩就越小。
*電源:確認電機所使用的電源為交流電還是直流電,運轉時所需的電壓(V)與電流(A)各為多少。電壓越高,電機可以輸出的功率越大。電流越大,電機所消耗的電也越多。
*效率:效率越高,電機所消耗的電能越少,但制造成本與價格也越高。
*噪音:電機在運轉時會產生振動與噪音,甚至與固定裝置或其他零件共振產生更大的聲響。某些特定的應用設備或使用環境,對于電機運轉噪音有較嚴格的要求與限制。
安全規格或認證:國際上對于包括電機在內的電氣、電子技術及相關技術,都有相對應的安全規格要求以徹底驗證、評估及衡量產品或零件的安全性。例如歐盟地區的CE、美國的UL、加拿大的CSA等。
*價格:電機的價格會因上述的種類、功率、轉速、電壓、電流、效率、噪音等因素而異。應依據需求,在質量的前提下選擇合適的產品。
結論
電機又稱電動機,可以將電能轉化成動能來驅動其他裝置或設備。電機不僅種類繁多,性能持續提升,應用層面也從工業領域,走入我們的日常生活。選擇電機產品時,除了應注意所應用的機器設備及環境,也要了解電機的特性,再依實際的需求來選擇合適的產品。世協擁有30年以上電機與減速機的制造銷售經驗,產品已取得各項國際認證,質量穩定,符合市場需求,銷售全球50國。歡迎與世協聯絡,了解更多電機產品信息。