无刷直流電機原理相关知识

點擊次數:   更新时间:2018-04-14 09:12:04   【關閉分    享:

直流無刷電機:

   无刷直流電機由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化国产亚洲视频中文字幕。 無刷電機是指无电刷和换向器(或集电环)的电机,又称无换向器电机。早在十九纪诞生电机的时候,产生的实用性电机就是无刷形式,即交流鼠笼式异步电动机,这种电动机得到了广泛的应用。但是,异步电动机有许多无法克服的缺陷,以致电机技术发展缓慢。上世纪中叶诞生了晶体管,因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流無刷電機就应运而生了。这种新型無刷電機称为电子换向式直流電機,它克服了第一代無刷電機的缺陷。

   直流无数电机原理:

   无刷直流電機由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化国产亚洲视频中文字幕。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体 ,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速;提供保护和显示等等。  
   直流電機具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能,但直流電機的优点也正是它的缺点,因为直流電機要产生额定负载下恒定转矩的性能,则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°,这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外,使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子,免维护、坚固、应用广,但特性上若要达到相当于直流電機的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多,提升驱动电机的性能。微处理机速度亦越来越快,可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直角坐标系统中,适当控制交流电机在两轴电流分量,达到类似直流電機控制并有与直流電機相当的性能。
   此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中,而且体积越来越小;像模拟/数字转换器(analog-to-digital converter,adc)、脉冲宽度调制(pulse wide modulator,pwm)…等。直流無刷電機即是以电子方式控制交流电机换相,得到类似直流電機特性又没有直流電機机构上缺失的一种应用。

   无刷直流電機特点:

1、可替代直流電機调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速;
直流無刷電機
直流無刷電機(3张)
2、具有传统直流電機的优点,同时又取消了碳刷、滑环结构;
3、可以低速大功率運行,可以省去減速機直接驅動大的負載;
4、體積小、重量輕、出力大;
5、轉矩特性優異,中、低速轉矩性能好,啓動轉矩大,啓動電流小;
6、無級調速,調速範圍廣,過載能力強;
7、軟啓軟停、制動特性好,可省去原有的機械制動或電磁制動裝置;
8、效率高,電機本身沒有勵磁損耗和碳刷損耗,消除了多級減速耗,綜合節電率可達20%~60%。
9、可靠性高,穩定性好,適應性強,維修與保養簡單;
10、耐顛簸震動,噪音低,震動小,運轉平滑,壽命長;
11、不産生火花,特別適合爆炸性場所,有防爆型;
12、根據需要可選梯形波磁場電機和正弦波磁場電機。

  无刷直流電機应用:

  无刷直流電機的应用十分广泛,如汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等等。总的来说,无刷直流電機可以分为以下三种主要用途:
  持续负载应用:主要是需要一定转速但是对转速精度要求不高的领域,比如风扇、抽水机、吹风机等一类的应用,这类应用成本较低且多为开环控制。
  可变负载应用:主要是转速需要在某个范围内变化的应用,对电机转速特性和动态响应时间特性有更高的需求。如家用器具中的、甩干机和压缩机就是很好的例子,汽车工业领域中的油泵控制、电控制器、发动机控制等,这类应用的系统成本相对更高些。
  定位应用:大多数工业控制和自动控制方面的应用属于这个类别,这类应用中往往会完成能量的输送,所以对转速的动态响应和转矩有特别的要求,对控制器的要求也较高。测速时可能会用上光电和一些同步设备。过程控制、机械控制和 运输控制等很多都属于这类应用。
   实用性新型無刷電機是与电子技术、微电子技术、数字技术、自控技术以及材料科学等发展紧密联系的。它不仅限于交直流领域,还涉及电动、发电的能量转换和信号传感等领域。在电机领域中新型無刷電機的品种是较多的,但性能优良的無刷電機因受到价格的限制,其应用还不十分广泛。下面分别就主要的新型無刷電機进行探索与研究。

   无刷直流電機分类:

    直流电动机
    一般直流电动机具有相同的工作原理和应用特性,而其组成是不一样的。除了电机本身外,前者还多一个换向电路,电机本身和换向电路紧密结合在一起。许多小功率电动机的电机本身是与换向电路合成一体,从外观上看直流无刷电动机与直流电动机完全一样。
    直流无刷电动机的电机本身是机电能量转换部分,它除了电机电枢、永磁励磁两部分外,还带有传感器。电机本身是直流無刷電機的核心,它不仅关系到性能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命等,还涉及制造费用及国产亚洲视频中文字幕成本。由于采用永磁磁场,使直流無刷電機摆脱一般直流電機的传统设计和结构,满足各种应用市场的要求,并向着省铜节材、制造简便的方向发展。永磁磁场的发展与永磁材料的应用密切相关,第三代永磁材料的应用,促使直流無刷電機向高效率、小型化、节能方向迈进。
    为了实现电子换向必须有位置信号来控制电路。早期用机电位置传感器获得位置信号,现已逐步用电子式位置传感器或其它方法得到位置信号,最简便的方法是利用电枢绕组的电势信号作为位置信号。
    要实现电机转速的控制必须有速度信号。用获得位置信号相近方法取得速度信号,最简单的速度传感器是测频式测速发电机与电子线路相结合。
    直流無刷電機的换向电路由驱动及控制两部分组成,这两部分是不容易分开的,尤其小功率用电路往往将两者集成化成为单一专用集成电路。
    在功率较大的电机中,驱动电路和控制电路可各自成为一体。驱动电路输出电功率,驱动电动机的电枢绕组,并受控于控制电路。驱动电路已从线性放大状态转成脉宽调制的开关状态,相应电路组成也从晶体管分立电路转成模块化集成电路。模块化集成电路有功率双极晶体管、功率场效应管和隔离栅场效应双极晶体管等组成形式。虽然,隔离栅场效应双极晶体管价格较贵,但从可靠安全和性能角度看,选用它还是较合适的。
    控制电路用作控制电机的转速、转向、电流(或转矩)以及保护电机的过流、过压、过热等。上述参数容易转成模拟信号,用此来控制较简单,但从发展来看,电机的参数应转换成数字量,通过数字式控制电路来控制电机。当前,控制电路有专用集成电路、微处理器和数字信号处理器等三种组成方式。在对电机控制要求不高的场合,专用集成电路组成控制电路是简单实用的方式。采用数字信号处理器组成控制电路是今后发展方向,有关数字信号处理器将在下面交流同步伺服电动机中介绍。
    在微小功率范畴直流无刷电动机是发展较快的新型电机。由于各个应用领域需要各自独特的直流无刷电动机,所以直流无刷电动机的类型较多。大体上有计算机外存储器以及VCD、DVD、CD主轴驱动用扁平式无铁心电机结构,小型通风机用外转子电机结构,家电用多极磁场结构及内装式结构,电动自行车用多极、外转子结构等等。上述直流无刷电动机的电机本身和电路均成一体,使用十分方便,它的产量也非常大。为了满足大批量、低成本的市场需要,直流无刷电动机的国产亚洲视频中文字幕必须要形成规模经济。因此,直流无刷电动机是一种高投入、高产出的国产亚洲视频中文字幕。同时,我们应该考虑到市场也在不断地发展,如家用空调用电机正由3A转向3D,需要大量的中小功率的直流无刷直流电动机,研究和开发中小功率的直流无刷电动机也成当务之急。

無刷電機
   (BLDCM)是在有刷直流电动机的基础上发展来的,但它的驱动电流是不折不扣的交流;无刷直流電機又可以分为无刷速率电机和无刷力矩电机。一般地,無刷電機的驱动电流有两种,一种是梯形波(一般是“方波”),另一种是正弦波。有时候把前一种叫直流無刷電機,后一种叫交流伺服电机,确切地讲是交流伺服电动机的一种。
    无刷直流電機为了减少转动惯量,通常采用“细长”的结构。无刷直流電機在重量和体积上要比有刷直流電機小的多,相应的转动惯量可以减少40%—50%左右。由于永磁材料的加工问题,致使无刷直流電機一般的容量都在100kW以下。
這種電動機的機械特性和調節特性的線性度好,調速範圍廣,壽命長,維護方便噪聲小,不存在因電刷而引起的一系列問題,所以這種電動機在控制系統中有很大的應用潛力。
   电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速;提供保护和显示等等。
   由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。
中小容量的無刷直流電動機的永磁體,多采用高磁能積的稀土钕鐵硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁無刷電動機的體積比同容量三相異步電動機縮小了一個機座號。
   近三十年来针对异步电动机变频调速的研究,归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的方法,稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。
   无刷直流電機因为具有直流有刷电机的特性,同时也是频率变化的装置,所以又名直流变频,国际通用名词为BLDC.无刷直流電機的运转效率,低速转矩,转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好,所以值得业界关注.本国产亚洲视频中文字幕已经国产亚洲视频中文字幕超过55kW,可设计到400kW,可以解决产业界节电与高性能驱
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