ec風(fēng)機(jī)定義

EC (Electrical Commutation)電機(jī)電源為直流電源、內(nèi)置直流變交流(通過(guò)六個(gè)逆變模塊)、采用轉(zhuǎn)子位置反饋、三相交流、永磁、同步電機(jī)。(直流無(wú)刷只是電源品質(zhì)和電機(jī)的表象，而不是電機(jī)的實(shí)質(zhì)，EC電機(jī)實(shí)質(zhì)上是三相交流永磁同步電機(jī))

EC電機(jī)為內(nèi)置智能控制模塊的直流無(wú)刷式免維護(hù)型電機(jī)，自帶RS485輸出接口、0-10V傳感器輸出接口、4-20mA調(diào)速開關(guān)輸出接口、報(bào)警裝置輸出接口及主從信號(hào)輸出接口。該產(chǎn)品具有高智能、高節(jié)能、高效率、壽命長(zhǎng)、振動(dòng)小、噪聲低以及可連續(xù)不間斷工作等特點(diǎn)。

無(wú)刷直流電機(jī)由于省去了勵(lì)磁用的集電環(huán)和電刷，在結(jié)構(gòu)上大大簡(jiǎn)化。同時(shí)不但改善了電機(jī)的工藝性，而且電機(jī)運(yùn)行的機(jī)械可靠性大為增強(qiáng)，壽命增加。

同時(shí)氣隙磁密可大大提高，電機(jī)指標(biāo)可實(shí)現(xiàn)最佳設(shè)計(jì)，其直接效果就是電機(jī)體積縮小，重量減輕。不僅如此，較其它電機(jī)而言，還具有非常優(yōu)異的控制性能。這是因?yàn)?其一，由于永磁材料的高性能而使電機(jī)的力矩常數(shù)、轉(zhuǎn)矩慣量比、功率密度等大大提高。通過(guò)合理設(shè)計(jì)又能使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、電氣及機(jī)械時(shí)間常數(shù)等指標(biāo)大大降低，作為伺服控制性能的主要指標(biāo)有了很大改善。其二，現(xiàn)代永磁磁路的設(shè)計(jì)已較完善，加上永磁材料的矯頑力高，因而永磁電機(jī)的抗電樞反應(yīng)及其抗去磁的能力大大加強(qiáng)，電機(jī)的控制參量隨外部擾動(dòng)影響大大減小。其三，由于用永磁體取代了電勵(lì)磁，減少了勵(lì)磁繞組及勵(lì)磁磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)，因而減少了勵(lì)磁磁通、勵(lì)磁繞組電感、勵(lì)磁電流等諸多參數(shù)，從而直接減少了可控變量或參量。綜合以上各因素可以說(shuō)永磁電機(jī)具有優(yōu)異的可控性。

目前大容量風(fēng)機(jī)調(diào)節(jié)風(fēng)量已有很多采用變頻調(diào)速方式，這一類變頻器主要依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴。目前1kw以下功率等級(jí)的風(fēng)機(jī)，特別是家用空調(diào)等的風(fēng)機(jī)已有永磁無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采用調(diào)速調(diào)風(fēng)量方式。1~10kw功率范圍的風(fēng)機(jī)用量巨大，基本采用感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，并采用調(diào)節(jié)風(fēng)口開度方式調(diào)節(jié)風(fēng)量。對(duì)于這一功率范圍內(nèi)的風(fēng)機(jī)，采用永磁無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)替代原先的感應(yīng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)具有巨大的優(yōu)越性。

(1)損耗小、效率高

因?yàn)椴捎昧擞来朋w勵(lì)磁，消除了感應(yīng)電機(jī)勵(lì)磁電流產(chǎn)生的損耗;同時(shí)永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作于同步運(yùn)行方式，消除了感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心的轉(zhuǎn)頻損耗。這兩方面使永磁無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行效率遠(yuǎn)高于感應(yīng)電機(jī)，小容量電機(jī)的效率提高更明顯。

(2)功率因數(shù)高

由于無(wú)刷直流電機(jī)的勵(lì)磁磁場(chǎng)不需要電網(wǎng)的無(wú)功電流，因此其功率因數(shù)遠(yuǎn)高于感應(yīng)電機(jī)，無(wú)刷直流電機(jī)可以運(yùn)行于1功率因數(shù)，這對(duì)小功率電機(jī)極為有利。無(wú)刷電機(jī)與感應(yīng)電機(jī)相比不但額定負(fù)載時(shí)具有更高的效率和功率因數(shù)，而且在輕載時(shí)更具有優(yōu)勢(shì)。

(3)調(diào)速性能好、控制簡(jiǎn)單

與感應(yīng)電機(jī)的變頻調(diào)速相比，無(wú)刷直流電機(jī)的調(diào)速控制不但簡(jiǎn)單，而且具有更好的調(diào)速性能。

(4)逆變器容量低，因此逆變器成本低

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)需要矩形波電流，逆變器持續(xù)運(yùn)行時(shí)的電流額定值指的就是這個(gè)矩形波的峰值。感應(yīng)電機(jī)需要正弦波電流，逆變器持續(xù)運(yùn)行時(shí)的電流額定值一般指的是這個(gè)正弦波的有效值。為保持逆變器對(duì)電動(dòng)機(jī)電流的控制能力，逆變器直流電壓與電動(dòng)機(jī)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)間應(yīng)有足夠的差值。因此無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)梯形波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)正弦波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可以達(dá)到的峰值都受到逆變器直流電壓的限制。在這種情況下，若假定無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和感應(yīng)電動(dòng)機(jī)電流的峰值相等，則前者功率輸出要比后者高出33%，也就是說(shuō)，同一臺(tái)整流器/逆變器可以驅(qū)動(dòng)比感應(yīng)電機(jī)輸出功率高出33%的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無(wú)換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機(jī)、電子儀器及自動(dòng)化辦公設(shè)備中。

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流(即檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。

位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。

采用磁敏式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，其磁敏傳感器件(例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返?裝在定子組件上，用來(lái)檢測(cè)永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。

采用光電式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會(huì)按一定頻率間歇間生脈沖信號(hào)。

采用電磁式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件(例如耦合變壓器、接近開關(guān)、LC諧振電路等)，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí)，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(hào)(其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化)。

直流電機(jī)具有響應(yīng)快速、較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，但直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)也正是它的缺點(diǎn)，因?yàn)橹绷麟姍C(jī)要產(chǎn)生額定負(fù)載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能，則電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)須恒維持90°，這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會(huì)造成組件損壞之外，使用場(chǎng)合也受到限制。交流電機(jī)沒有碳刷及整流子，免維護(hù)、堅(jiān)固、應(yīng)用廣，但特性上若要達(dá)到相當(dāng)于直流電機(jī)的性能須用復(fù)雜控制技術(shù)才能達(dá)到。現(xiàn)今半導(dǎo)體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多，提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能。微處理機(jī)速度亦越來(lái)越快，可實(shí)現(xiàn)將交流電機(jī)控制置于一旋轉(zhuǎn)的兩軸直交坐標(biāo)系統(tǒng)中，適當(dāng)控制交流電機(jī)在兩軸電流分量，達(dá)到類似直流電機(jī)控制并有與直流電機(jī)相當(dāng)?shù)男阅堋?/p>

此外已有很多微處理機(jī)將控制電機(jī)必需的功能做在芯片中，而且體積越來(lái)越小;像模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital converter，adc)、脈沖寬度調(diào)制(pulse wide modulator，pwm)…等。直流無(wú)刷電機(jī)即是以電子方式控制交流電機(jī)換相，得到類似直流電機(jī)特性又沒有直流電機(jī)機(jī)構(gòu)上缺失的一種應(yīng)用。

直流無(wú)刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說(shuō)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(p)影響。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。直流無(wú)刷電機(jī)即是將同步電機(jī)加上電子式控制(驅(qū)動(dòng)器)，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的頻率并將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達(dá)到接近直流電機(jī)特性的方式。也就是說(shuō)直流無(wú)刷電機(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時(shí)仍可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。

電源部可以直接以直流電輸入(一般為24V)或以交流電輸入(110v/220 v)，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)轉(zhuǎn)成直流。不論是直流電輸入或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機(jī)線圈前須先將直流電壓由換流器(inverter)轉(zhuǎn)成3相電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。換流器(inverter)一般由6個(gè)功率晶體管(q1~q6)分為上臂(q1、q3、q5)/下臂(q2、q4、q6)連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開關(guān)。控制部則提供pwm(脈沖寬度調(diào)制)決定功率晶體管開關(guān)頻度及換流器(inverter)換相的時(shí)機(jī)。直流無(wú)刷電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會(huì)變動(dòng)太大的速度控制，所以電機(jī)內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場(chǎng)的霍爾傳感器(hall-sensor)，作為速度之閉回路控制，同時(shí)也做為相序控制的依據(jù)。但這只是用來(lái)做為速度控制并不能拿來(lái)做為定位控制。

要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子目前所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關(guān)閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序，如 下(圖二)inverter中之a(chǎn)h、bh、ch(這些稱為上臂功率晶體管)及al、bl、cl(這些稱為下臂功率晶體管)，使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號(hào)的位置時(shí)，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管);要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反。

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，控制部會(huì)再根據(jù)驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令(command)與hall-sensor信號(hào)變化的速度加以比對(duì)(或由軟件運(yùn)算)再來(lái)決定由下一組(ah、bl或ah、cl或bh、cl或……)開關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短。速度不夠則開長(zhǎng)，速度過(guò)頭則減短，此部份工作就由pwm來(lái)完成。pwm是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的pwm才是要達(dá)到較精準(zhǔn)速度控制的核心。高轉(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的clock 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時(shí)間，另外對(duì)于hall-sensor信號(hào)變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、實(shí)時(shí)性。至于低轉(zhuǎn)速的速度控制尤其是低速起動(dòng)則因?yàn)榛貍鞯膆all-sensor信號(hào)變化變得更慢，怎樣擷取信號(hào)方式、處理時(shí)機(jī)以及根據(jù)電機(jī)特性適當(dāng)配置控制參數(shù)值就顯得非常重要?；蛘咚俣然貍鞲淖円詄ncoder變化為參考，使信號(hào)分辨率增加以期得到更佳的控制。電機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)順暢而且響應(yīng)良好，p.i.d.控制的恰當(dāng)與否也無(wú)法忽視。之前提到直流無(wú)刷電機(jī)是閉回路控制，因此回授信號(hào)就等于是告訴控制部現(xiàn)在電機(jī)轉(zhuǎn)速距離目標(biāo)速度還差多少，這就是誤差(error)。知道了誤差自然就要補(bǔ)償，方式有傳統(tǒng)的工程控制如p.i.d.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實(shí)是復(fù)雜多變的，若要控制的堅(jiān)固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統(tǒng)的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也將被納入成為智能型p.i.d.控制的重要理論。