無(wú)刷直流電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成,是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 無(wú)刷電機(jī)是指無(wú)電刷和換向器(或集電環(huán))的電機(jī),又稱(chēng)無(wú)換向器電機(jī)。早在十九紀(jì)誕生電機(jī)的時(shí)候,產(chǎn)生的實(shí)用性電機(jī)就是無(wú)刷形式,即交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī),這種電動(dòng)機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。但是,異步電動(dòng)機(jī)有許多無(wú)法克服的缺陷,以致電機(jī)技術(shù)發(fā)展緩慢。上世紀(jì)中葉誕生了晶體管,因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無(wú)刷電機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了。這種新型無(wú)刷電機(jī)稱(chēng)為電子換向式直流電機(jī),它克服了第一代無(wú)刷電機(jī)的缺陷。
直流無(wú)刷電機(jī)圖片
中文名稱(chēng) | 直流無(wú)刷電機(jī) | 組成 | 電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器 |
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特點(diǎn) | 機(jī)電一體化產(chǎn)品 | 所屬類(lèi)別 | 機(jī)電 機(jī)械 |
應(yīng)用 | 得到了廣泛的應(yīng)用 | 工作原理 | 微處理機(jī) |
直流無(wú)刷電機(jī)控制策略
一般的自同步無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)逆變器和驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。圖中所示之驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通常較多用于電壓源逆變器(VSI)。電壓源逆變器的對(duì)應(yīng)是電流源逆變器(CSI)。VSI之所以較為廣泛運(yùn)用是因?yàn)槠涑杀?、重量、?dòng)態(tài)性能,以及易于控制均優(yōu)于CSI。兩種逆變器重量和成本的差異是由于VSI采用電容器進(jìn)行直流耦合,而CSI須要在整流器和逆變器之間接有笨重的電抗器。VSI在動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力上也與CSI不同。由于大的電抗器的作用就是滿足CSI作為恒流源的較大的換向重疊角的需要,防止電機(jī)繞組中電流的快速變化,抑制電機(jī)的高速伺服運(yùn)行。這就會(huì)加大驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中阻尼器的尺寸。對(duì)于CSI所期望得到的恒流控制和恒轉(zhuǎn)矩控制性能,在VSI中,也可通過(guò)其內(nèi)部的電流控制環(huán)中滯后型電流控制而近似得到。
術(shù)語(yǔ)"自同步"指的是為了定子相電流脈沖與電機(jī)各相反電勢(shì)一致所需正確的各管導(dǎo)通順序,驅(qū)動(dòng)電路對(duì)即時(shí)轉(zhuǎn)子位置信息的要求。
圖1基本的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)
圖2是無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)一經(jīng)典的位置和轉(zhuǎn)速控制方案的方框圖。如果僅僅期望轉(zhuǎn)速控制,可以將位置控制器和位置反饋電路去掉。通常在高性能的位置控制器中位置和轉(zhuǎn)速傳感器都是需要的。如果僅有位置傳感器而沒(méi)有轉(zhuǎn)速傳感器,那就要求檢測(cè)位置信號(hào)的差異,在模擬系統(tǒng)中就要導(dǎo)致噪聲的放大;而在數(shù)字系統(tǒng)中這不是問(wèn)題。對(duì)于位置和轉(zhuǎn)速控制的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),位置傳感器或者是其他獲取轉(zhuǎn)子位置信息的元件是一定要的。
圖2經(jīng)典轉(zhuǎn)速和位置控制無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)方框圖
許多高性能的應(yīng)用場(chǎng)合為了轉(zhuǎn)矩控制還需要電流反饋。至少,需要匯線電流反饋來(lái)防止電機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過(guò)流。當(dāng)添加一內(nèi)電流閉環(huán)控制就能實(shí)現(xiàn)非??斓碾娏髟茨孀兤髂菢拥男阅?,而不需要直流耦合電抗器,它被稱(chēng)為電流調(diào)節(jié)電壓源逆變器。驅(qū)動(dòng)中的直流電壓調(diào)節(jié)也可由作用類(lèi)似直流電源的可控整流器來(lái)實(shí)現(xiàn),或者既可通過(guò)在變換器中將PWM信號(hào)同時(shí)加在上下開(kāi)關(guān),也可通過(guò)僅僅加在上開(kāi)關(guān)或下開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
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:
n=60.f / p。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。
直流無(wú)刷驅(qū)動(dòng)器包括電源部及控制部如圖 (1) :電源部提供三相電源給電機(jī),控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。
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(kāi)關(guān)??刂撇縿t提供pwm(脈沖寬度調(diào)制)決定功率晶體管開(kāi)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),做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。
無(wú)刷直流電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛,如汽車(chē)、工具、工業(yè)工控、自動(dòng)化以及航空航天等等??偟膩?lái)說(shuō),無(wú)刷直流電機(jī)可以分為以下三種主要用途:
持續(xù)負(fù)載應(yīng)用:主要是需要一定轉(zhuǎn)速但是對(duì)轉(zhuǎn)速精度要求不高的領(lǐng)域,比如風(fēng)扇、抽水機(jī)、吹風(fēng)機(jī)等一類(lèi)的應(yīng)用,這類(lèi)應(yīng)用成本較低且多為開(kāi)環(huán)控制。
可變負(fù)載應(yīng)用:主要是轉(zhuǎn)速需要在某個(gè)范圍內(nèi)變化的應(yīng)用,對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間特性有更高的需求。如家用器具中的、甩干機(jī)和壓縮機(jī)就是很好的例子,汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域中的油泵控制、電控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制等,這類(lèi)應(yīng)用的系統(tǒng)成本相對(duì)更高些。
定位應(yīng)用:大多數(shù)工業(yè)控制和自動(dòng)控制方面的應(yīng)用屬于這個(gè)類(lèi)別,這類(lèi)應(yīng)用中往往會(huì)完成能量的輸送,所以對(duì)轉(zhuǎn)速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和轉(zhuǎn)矩有特別的要求,對(duì)控制器的要求也較高。測(cè)速時(shí)可能會(huì)用上光電和一些同步設(shè)備。過(guò)程控制、機(jī)械控制和運(yùn)輸控制等很多都屬于這類(lèi)應(yīng)用。
實(shí)用性新型無(wú)刷電機(jī)是與電子技術(shù)、微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、自控技術(shù)以及材料科學(xué)等發(fā)展緊密聯(lián)系的。它不僅限于交直流領(lǐng)域,還涉及電動(dòng)、發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換和信號(hào)傳感等領(lǐng)域。在電機(jī)領(lǐng)域中新型無(wú)刷電機(jī)的品種是較多的,但性能優(yōu)良的無(wú)刷電機(jī)因受到價(jià)格的限制,其應(yīng)用還不十分廣泛。下面分別就主要的新型無(wú)刷電機(jī)進(jìn)行探索與研究。
有哪些廠家生產(chǎn)直流無(wú)刷電機(jī)盤(pán)式
直流無(wú)刷電機(jī)
直流無(wú)刷電機(jī)PWM調(diào)速是什么原理
直流無(wú)刷電機(jī)PWM調(diào)速原理:直流電機(jī)的PWM調(diào)速原理與交流電機(jī)調(diào)速原理不同,它不是通過(guò)調(diào)頻方式去調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,而是通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電壓脈沖寬度的方式,并與電路中一些相應(yīng)的儲(chǔ)能元件配合,改變了輸送到電樞電...
無(wú)刷直流電機(jī)選型時(shí)需參考的主要參數(shù)有以下幾點(diǎn):
最大扭矩:可以通過(guò)將負(fù)載扭矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦力相加得到,另外,還有一些額外的因素影響最大扭矩如氣隙空氣的阻力等。
平方模扭矩:可以近似的認(rèn)為是實(shí)際應(yīng)用需要的持續(xù)輸出扭矩,由許多因素決定:最大扭矩、負(fù)載扭矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、加速、減速及運(yùn)行時(shí)間等。
轉(zhuǎn)速:這是有應(yīng)用需求的轉(zhuǎn)速,可以根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速梯形曲線來(lái)確定電機(jī)的轉(zhuǎn)速需求,通常計(jì)算時(shí)要留有10%的余量。
(1)在拆卸前,要用壓縮空氣吹凈電機(jī)表面灰塵,并將表面污垢擦拭干凈。
(2)選擇電機(jī)解體的工作地點(diǎn),清理現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。
(3)熟悉電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和檢修技術(shù)要求。
(4)準(zhǔn)備好解體所需工具(包括專(zhuān)用工具)和設(shè)備。
(5)為了進(jìn)一步了解電機(jī)運(yùn)行中的缺陷,有條件時(shí)可在拆卸前做一次檢查試驗(yàn)。為此,將電機(jī)帶上負(fù)載試轉(zhuǎn),詳細(xì)檢查電機(jī)各部分溫度、聲音、振動(dòng)等情況,并測(cè)試電壓、電流、轉(zhuǎn)速等,然后再斷開(kāi)負(fù)載,單獨(dú)做一次空載檢查試驗(yàn),測(cè)出空載電流和空載損耗,做好記錄。
(6)切斷電源 ,拆除電機(jī)外部接線,做好記錄。
(7)選用合適電壓的兆歐表測(cè)試電機(jī)絕緣電阻 。為了跟上次檢修時(shí)所測(cè)的絕緣電阻值相比較以判斷電機(jī)絕緣變化趨勢(shì)和絕緣狀態(tài),應(yīng)將不同溫度下測(cè)出的絕緣電阻值換算到同一溫度,一般換算至75℃。
(8)測(cè)試吸收比K。當(dāng)吸收比大于1.33時(shí),表明電機(jī)絕緣不曾受潮或受潮程度不嚴(yán)重。為了跟以前數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,同樣要將任意溫度下測(cè)得的吸收比換算到同一溫度。
直流無(wú)刷電機(jī)操作
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)子所在位置,然后依照定子繞線決定開(kāi)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(chēng)為上臂功率晶體管)及al、bl、cl(這些稱(chēng)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(kāi)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(kāi)下臂功率晶體管);要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開(kāi)啟順序相反。
基本上功率晶體管的開(kāi)法可舉例如下:
ah、bl一組→ah、cl一組→bh、cl一組→bh、al一組→ch、al一組→ch、bl一組
但絕不能開(kāi)成ah、al或bh、bl或ch、cl。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_(kāi)關(guān)的響應(yīng)時(shí)間,所以功率晶體管在關(guān)與開(kāi)的交錯(cuò)時(shí)間要將零件的響應(yīng)時(shí)間考慮進(jìn)去,否則當(dāng)上臂(或下臂)尚未完全關(guān)閉,下臂(或上臂)就已開(kāi)啟,結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。
圖二
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(kāi)關(guān)導(dǎo)通,以及導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短。速度不夠則開(kāi)長(zhǎng),速度過(guò)頭則減短,此部分工作就由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。或者速度回傳改變以encoder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(zhuān)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。
一般PID控制如下 :
Kp 控制(比例控制) :輸出與輸入誤差訊號(hào)成正比關(guān)系,即將誤差固定比例修正,但系統(tǒng)會(huì)有穩(wěn)態(tài)誤差。
Ti 控制(積分控制) :當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)有穩(wěn)態(tài)誤差時(shí),將誤差取時(shí)間的積分,即便誤差很小也能隨時(shí)間增加而加大,使穩(wěn)態(tài)誤差減小直到為零。
Td 控制(微分控制):當(dāng)系統(tǒng)在克服誤差時(shí),其變化總是落后于誤差變化,表示系統(tǒng)存在較大慣性組件或(且)有滯后組件。微分即是預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)以便提前作用避免被控量嚴(yán)重沖過(guò)頭。
對(duì)于驅(qū)動(dòng)器還要有保護(hù)措施,當(dāng)負(fù)載過(guò)大或不當(dāng)使用時(shí)會(huì)造成大電流而將功率晶體管燒毀。為了保護(hù)因電流超過(guò)規(guī)格而破壞驅(qū)動(dòng)器,一般會(huì)以加大功率晶體管耐電流或加電流sensor做為保護(hù)。其次當(dāng)電機(jī)負(fù)載不小的時(shí)候,在停止轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由電機(jī)端回送至驅(qū)動(dòng)器的能量及過(guò)電壓都將危及驅(qū)動(dòng)器,這可配合過(guò)電壓保護(hù)電路加上回生能量消散電路來(lái)防治。其它尚有hall-sensor正常與否判定也會(huì)影響pwm控制的正確性,這可由控制部判斷并適時(shí)警告即可。
直流無(wú)刷電機(jī)特點(diǎn)
1、可替代直流電機(jī)調(diào)速、變頻器+變頻電機(jī)調(diào)速、異步電機(jī)+減速機(jī)調(diào)速;
2、具有傳統(tǒng)直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又取消了碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu);
3、可以低速大功率運(yùn)行,可以省去減速機(jī)直接驅(qū)動(dòng)大的負(fù)載;
4、體積小、重量輕、出力大;
5、轉(zhuǎn)矩特性?xún)?yōu)異,中、低速轉(zhuǎn)矩性能好,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,啟動(dòng)電流小;
6、無(wú)級(jí)調(diào)速,調(diào)速范圍廣,過(guò)載能力強(qiáng);
7、軟啟軟停、制動(dòng)特性好,可省去原有的機(jī)械制動(dòng)或電磁制動(dòng)裝置;
8、效率高,電機(jī)本身沒(méi)有勵(lì)磁損耗和碳刷損耗,消除了多級(jí)減速耗,綜合節(jié)電率可達(dá)20%~60%。
9、可靠性高,穩(wěn)定性好,適應(yīng)性強(qiáng),維修與保養(yǎng)簡(jiǎn)單;
10、耐顛簸震動(dòng),噪音低,震動(dòng)小,運(yùn)轉(zhuǎn)平滑,壽命長(zhǎng);
11、不產(chǎn)生火花,特別適合爆炸性場(chǎng)所,有防爆型;
12、根據(jù)需要可選梯形波磁場(chǎng)電機(jī)和正弦波磁場(chǎng)電機(jī)。
一般直流電動(dòng)機(jī)具有相同的工作原理和應(yīng)用特性,而其組成是不一樣的。除了電機(jī)本身外,前者還多一個(gè)換向電路,電機(jī)本身和換向電路緊密結(jié)合在一起。許多小功率電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本身是與換向電路合成一體,從外觀上看直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)完全一樣。
直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本身是機(jī)電能量轉(zhuǎn)換部分,它除了電機(jī)電樞、永磁勵(lì)磁兩部分外,還帶有傳感器。電機(jī)本身是直流無(wú)刷電機(jī)的核心,它不僅關(guān)系到性能指標(biāo)、噪聲振動(dòng)、可靠性和使用壽命等,還涉及制造費(fèi)用及產(chǎn)品成本。由于采用永磁磁場(chǎng),使直流無(wú)刷電機(jī)擺脫一般直流電機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu),滿足各種應(yīng)用市場(chǎng)的要求,并向著省銅節(jié)材、制造簡(jiǎn)便的方向發(fā)展。永磁磁場(chǎng)的發(fā)展與永磁材料的應(yīng)用密切相關(guān),第三代永磁材料的應(yīng)用,促使直流無(wú)刷電機(jī)向高效率、小型化、節(jié)能方向邁進(jìn)。
為了實(shí)現(xiàn)電子換向必須有位置信號(hào)來(lái)控制電路。早期用機(jī)電位置傳感器獲得位置信號(hào),現(xiàn)已逐步用電子式位置傳感器或其它方法得到位置信號(hào),最簡(jiǎn)便的方法是利用電樞繞組的電勢(shì)信號(hào)作為位置信號(hào)。
要實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制必須有速度信號(hào)。用獲得位置信號(hào)相近方法取得速度信號(hào),最簡(jiǎn)單的速度傳感器是測(cè)頻式測(cè)速發(fā)電機(jī)與電子線路相結(jié)合。
直流無(wú)刷電機(jī)的換向電路由驅(qū)動(dòng)及控制兩部分組成,這兩部分是不容易分開(kāi)的,尤其小功率用電路往往將兩者集成化成為單一專(zhuān)用集成電路。
在功率較大的電機(jī)中,驅(qū)動(dòng)電路和控制電路可各自成為一體。驅(qū)動(dòng)電路輸出電功率,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的電樞繞組,并受控于控制電路。驅(qū)動(dòng)電路已從線性放大狀態(tài)轉(zhuǎn)成脈寬調(diào)制的開(kāi)關(guān)狀態(tài),相應(yīng)電路組成也從晶體管分立電路轉(zhuǎn)成模塊化集成電路。模塊化集成電路有功率雙極晶體管、功率場(chǎng)效應(yīng)管和隔離柵場(chǎng)效應(yīng)雙極晶體管等組成形式。雖然,隔離柵場(chǎng)效應(yīng)雙極晶體管價(jià)格較貴,但從可靠安全和性能角度看,選用它還是較合適的。
控制電路用作控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、電流(或轉(zhuǎn)矩)以及保護(hù)電機(jī)的過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱等。上述參數(shù)容易轉(zhuǎn)成模擬信號(hào),用此來(lái)控制較簡(jiǎn)單,但從發(fā)展來(lái)看,電機(jī)的參數(shù)應(yīng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,通過(guò)數(shù)字式控制電路來(lái)控制電機(jī)。當(dāng)前,控制電路有專(zhuān)用集成電路、微處理器和數(shù)字信號(hào)處理器等三種組成方式。在對(duì)電機(jī)控制要求不高的場(chǎng)合,專(zhuān)用集成電路組成控制電路是簡(jiǎn)單實(shí)用的方式。采用數(shù)字信號(hào)處理器組成控制電路是今后發(fā)展方向,有關(guān)數(shù)字信號(hào)處理器將在下面交流同步伺服電動(dòng)機(jī)中介紹。
在微小功率范疇直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是發(fā)展較快的新型電機(jī)。由于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域需要各自獨(dú)特的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī),所以直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型較多。大體上有計(jì)算機(jī)外存儲(chǔ)器以及VCD、DVD、CD主軸驅(qū)動(dòng)用扁平式無(wú)鐵心電機(jī)結(jié)構(gòu),小型通風(fēng)機(jī)用外轉(zhuǎn)子電機(jī)結(jié)構(gòu),家電用多極磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)及內(nèi)裝式結(jié)構(gòu),電動(dòng)自行車(chē)用多極、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等等。上述直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的電機(jī)本身和電路均成一體,使用十分方便,它的產(chǎn)量也非常大。為了滿足大批量、低成本的市場(chǎng)需要,直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)必須要形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)。因此,直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)是一種高投入、高產(chǎn)出的行業(yè)。同時(shí),我們應(yīng)該考慮到市場(chǎng)也在不斷地發(fā)展,如家用空調(diào)用電機(jī)正由3A轉(zhuǎn)向3D,需要大量的中小功率的直流無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī),研究和開(kāi)發(fā)中小功率的直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)也成當(dāng)務(wù)之急。
(BLDCM)是在有刷直流電動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展來(lái)的,但它的驅(qū)動(dòng)電流是不折不扣的交流;無(wú)刷直流電機(jī)又可以分為無(wú)刷速率電機(jī)和無(wú)刷力矩電機(jī)。一般地,無(wú)刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流有兩種,一種是梯形波(一般是"方波"),另一種是正弦波。有時(shí)候把前一種叫直流無(wú)刷電機(jī),后一種叫交流伺服電機(jī),確切地講是交流伺服電動(dòng)機(jī)的一種。
無(wú)刷直流電機(jī)為了減少轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,通常采用"細(xì)長(zhǎng)"的結(jié)構(gòu)。無(wú)刷直流電機(jī)在重量和體積上要比有刷直流電機(jī)小的多,相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以減少40%-50%左右。由于永磁材料的加工問(wèn)題,致使無(wú)刷直流電機(jī)一般的容量都在100kW以下。
這種電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好,調(diào)速范圍廣,壽命長(zhǎng),維護(hù)方便噪聲小,不存在因電刷而引起的一系列問(wèn)題,所以這種電動(dòng)機(jī)在控制系統(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。
電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱(chēng)星形接法,同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體,為了檢測(cè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的極性,在電動(dòng)機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成,其功能是:接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào),以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng);接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào),用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷,產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩;接受速度指令和速度反饋信號(hào),用來(lái)控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速;提供保護(hù)和顯示等等。
由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的,所以不會(huì)象變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組,也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。
中小容量的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的永磁體,多采用高磁能積的稀土釹鐵硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的體積比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)縮小了一個(gè)機(jī)座號(hào)。
近三十年來(lái)針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的研究,歸根到底是在尋找控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法,稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)必將以其寬調(diào)速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點(diǎn)在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。
無(wú)刷直流電機(jī)因?yàn)榫哂兄绷饔兴㈦姍C(jī)的特性,同時(shí)也是頻率變化的裝置,所以又名直流變頻,國(guó)際通用名詞為BLDC.無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率,低速轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好,所以值得業(yè)界關(guān)注.本產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)超過(guò)55kW,可設(shè)計(jì)到400kW,可以解決產(chǎn)業(yè)界節(jié)電與高性能驅(qū)動(dòng)的需求。
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直流無(wú)刷電機(jī)簡(jiǎn)單介紹及于空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用
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電動(dòng)車(chē)直流無(wú)刷電機(jī)控制器檢驗(yàn)規(guī)范
直流無(wú)刷電機(jī)可分為有換向器的直流電動(dòng)機(jī)和無(wú)換向器的直流電動(dòng)機(jī)兩大類(lèi)。直流電動(dòng)機(jī)在結(jié)構(gòu)、價(jià)格、維護(hù)性能方面都不如交流電動(dòng)機(jī),但長(zhǎng)期以來(lái)交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制問(wèn)題未能得到滿意的解決,所以直流電動(dòng)機(jī)以其良好的控制特性得到了廣泛的應(yīng)用。目前,雖然交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制問(wèn)題已經(jīng)解決,但由于設(shè)備投人和改造需要一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的過(guò)程.交流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制尚未普及,直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)仍在普遍使用。
直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)最早采用恒定直流電壓給直流電動(dòng)機(jī)供電,通過(guò)改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡(jiǎn)單易行、設(shè)備制造方便、價(jià)格低廉;但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟,不能得到較寬和平滑的調(diào)速性能。該法只適用在一些小功率且調(diào)速范圍要求不大的場(chǎng)合.這種控制方法可獲得較寬的調(diào)速范圍、較小的轉(zhuǎn)速變化率和平滑的調(diào)速性能。但此方法的主要缺點(diǎn)是系統(tǒng)重量大、占地多、效率低及維修困難。
近年來(lái),隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展,由晶閘管變流器供電的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已取代了發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng),它的調(diào)速性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了發(fā)電機(jī)·電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,使直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的精度、動(dòng)態(tài)性能、可靠性有了更大的提高。電力電子技術(shù)中IGBT等大功率器件的發(fā)展正在取代晶閘管,出現(xiàn)了性能更好的直流調(diào)速系統(tǒng)。
直流無(wú)刷電機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成,是一種典型的機(jī)電一體化。 電機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱(chēng)星形接法,同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。其工作原理如下。
該驅(qū)動(dòng)器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成,控制器根據(jù)位置傳感器測(cè)得的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置有序的觸發(fā)驅(qū)動(dòng)電路中的各個(gè)功率管,進(jìn)行有序換流,以驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī)。接受電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號(hào),以控制電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)、停止和制動(dòng),接受位置傳感器信號(hào)和正反轉(zhuǎn)信號(hào),用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷,產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩,接受速度指令和速度反饋信號(hào),用來(lái)控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速,提供保護(hù)和顯示。
直流無(wú)刷電機(jī)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,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。
機(jī)械動(dòng)力汽車(chē)系統(tǒng)正逐漸被直流無(wú)刷電機(jī)所取代。適當(dāng)控制直流無(wú)刷電機(jī)在兩軸電流分量,可達(dá)到類(lèi)似直流電機(jī)控制并有與直流無(wú)刷電機(jī)相當(dāng)?shù)男阅堋?/p>
《永磁直流無(wú)刷電機(jī)實(shí)用設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)》是上??茖W(xué)技術(shù)出版社出版的一本圖書(shū)。