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直流無刷電機分類

 

1、直流電動機

 

一般直流電動機具有相同的工作原理和應(yīng)用特性，而其組成是不一樣的。除了電機本身外，前者還多一個換向電路，電機本身和換向電路緊密結(jié)合在一起。許多小功率電動機的電機本身是與換向電路合成一體，從外觀上看直流無刷電動機與直流電動機完全一樣。

 

直流無刷電動機的電機本身是機電能量轉(zhuǎn)換部分，它除了電機電樞、永磁勵磁兩部分外，還帶有傳感器。電機本身是直流無刷電機的核心，它不僅關(guān)系到性能指標(biāo)、噪聲振動、可靠性和使用壽命等，還涉及制造費用及產(chǎn)品成本。由于采用永磁磁場，使直流無刷電機擺脫一般直流電機的傳統(tǒng)設(shè)計和結(jié)構(gòu)，滿足各種應(yīng)用市場的要求，并向著省銅節(jié)材、制造簡便的方向發(fā)展。永磁磁場的發(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，促使直流無刷電機向高效率、小型化、節(jié)能方向邁進。

 

為了實現(xiàn)電子換向必須有位置信號來控制電路。早期用機電位置傳感器獲得位置信號，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，最簡便的方法是利用電樞繞組的電勢信號作為位置信號。

 

要實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的控制必須有速度信號。用獲得位置信號相近方法取得速度信號，最簡單的速度傳感器是測頻式測速發(fā)電機與電子線路相結(jié)合。

 

直流無刷電機的換向電路由驅(qū)動及控制兩部分組成，這兩部分是不容易分開的，尤其小功率用電路往往將兩者集成化成為單一專用集成電路。

 

在功率較大的電機中，驅(qū)動電路和控制電路可各自成為一體。驅(qū)動電路輸出電功率，驅(qū)動電動機的電樞繞組，并受控于控制電路。驅(qū)動電路已從線性放大狀態(tài)轉(zhuǎn)成脈寬調(diào)制的開關(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、功率場效應(yīng)管和隔離柵場效應(yīng)雙極晶體管等組成形式。雖然，隔離柵場效應(yīng)雙極晶體管價格較貴，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的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、電流(或轉(zhuǎn)矩)以及保護電機的過流、過壓、過熱等。上述參數(shù)容易轉(zhuǎn)成模擬信號，用此來控制較簡單，但從發(fā)展來看，電機的參數(shù)應(yīng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過數(shù)字式控制電路來控制電機。當(dāng)前，控制電路有專用集成電路、微處理器和數(shù)字信號處理器等三種組成方式。在對電機控制要求不高的場合，專用集成電路組成控制電路是簡單實用的方式。采用數(shù)字信號處理器組成控制電路是今后發(fā)展方向，有關(guān)數(shù)字信號處理器將在下面交流同步伺服電動機中介紹。

 

在微小功率范疇直流無刷電動機是發(fā)展較快的新型電機。由于各個應(yīng)用領(lǐng)域需要各自獨特的直流無刷電動機，所以直流無刷電動機的類型較多。大體上有計算機外存儲器以及VCD、DVD、CD主軸驅(qū)動用扁平式無鐵心電機結(jié)構(gòu)，小型通風(fēng)機用外轉(zhuǎn)子電機結(jié)構(gòu)，家電用多極磁場結(jié)構(gòu)及內(nèi)裝式結(jié)構(gòu)，電動自行車用多極、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)等等。上述直流無刷電動機的電機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、低成本的市場需要，直流無刷電動機的生產(chǎn)必須要形成規(guī)模經(jīng)濟。因此，直流無刷電動機是一種高投入、高產(chǎn)出的行業(yè)。同時，我們應(yīng)該考慮到市場也在不斷地發(fā)展，如家用空調(diào)用電機正由3A轉(zhuǎn)向3D，需要大量的中小功率的直流無刷直流電動機，研究和開發(fā)中小功率的直流無刷電動機也成當(dāng)務(wù)之急。

 

2、無刷電機

 

（BLDCM）是在有刷直流電動機的基礎(chǔ)上發(fā)展來的，但它的驅(qū)動電流是不折不扣的交流；無刷直流電機又可以分為無刷速率電機和無刷力矩電機。一般地，無刷電機的驅(qū)動電流有兩種，一種是梯形波（一般是“方波”），另一種是正弦波。有時候把前一種叫直流無刷電機，后一種叫交流伺服電機，確切地講是交流伺服電動機的一種。

 

無刷直流電機為了減少轉(zhuǎn)動慣量，通常采用“細(xì)長”的結(jié)構(gòu)。無刷直流電機在重量和體積上要比有刷直流電機小的多，相應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣量可以減少40%—50%左右。由于永磁材料的加工問題，致使無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(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)速范圍廣，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(tǒng)中有很大的應(yīng)用潛力。

 

電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來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，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護和顯示等等。

 

由于無刷直流電動機是以自控式運行的，所以不會象變頻調(diào)速下重載啟動的同步電機那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組，也不會在負(fù)載突變時產(chǎn)生振蕩和失步。

 

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釹鐵硼（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。

 

近三十年來針對異步電動機變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的方法，稀土永磁無刷直流電動機必將以其寬調(diào)速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢。

 

無刷直流電機因為具有直流有刷電機的特性,同時也是頻率變化的裝置,所以又名直流變頻,國際通用名詞為BLDC.無刷直流電機的運轉(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55kW,可設(shè)計到400kW,可以解決產(chǎn)業(yè)界節(jié)電與高性能驅(qū)動的需求。

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