產(chǎn)業(yè)用無(wú)刷直流電機

作者：時(shí)間：2012-03-05 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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無(wú)刷直流電動(dòng)機BrushlessDirectCurrentMotor,BLDC,采用方波自控式永磁同步電機,以霍爾傳感器取代碳刷換向器,以釹鐵硼作為轉子的永磁材料;產(chǎn)品性能超越傳統直流電機的所有優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又解決了直流電機碳刷滑環(huán)的缺點(diǎn),數字式控制,是當今最理想的調速電機(下列美國能源部針對各種不同調速電機效率比較圖).
本產(chǎn)品具有高效率,高轉矩,高精度的三高特點(diǎn);同時(shí)具有體積小,重量輕,可作成各種體積形狀,是當今最高效率的調速電機,與傳統直流有刷電機比較,或與交流變頻調速比較均有更好的性能;在牽引電機電瓶車(chē)EV行業(yè),取代傳統直流有刷電機時(shí)除可以達到更高效率,更高激活轉矩等特性外,由于采用方波驅動(dòng),讓鉛酸蓄電池有時(shí)間修補電極板,可以延長(cháng)蓄電池的壽命,提高約1.3倍的電池容量,綜合效率約可提高一倍左右的電池容量,大大的改善了電瓶車(chē)的性能.
無(wú)刷直流電動(dòng)機在先進(jìn)國家已大量于軍事、信息業(yè)(IT)、辦公設備(OA)、家電業(yè)(HA)、DIY手動(dòng)工具、伺服系統、電動(dòng)汽車(chē)、電瓶車(chē)、磁旋浮列車(chē)等;經(jīng)過(guò)本公司十多年的開(kāi)發(fā),生產(chǎn)容量已經(jīng)達75kW,設計容量可達315kW,可以滿(mǎn)足產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化及流體機械、空調機械的節電驅動(dòng)應用.
無(wú)刷直流電動(dòng)機具有上述的三高特性,非常適合使用在24小時(shí)連續運轉的產(chǎn)業(yè)機械及空調冷凍主機、風(fēng)機水泵、空氣壓縮機負載;低速高轉矩及高頻繁正反轉不發(fā)熱的特性，更適合應用于機床工作母機及牽引電機的驅動(dòng);其穩速運轉精度比直流有刷電機更高,比矢量控制或直接轉矩控制速度閉環(huán)的變頻驅動(dòng)還要高,性能價(jià)格比更好,是化調速驅動(dòng)的最佳選擇。
由于本產(chǎn)品具有彈性的尺寸及不同的電氣特性,除通用型G系列,高激活轉矩M系列外,每一種行業(yè)的應用都不盡相同,因此用戶(hù)訂貨前必須提出電氣特性與機械尺寸的要求，圖2示士出永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機與異步電動(dòng)機變頻變壓的機械特性比較。

圖2機械特性比較圖
1異步電動(dòng)機變頻變壓2永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機（BLDCM）
注：BLDCM可在≤Mmax負載轉矩下起動(dòng)，可在MN≤M≤Mmax負載下短時(shí)運行，可在≤MN下長(cháng)時(shí)運行。
美國能源部對各種驅動(dòng)電機效率的比較，如圖3所示
　　　　　　　
圖3美國能源部對各種驅動(dòng)電機效率的比較
2-無(wú)刷直流電動(dòng)機的工作原理
2.1基本工作原理
無(wú)刷直流電動(dòng)機由同步電動(dòng)機和驅動(dòng)器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。同步電動(dòng)機的定子繞組多做成三相對稱(chēng)星形接法，同三相異步電動(dòng)機十分相似。而轉子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動(dòng)機轉子的極性，在電動(dòng)機內裝有位置傳感器。驅動(dòng)器由功率器件和集成電路等構成，其功能是：接受電動(dòng)機的啟動(dòng)、停止、制動(dòng)信號，以控制電動(dòng)機的啟動(dòng)、停止和制動(dòng)；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來(lái)控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來(lái)控制和調整轉速；提供保護和顯示等等。
無(wú)刷直流電動(dòng)機的原理簡(jiǎn)圖如圖4所示：
主電路是一個(gè)典型的電壓型交—直—交電路，逆變器提供等幅等寬5-26KHz調制波的對稱(chēng)交變矩形波。
永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產(chǎn)生相位差1200的U、V、W方波，結合正/反轉信號產(chǎn)生有效的6狀態(tài)編碼信號：101、100、110、010、011、001，通過(guò)邏輯組件處理產(chǎn)生T1—T4導通、T1—T6導通、T3—T6導通、T3—T2導通、T5—T2導通、T5—T4導通，也就是說(shuō)將直流母線(xiàn)電壓依次加在A(yíng)+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，這樣轉子每轉過(guò)一對N-S極，T1—T6功率管即按固定組合成6種狀態(tài)的依次導通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸線(xiàn)在空間轉動(dòng)600電角度，轉子跟隨定子磁場(chǎng)轉動(dòng)相當于600電角度空間位置，轉子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產(chǎn)生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)軸再前進(jìn)600電角度，如此循環(huán)，無(wú)刷直流電動(dòng)機將產(chǎn)生連續轉矩，拖動(dòng)負載作連續旋轉。正因為無(wú)刷直流電動(dòng)機的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強制換向的，所以也稱(chēng)作自控式同步電動(dòng)機。
無(wú)刷直流電動(dòng)機的工作原理簡(jiǎn)圖
2.2無(wú)刷直流電動(dòng)機的電磁轉矩
無(wú)刷直流電動(dòng)機的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場(chǎng)軸線(xiàn)位置超前轉子磁場(chǎng)軸線(xiàn)位置，所以不論轉子的起始位置處在何處，電動(dòng)機在啟動(dòng)瞬間就會(huì )產(chǎn)生足夠大的啟動(dòng)轉矩，因此轉子上不需另設啟動(dòng)繞組。
由于定子磁場(chǎng)軸線(xiàn)可視作同轉子軸線(xiàn)垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉矩與繞組電流成正比，這正是他勵直流電動(dòng)機的電流—轉矩特性。
電動(dòng)機的轉矩正比于繞組平均電流：
Tm=KtIav（N·m）(1)
電動(dòng)機兩相繞組反電勢的差正比于電動(dòng)機的角速度：