產(chǎn)業(yè)用無(wú)刷直流電機
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所以電動(dòng)機繞組中的平均電流為：
Iav=（Vm-ELL）/2Ra（A）(3)
其中，Vm=δ·VDC是加在電動(dòng)機線(xiàn)間電壓平均值，VDC是直流母線(xiàn)電壓，δ是調制波的占空比，Ra為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動(dòng)機的電磁轉矩：
Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra）
Kt、Ke是電動(dòng)機的結構常數，ω為電動(dòng)機的角速度（rad/s），所以，在一定的ω時(shí)，改變占空比δ，就可以線(xiàn)性地改變電動(dòng)機的電磁轉矩，得到與他勵直流電動(dòng)機電樞電壓控制相同的控制特性和機械特性。
無(wú)刷直流電動(dòng)機的轉速設定，取決于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值為+5V對應的最高轉速：Vc（max）ónmax，那么，+5V以下任何電平即對應相當的轉速n，這就實(shí)現了變速設定。
當Vc設定以后，無(wú)論是負載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當轉速低于指令轉速時(shí)，反饋電壓Vfb變小，調制波的占空比δ就會(huì )變大，電樞電流變大，使電動(dòng)機產(chǎn)生的電磁轉矩增大而產(chǎn)生加速度，直到電動(dòng)機的實(shí)際轉速與指令轉速相等為止；反之，如果電動(dòng)機實(shí)際轉速比指令轉速高時(shí)，δ減小，Tm減小，發(fā)生減速度，直至實(shí)際轉速與指令轉速相等為止?？梢哉f(shuō)，無(wú)刷直流電動(dòng)機在允許的電網(wǎng)波動(dòng)范圍內，在允許的過(guò)載能力以下，其穩態(tài)轉速與指令轉速相差在1%左右，并可以實(shí)現在調速范圍內恒轉矩運行。
由于無(wú)刷直流電動(dòng)機的勵磁來(lái)源于永磁體，所以不象異步機那樣需要從電網(wǎng)吸取勵磁電流；由于轉子中無(wú)交變磁通，其轉子上既無(wú)銅耗又無(wú)鐵耗，所以效率比同容量異步電動(dòng)機高10%左右，一般來(lái)說(shuō)，無(wú)刷直流電動(dòng)機的力能指針（ηcosθ）比同容量三相異步電動(dòng)機高12%-20%。
2.3與異步電動(dòng)機的比較
.由于無(wú)刷直流電動(dòng)機是以自控式運行的，所以不會(huì )象變頻調速下重載啟動(dòng)的同步電動(dòng)機那樣在轉子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì )在負載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。
中小容量的無(wú)刷直流電動(dòng)機的永磁體，現在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)機的體積比同容量三相異步電動(dòng)機縮小了一個(gè)機座號。
近30年來(lái)針對異步電動(dòng)機變頻調速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動(dòng)機轉矩的，而無(wú)刷直流電動(dòng)機的電流或電樞的端電壓，就是直接控制電動(dòng)機轉矩的物理量。過(guò)去，由于稀土永磁體價(jià)格比較高等因素，限制了稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機的應用領(lǐng)域，但是隨著(zhù)技術(shù)的不斷創(chuàng )新，其價(jià)格已迅速下降，例如，我公司推出得BS系列無(wú)刷直流電動(dòng)機的售價(jià)已與異步電動(dòng)機和普通變頻器售價(jià)之和相差無(wú)幾。稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機必將以其寬調速、小體積、高效率和穩態(tài)轉速誤差小等特點(diǎn)在調速領(lǐng)域顯現優(yōu)勢。
3稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機的應用
電動(dòng)機的控制實(shí)際上是轉矩控制，電動(dòng)機的體積大小決定于轉矩的大小，所以選用電動(dòng)機時(shí)，除了有關(guān)安裝方式，防護等級以外，莫不以負載轉矩—穩態(tài)負載轉矩TL和擾動(dòng)轉矩ΔTL為中心來(lái)考慮電動(dòng)機的選用。
(1)電動(dòng)機的電磁轉矩TM決定了電動(dòng)機的體積D2L
XTM=CMD2L
其中CM稱(chēng)作電動(dòng)機常數，它和電動(dòng)機繞組絕緣等級、散熱條件等密切相關(guān)。
通常標定的電動(dòng)機輸出功率PN是在額定轉速nN下連續輸出額定轉矩TN乘積關(guān)系，如果PN以（W）、T以（N·m）、nN以（r/min）表示，則
PN=0.1047TN·nN＝TN·ωN
ωN是電動(dòng)機的額定角速度，(rad/s)
所以，選用電動(dòng)機（特別是調速應用的電動(dòng)機）應該說(shuō)：在XX-XX轉速范圍內電動(dòng)機的連續額定轉矩TN是多少，或者說(shuō)：在最大工作轉速為XXr/min電動(dòng)機額定功率是多少。
對一個(gè)調速比為D=nmax/nmin恒轉矩TL運行的調速電動(dòng)機來(lái)說(shuō)，它的輸出功率從Pmin=0.1047nminTL到Pmax=0.1047nmaxTL，如果D=100，則最大和最小輸出功率之比為100:1。對于無(wú)刷直流電動(dòng)機來(lái)說(shuō)，轉速增加后鐵耗和風(fēng)摩耗近似以轉速的平方關(guān)系增加，所以輸入功率增加比例更大。
(2)負載的最大轉矩
負載的等效轉矩，Teq不得超過(guò)電動(dòng)機連續額定轉矩，負載的最大轉矩不得超過(guò)電動(dòng)機的允許過(guò)載轉矩,如圖5所示。
圖5負載的等效轉矩
(3)轉動(dòng)慣量
減速比i是電動(dòng)機轉速nM和負載轉速nL之比，在不計減速機構效率時(shí)，兩方功率平衡TM·nM=TL·nL，所以i=nM/nL，i=TL/TM，減速機構相當于放大了電動(dòng)機的轉矩，減小了電動(dòng)機轉速。負載轉動(dòng)慣量JL折算到電動(dòng)機軸上的轉動(dòng)慣量JL’和電動(dòng)機自身轉動(dòng)的慣量JM之和是：JL’+JM=JL/i2+JM，如果負載質(zhì)量為m，以V為速度運動(dòng)，則：
1/2mV2=1/2JLω2，JL=mV2/ω2
利用JL’=JL/i2,得JL’+JM=JL/i2+JM=J
(4)減速比i的選擇
任何瞬時(shí)，以下方程都成立
TM=TL+Bω+J·dω/dt
其中TM是電動(dòng)機輸出轉矩，TL是負載和庫侖轉矩之和，B是阻尼系數，J是系統轉動(dòng)慣量，TL、B、J都是折算到電動(dòng)機軸上的等效資料，ω是電動(dòng)機的角速度。對于系統轉動(dòng)慣量J大的系統宜選擇大減速比i的減速機構。對于要求加速快而J又顯著(zhù)較大時(shí)，宜選用i=√JL/JM，就是選擇i，使負載折算轉動(dòng)慣量JL’等于電動(dòng)機轉動(dòng)慣量JM。過(guò)大的J·dω/dt容易引起負轉速波動(dòng)或震蕩，因此應使ω緩變，避免ω突變；如果確需ω突變，則應選用伺服型系統，而不應選用任何一種類(lèi)型的調速系統，如果J·dω/dt遠大于TL、Bω，則在停機時(shí)，無(wú)刷電動(dòng)機將在發(fā)電機狀態(tài)工作，在這種狀態(tài)下，直流母線(xiàn)電壓會(huì )急劇增長(cháng)，危及功率器件。為此需在直流母線(xiàn)上增加過(guò)壓放電電路或使指令電壓Vc緩變，使ωM逐漸降到安全角速度再切斷速度指令。否則，需另加制動(dòng)器以適應快速停轉的需要。對于頻繁啟動(dòng)或正反轉的系統也應遵守軟啟動(dòng)、軟停止、再啟動(dòng)的原則，并且要核算等效電流Ieq
Ieq=√∑Ii2·ti/∑ti≤IN
(5)多臺電動(dòng)機的高速同步旋轉
無(wú)刷直流電動(dòng)機適應多臺電動(dòng)機中高速同步旋轉，其轉速相差不超過(guò)1%。這時(shí)需多臺電動(dòng)機共享一個(gè)速度指令，對于多臺電動(dòng)機相距遠時(shí)，需用V/f-f/V變換技術(shù)來(lái)傳遞速度指令，防止速度指令電平Vc在傳遞中因衰減不同而引起指令誤差。
(6)恒張力（F）系統
恒張力（F）系統選用無(wú)刷直流電動(dòng)機作為卷繞機構動(dòng)力時(shí)，電動(dòng)機的最高轉速
ηmax=，電動(dòng)機的最大轉矩Tmax=F·Dmax/2，其中Dmin和Dmax對應卷筒的最小和最大直徑（m），V是卷繞物的線(xiàn)速度（m/min），F為恒張力（N），最大轉矩Tmax（N·m），負載功率P=FV/60（W）。
4-無(wú)刷直流電動(dòng)機
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