產(chǎn)業(yè)用無刷直流電機
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無刷直流電動機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(zhuǎn)子的永磁材料;產(chǎn)品性能超越傳統(tǒng)直流電機的所有優(yōu)點,同時又解決了直流電機碳刷滑環(huán)的缺點,數(shù)字式控制,是當今最理想的調(diào)速電機(下列美國能源部針對各種不同調(diào)速電機效率比較圖).
本產(chǎn)品具有高效率,高轉(zhuǎn)矩,高精度的三高特點;同時具有體積小,重量輕,可作成各種體積形狀,是當今最高效率的調(diào)速電機,與傳統(tǒng)直流有刷電機比較,或與交流變頻調(diào)速比較均有更好的性能;在牽引電機電瓶車EV行業(yè),取代傳統(tǒng)直流有刷電機時除可以達到更高效率,更高激活轉(zhuǎn)矩等特性外,由于采用方波驅(qū)動,讓鉛酸蓄電池有時間修補電極板,可以延長蓄電池的壽命,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的性能.
無刷直流電動機在先進國家已大量于軍事、信息業(yè)(IT)、辦公設備(OA)、家電業(yè)(HA)、DIY手動工具、伺服系統(tǒng)、電動汽車、電瓶車、磁旋浮列車等;經(jīng)過本公司十多年的開發(fā),生產(chǎn)容量已經(jīng)達75kW,設計容量可達315kW,可以滿足產(chǎn)業(yè)自動化及流體機械、空調(diào)機械的節(jié)電驅(qū)動應用.
無刷直流電動機具有上述的三高特性,非常適合使用在24小時連續(xù)運轉(zhuǎn)的產(chǎn)業(yè)機械及空調(diào)冷凍主機、風機水泵、空氣壓縮機負載;低速高轉(zhuǎn)矩及高頻繁正反轉(zhuǎn)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(qū)動;其穩(wěn)速運轉(zhuǎn)精度比直流有刷電機更高,比矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制速度閉環(huán)的變頻驅(qū)動還要高,性能價格比更好,是化調(diào)速驅(qū)動的最佳選擇。
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(zhuǎn)矩M系列外,每一種行業(yè)的應用都不盡相同,因此用戶訂貨前必須提出電氣特性與機械尺寸的要求，圖2示士出永磁無刷直流電動機與異步電動機變頻變壓的機械特性比較。
圖2機械特性比較圖
1異步電動機變頻變壓2永磁無刷直流電動機（BLDCM）
注：BLDCM可在≤Mmax負載轉(zhuǎn)矩下起動，可在MN≤M≤Mmax負載下短時運行，可在≤MN下長時運行。
美國能源部對各種驅(qū)動電機效率的比較，如圖3所示
圖3美國能源部對各種驅(qū)動電機效率的比較
2-無刷直流電動機的工作原理
2.1基本工作原理
無刷直流電動機由同步電動機和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。同步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。而轉(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。
無刷直流電動機的原理簡圖如圖4所示：
主電路是一個典型的電壓型交—直—交電路，逆變器提供等幅等寬5-26KHz調(diào)制波的對稱交變矩形波。
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(jié)合正/反轉(zhuǎn)信號產(chǎn)生有效的6狀態(tài)編碼信號：101、100、110、010、011、001，通過邏輯組件處理產(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，也就是說將直流母線電壓依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對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)生的磁場軸線在空間轉(zhuǎn)動600電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動相當于600電角度空間位置，轉(zhuǎn)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)生的磁場軸再前進600電角度，如此循環(huán)，無刷直流電動機將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動負載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。正因為無刷直流電動機的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強制換向的，所以也稱作自控式同步電動機。
無刷直流電動機的工作原理簡圖
2.2無刷直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩
無刷直流電動機的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場軸線位置超前轉(zhuǎn)子磁場軸線位置，所以不論轉(zhuǎn)子的起始位置處在何處，電動機在啟動瞬間就會產(chǎn)生足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子上不需另設啟動繞組。
由于定子磁場軸線可視作同轉(zhuǎn)子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成正比，這正是他勵直流電動機的電流—轉(zhuǎn)矩特性。
電動機的轉(zhuǎn)矩正比于繞組平均電流：
Tm=KtIav（N·m）(1)
電動機兩相繞組反電勢的差正比于電動機的角速度：
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