產(chǎn)業(yè)用無刷直流電機(jī)
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無刷直流電動(dòng)機(jī)BrushlessDirectCurrentMotor,BLDC,采用方波自控式永磁同步電機(jī),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(jī)的所有優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又解決了直流電機(jī)碳刷滑環(huán)的缺點(diǎn),數(shù)字式控制,是當(dāng)今最理想的調(diào)速電機(jī)(下列美國能源部針對(duì)各種不同調(diào)速電機(jī)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(diǎn);同時(shí)具有體積小,重量輕,可作成各種體積形狀,是當(dāng)今最高效率的調(diào)速電機(jī),與傳統(tǒng)直流有刷電機(jī)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(jī)電瓶車EV行業(yè),取代傳統(tǒng)直流有刷電機(jī)時(shí)除可以達(dá)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(dòng),讓鉛酸蓄電池有時(shí)間修補(bǔ)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(dòng)機(jī)在先進(jìn)國家已大量于軍事、信息業(yè)(IT)、辦公設(shè)備(OA)、家電業(yè)(HA)、DIY手動(dòng)工具、伺服系統(tǒng)、電動(dòng)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(dá)75kW,設(shè)計(jì)容量可達(dá)315kW,可以滿足產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化及流體機(jī)械、空調(diào)機(jī)械的節(jié)電驅(qū)動(dòng)應(yīng)用.
無刷直流電動(dòng)機(jī)具有上述的三高特性,非常適合使用在24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的產(chǎn)業(yè)機(jī)械及空調(diào)冷凍主機(jī)、風(fēng)機(jī)水泵、空氣壓縮機(jī)負(fù)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(yīng)用于機(jī)床工作母機(jī)及牽引電機(jī)的驅(qū)動(dòng);其穩(wěn)速運(yùn)轉(zhuǎn)精度比直流有刷電機(jī)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(dòng)還要高,性能價(jià)格比更好,是化調(diào)速驅(qū)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(zhuǎn)矩M系列外,每一種行業(yè)的應(yīng)用都不盡相同,因此用戶訂貨前必須提出電氣特性與機(jī)械尺寸的要求，圖2示士出永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)與異步電動(dòng)機(jī)變頻變壓的機(jī)械特性比較。
圖2機(jī)械特性比較圖
1異步電動(dòng)機(jī)變頻變壓2永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)（BLDCM）
注：BLDCM可在≤Mmax負(fù)載轉(zhuǎn)矩下起動(dòng)，可在MN≤M≤Mmax負(fù)載下短時(shí)運(yùn)行，可在≤MN下長時(shí)運(yùn)行。
美國能源部對(duì)各種驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率的比較，如圖3所示
圖3美國能源部對(duì)各種驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率的比較
2-無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理
2.1基本工作原理
無刷直流電動(dòng)機(jī)由同步電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。同步電動(dòng)機(jī)的定子繞組多做成三相對(duì)稱星形接法，同三相異步電動(dòng)機(jī)十分相似。而轉(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)，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。
無刷直流電動(dòng)機(jī)的原理簡圖如圖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(diào)制波的對(duì)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(hào)產(chǎn)生有效的6狀態(tài)編碼信號(hào)：101、100、110、010、011、001，通過邏輯組件處理產(chǎn)生T1—T4導(dǎo)通、T1—T6導(dǎo)通、T3—T6導(dǎo)通、T3—T2導(dǎo)通、T5—T2導(dǎo)通、T5—T4導(dǎo)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(duì)N-S極，T1—T6功率管即按固定組合成6種狀態(tài)的依次導(dǎo)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)軸線在空間轉(zhuǎn)動(dòng)600電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)相當(dāng)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(dǎo)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)，無刷直流電動(dòng)機(jī)將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動(dòng)負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。正因?yàn)闊o刷直流電動(dòng)機(jī)的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強(qiáng)制換向的，所以也稱作自控式同步電動(dòng)機(jī)。
無刷直流電動(dòng)機(jī)的工作原理簡圖
2.2無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩
無刷直流電動(dòng)機(jī)的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場(chǎng)軸線位置超前轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)軸線位置，所以不論轉(zhuǎn)子的起始位置處在何處，電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)瞬間就會(huì)產(chǎn)生足夠大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子上不需另設(shè)啟動(dòng)繞組。
由于定子磁場(chǎng)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(lì)直流電動(dòng)機(jī)的電流—轉(zhuǎn)矩特性。
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩正比于繞組平均電流：
Tm=KtIav（N·m）(1)
電動(dòng)機(jī)兩相繞組反電勢(shì)的差正比于電動(dòng)機(jī)的角速度：
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