產(chǎn)業(yè)用無刷直流電機(jī)
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所以電動(dòng)機(jī)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(jī)線間電壓平均值，VDC是直流母線電壓，δ是調(diào)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(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：
Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra）
Kt、Ke是電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，ω為電動(dòng)機(jī)的角速度（rad/s），所以，在一定的ω時(shí)，改變占空比δ，就可以線性地改變電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，得到與他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓控制相同的控制特性和機(jī)械特性。
無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)定，取決于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值為+5V對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速：Vc（max）ónmax，那么，+5V以下任何電平即對(duì)應(yīng)相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速n，這就實(shí)現(xiàn)了變速設(shè)定。
當(dāng)Vc設(shè)定以后，無論是負(fù)載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時(shí)，反饋電壓Vfb變小，調(diào)制波的占空比δ就會(huì)變大，電樞電流變大，使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生加速度，直到電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止；反之，如果電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速比指令轉(zhuǎn)速高時(shí)，δ減小，Tm減小，發(fā)生減速度，直至實(shí)際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止?？梢哉f，無刷直流電動(dòng)機(jī)在允許的電網(wǎng)波動(dòng)范圍內(nèi)，在允許的過載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在1%左右，并可以實(shí)現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。
由于無刷直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁來源于永磁體，所以不象異步機(jī)那樣需要從電網(wǎng)吸取勵(lì)磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動(dòng)機(jī)高10%左右，一般來說，無刷直流電動(dòng)機(jī)的力能指針（ηcosθ）比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)高12%-20%。
2.3與異步電動(dòng)機(jī)的比較
.由于無刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)象變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電動(dòng)機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。
中小容量的無刷直流電動(dòng)機(jī)的永磁體，現(xiàn)在多采用高磁能積的稀土釹鐵硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁無刷電動(dòng)機(jī)的體積比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)縮小了一個(gè)機(jī)座號(hào)。
近30年來針對(duì)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的，而無刷直流電動(dòng)機(jī)的電流或電樞的端電壓，就是直接控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的物理量。過去，由于稀土永磁體價(jià)格比較高等因素，限制了稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，但是隨著技術(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系列無刷直流電動(dòng)機(jī)的售價(jià)已與異步電動(dòng)機(jī)和普通變頻器售價(jià)之和相差無幾。稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)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(diǎn)在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。
3稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用
電動(dòng)機(jī)的控制實(shí)際上是轉(zhuǎn)矩控制，電動(dòng)機(jī)的體積大小決定于轉(zhuǎn)矩的大小，所以選用電動(dòng)機(jī)時(shí)，除了有關(guān)安裝方式，防護(hù)等級(jí)以外，莫不以負(fù)載轉(zhuǎn)矩—穩(wěn)態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL和擾動(dòng)轉(zhuǎn)矩ΔTL為中心來考慮電動(dòng)機(jī)的選用。
(1)電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩TM決定了電動(dòng)機(jī)的體積D2L
XTM=CMD2L
其中CM稱作電動(dòng)機(jī)常數(shù)，它和電動(dòng)機(jī)繞組絕緣等級(jí)、散熱條件等密切相關(guān)。
通常標(biāo)定的電動(dòng)機(jī)輸出功率PN是在額定轉(zhuǎn)速nN下連續(xù)輸出額定轉(zhuǎn)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(jī)的額定角速度，(rad/s)
所以，選用電動(dòng)機(jī)（特別是調(diào)速應(yīng)用的電動(dòng)機(jī)）應(yīng)該說：在XX-XX轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)電動(dòng)機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩TN是多少，或者說：在最大工作轉(zhuǎn)速為XXr/min電動(dòng)機(jī)額定功率是多少。
對(duì)一個(gè)調(diào)速比為D=nmax/nmin恒轉(zhuǎn)矩TL運(yùn)行的調(diào)速電動(dòng)機(jī)來說，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(duì)于無刷直流電動(dòng)機(jī)來說，轉(zhuǎn)速增加后鐵耗和風(fēng)摩耗近似以轉(zhuǎn)速的平方關(guān)系增加，所以輸入功率增加比例更大。
(2)負(fù)載的最大轉(zhuǎn)矩
負(fù)載的等效轉(zhuǎn)矩，Teq不得超過電動(dòng)機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩，負(fù)載的最大轉(zhuǎn)矩不得超過電動(dòng)機(jī)的允許過載轉(zhuǎn)矩,如圖5所示。
圖5負(fù)載的等效轉(zhuǎn)矩
(3)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
減速比i是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速nM和負(fù)載轉(zhuǎn)速nL之比，在不計(jì)減速機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)相當(dāng)于放大了電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩，減小了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL’和電動(dòng)機(jī)自身轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量JM之和是：JL’+JM=JL/i2+JM，如果負(fù)載質(zhì)量為m，以V為速度運(yùn)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(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，TL是負(fù)載和庫(kù)侖轉(zhuǎn)矩之和，B是阻尼系數(shù)，J是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，TL、B、J都是折算到電動(dòng)機(jī)軸上的等效資料，ω是電動(dòng)機(jī)的角速度。對(duì)于系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J大的系統(tǒng)宜選擇大減速比i的減速機(jī)構(gòu)。對(duì)于要求加速快而J又顯著較大時(shí)，宜選用i=√JL/JM，就是選擇i，使負(fù)載折算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JL’等于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM。過大的J·dω/dt容易引起負(fù)轉(zhuǎn)速波動(dòng)或震蕩，因此應(yīng)使ω緩變，避免ω突變；如果確需ω突變，則應(yīng)選用伺服型系統(tǒng)，而不應(yīng)選用任何一種類型的調(diào)速系統(tǒng)，如果J·dω/dt遠(yuǎn)大于TL、Bω，則在停機(jī)時(shí)，無刷電動(dòng)機(jī)將在發(fā)電機(jī)狀態(tài)工作，在這種狀態(tài)下，直流母線電壓會(huì)急劇增長(zhǎng)，危及功率器件。為此需在直流母線上增加過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(yīng)快速停轉(zhuǎn)的需要。對(duì)于頻繁啟動(dòng)或正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)也應(yīng)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(tái)電動(dòng)機(jī)的高速同步旋轉(zhuǎn)
無刷直流電動(dòng)機(jī)適應(yīng)多臺(tái)電動(dòng)機(jī)中高速同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速相差不超過1%。這時(shí)需多臺(tái)電動(dòng)機(jī)共享一個(gè)速度指令，對(duì)于多臺(tái)電動(dòng)機(jī)相距遠(yuǎn)時(shí)，需用V/f-f/V變換技術(shù)來傳遞速度指令，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(tǒng)
恒張力（F）系統(tǒng)選用無刷直流電動(dòng)機(jī)作為卷繞機(jī)構(gòu)動(dòng)力時(shí)，電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速
ηmax=，電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tmax=F·Dmax/2，其中Dmin和Dmax對(duì)應(yīng)卷筒的最小和最大直徑（m），V是卷繞物的線速度（m/min），F(xiàn)為恒張力（N），最大轉(zhuǎn)矩Tmax（N·m），負(fù)載功率P=FV/60（W）。
4-無刷直流電動(dòng)機(jī)
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