(一)无刷直流电动机选型 在下列情况下可选用无刷直流电动机: (1)使用直流电源。 (2)要求有高可靠性、长寿命、少维护或甚至不能维护的场合。 (3)要求对周围电子仪器设备有低电磁干扰或低噪声的地方。 (4)高速工作的要求。 (5)在高真空、有害介质、液体介质中工作或在强冲击和振动等恶劣环境条件下工作的情况。 (6)有防爆要求的场合。 (二)无刷直流电动机选型时考虑的问题 (1)成本与价格问题。目前国内无刷直流电动机的价格较高,成为影响用户选用的一个重要因素。实际上,就电动机部分来说,无刷电动机加上位置传感器与有刷电动机相比不会引起成本明显的增加。与有刷直流电动机类似,因为用途不同,性能高低差异很大,价格在同功率的情况下也可以相差 一个数量级或更大。目前也有低档的无刷直流电动机,在较大批量生产时可以较低价格提供。价格问题主要是由于增加了电子换向控制器的成本。这样,一般作动力源使用的电动机,与有刷电动机相比价格问题较为突出。对于高性能控制的系统应用来说,价格的矛盾较小。因为此时即使用有刷电动 机,同样需要一套电子驱动器。随着适用于无刷电动机专用集成电路的出现和无刷电动机系统批量生产的形成,价格的矛盾会逐步解决。无刷电动机将会在民用工业和家用电器中得到更为广泛的使用。 (2)电子电路放在电动机内部还是放在外面的问题。无刷电动机本体部分是一个发热体,若电子电路与之组装在一些,会受到~定影响;电动机直接放到使用现场,有些恶劣的现场条件对电子电路稳定工作不利;此外,若电机与电路为一体,对电路元件小型化有较高的要求,成本会增加。由于上 述原因,在大多数情况下,电动机与电路是分开的,两者用多根长线连接。在大多数使用情况下,不会给使用带来不便。只有在少数情况下,如仪器用风机、磁盘驱动器的主轴驱动等特殊结构的小功率无刷直流电动机是将电动机与电路一体化。 (3)转矩波动与电流波动问题及其对策。常规结构的无刷直流电动机由于状态数少,气隙磁场分布不理想,绕组存在电感,各相绕组充放电回路参数不一致等原因,在电机单转范围内电流有波动,总转矩也有较明显的波动。图2—5-13给出了单极性三相无刷直流电动机的电流波动和转矩波动情 况,其气隙磁场分布为正弦形。图中以虚线表示忽略相绕组电感的情况,实线表示有较大电感时的情况。 转矩波动程度在不同绕组连接方式下有较大差别而且与转速大小有关。图2 5 14表示了几种绕组型式在单转周期内****转矩/最小转矩之比和转速的关系。它是在忽略绕组电感,气隙磁场是正弦分布的假设下理论分析的结果。从图中不难看出,无刷直流电动机的转矩波动相当严重。在这些绕组型 式中以双极性三相绕组工作方式的转矩波动较小。在低速区和高速区转矩波动较大·在n/n0=o.5附近波动较小,这里n0为理想空载转速。 无刷直流电动机电流波动会引起供电电源电压的渡动,对同一电源的用电设备产生不良影响。故常要求使用的直流电源有足够的容量和尽可能小的内阻,或串接附加电感和电容器的去耦平滑网络,或必要时采用稳压措施。 转矩波动主要反映到转速波动上来,这对于音响和影像设备是至关重要的同题。在转速较高时,适当增加负载的转动惯量.产生飞轮效应可以使转速波动减小,这对于恒速系统是有效的。由于转矩波动的存在,无刷直流电动机在低速时平稳性较差,因此一般设计的无刷直流电动机调速范围较窄, 如1:10以内。对于要求有宽调速范围或对转速波动有严格限制的情况,宜采用专门设计的无刷直流伺服电动机和更精密的闭环控制。
 (4)安全启动问题。无刷直流电动机的转矩不均匀性表现在启动状态时,当转子处于不同圆周位置有不同的启动转矩。当电动机带负载启动时,可能在某些位置启动不了。对于下列几种绕组连接式,在启动时,可能出现的最小转矩和****力矩之比为: 单极性三相绕组(三状态):0.5; 单极性四相绕组(四状态):0.707: 双极性三相绕组(六状态):0.866。 所以在选择无刷电动机时,不但要注意启动力矩的平均值,更要注意可能的最小值。 (三)使用注意事项 (1)用户应阅读所用的无刷直流电动机及其驱动电路的有关说明,按要求进行接线。主电源极性不可反接,控制信号电平应符合要求。除非用户熟悉其控制技术,一般建议采用电动机生产厂配套的换向电路和控制电路。 (2)改变电动机转向应同时改变主绕组相序和位置传感器引线相序。 (3)出厂时,转子位置传感器的位置已调好,用户非必要时不要调整。电动机若需进行维修装卸,应注意电动机定子铁心与位置传感器之间的几何位置,装卸前后应能保证相对关系不变。修理后,主电路接某一较低电压,监视总电流,微调位置传感器的位置,使该电流调到尽可能小。 (4)若电动机转子采用的是铝镍钴永磁材料,修理时不宜将转子从定子铁心内孔中抽出,否则会引起不可恢复的失磁。 (5)对于高速无刷直流电动机,应按说明书的要求定时给轴承加规定的润滑油脂或定时更换同规格的轴承。 (四)无刷直流电动机应用 现在,由于市场需求的增长,面向3A(工业自动化、办公自动化、家庭自动化),永磁无刷直流电动机的功率覆盖范围早已突破微电机功率界限,从瓦级到数十千瓦.主要应用领域包括: 1在计算机外围设备、办公自动化设备、数码电子消费品中的应用 从数量上说,这是无刷直流电动机应用最多的领域,其地位已不可取代。例如:数字打印机,软盘驱动器,硬盘驱动器,cD R()M和DvDROM等光盘驱动器,传真机,复印机,磁带记录仪,电影摄影机,高保真录音机和电唱机等,它们主轴和附属运动的控制等都需要用到无刷直流电动机。无刷直流风机也在计算机外设、办公自动化设备以及其他自动化仪器设备中获得广泛应用大量挤占了原来交流异步风机的市场。目前,在IT领域,例如软盘、硬盘和光盘驱动器、DvD和cD主轴驱动器使用的无刷直流电动机由于市场竞争,大规模生产,价格已经大大降低了。 2在工业驱动和伺服控制中的应用 同步型永磁交流伺服电动机的伺服控制器部分,除开关管脉宽调制(PwM)功率电路外,还包括有专用集成电路或者微处理器对电动机速度、电流环进行控制、进行各种失常情况的保护和故障自诊断。这种新型电动机的典型应用如火炮、雷达等军事装备控制,数控机床、组合机床的伺服控制,机器人关节伺服控制等。 20世纪90年代以来,在高精度的机床数控设备进给伺服控制中相当多地采用了同步型永磁交流伺服电机,取代宽调速的直流伺服电动机的势头强劲。近年来·在新一代数控机床的进给伺服控制中采用永磁交流直线伺服电动机,采用同步永磁交流伺服电机代替变频异步电机作为机床的主轴直接驱动以提高数控机床快速性和加工效率,也已成为新的研究和应用热点。在军用和工业用机器人和机械手的驱动中,无刷直流电动机的应用相当广泛。目前全世界机器人的拥有量已经超过100万台,且每年以大于20%的速度增长,这已经成为无刷直流电动机的主要应用领域之 。大功率无刷直流电动 机(一般采用晶闸管作为功率器件,习惯上称为元换向器电动机)在低速、环境恶劣和有一定调速性能要求的场合有着广泛的应用前景,如钢厂的轧机、水泥窑传动、抽水蓄能等。 近年出现的****一代电梯无齿轮曳引机,是以同步永磁交流伺服电动机为动力,磁场定向矢量控制和快速电流跟踪控制的电梯驱动装置,它和有齿轮传动的直流曳引机、异步电动机变频驱动的交流曳引机相比有更优异控制胜能,高效率,低噪声,小体积,轻质量,迅速被国际知名电梯公司董视, 纷纷开发出自己的无齿轮曳引机电梯,并将其推向高端市场。 此外,同步永磁交流伺服电机在纺织机械、印刷机械、包装机械、冶金机械、邮政机械、自动化流水生产线等各种专用设备有广泛的应用。 3在汽车产业的应用 据美国市场调查分析,在每辆豪华轿车中,需永磁电机59只,一般轿车中也需20~30只。另一方面汽车节能日渐受到重视,现代汽车要求使用的电机改善性能和提高效率,要扁平盘式结构,以减小空间,提高出力,消除火花干扰,降低噪音,延长寿命,便于集中控制,这正是无刷电机的特长。预计,汽车用的有刷电机将不断被永磁无刷电机所替代。 在电动汽车、电动摩托车、电动自行车等交流工具中,无刷直流电动机作为主动力驱动电动机,以环保为目的的电动汽车中,其牵引驱动电机以永磁无刷直流电动机最有发展前途。 4在医疗设备领域的应用 例如,高速离心机,牙科和手术用高速器具,红外激光调制器用热像仪,测温仪器等。国外已有用于制作人工心脏驱动的小型血泵,植入人体内。 5在家用电器中的应用 目前,以变频空调器、变频冰箱、变频洗衣机为代表的变频家用电器步进入我国消费市场。而且变频家用电器正在由“交流变频”向俗称的“直流变频”转变,已是明显的发展趋势。这种转变实际上就是变频家电用变频空调压缩机、变频冰箱压缩机、空调用室内外风机、空气清新换气扇、变频洗 衣机所用的电动机,过去是单相异步电动机或VVVF变频器供电的异步电动机,现已被永磁无刷直流电动机及其控制器所取代。这种由“交流变频,,向“直流变频”的转变使变频家用电器在节能高效、低噪音、舒适洼、智能化等方面都有新的提高。1998年至今我国变频空调发展迅速,开始了直流化进程。直流无刷电机在较大的转速范围内可以获得较高的效率,更适合家电的需要,日本变频空调的全直流化早已批量生产。我国的变频压缩机厂家已开始采用无刷直流电动机来代替三相交流感应电动机,并批量生产。以永磁无刷直流电动机驱动压缩机和室内外风机的所谓全直流化空调,更节能,更舒适。 此外,在特殊环境条件下,如潮湿、真空、有害物质等场所,为提高系统的可靠性,采用无刷直流电动机。其中,军用和航天领域是无刷直流电动机****得到应用的领域。
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