无刷直流电动机的工业中的应用

在一般的工业驱动应用领域,不论电机设计还是系统设计,提高效率节约能量都应该被放在重要的位置。据报道,美国55%以上的电力是消耗在电动机运行上,因此提高电动机的效率,很有意义。有资料做过对比分析,对于7.5kW的异步电机系统效率可达86.4%,但是同样容量的无刷直流电动机效率可达92.4%。

所有类型电机中,无刷直流电动机的损耗最小、驱动稳定。随着电子技术的进步,电子工业的发展,电子元器件的价格不断下降。考虑综合指标(系统性能、重量、能量消耗等)之后,无刷直流电机的应用正处于上升趋势。下表是与其它电机的综合特性比较 。

以上可以看出,在工业应用中,无刷直流电动机在快速性、可控性、可靠性、体积小、重量轻、节能、效率、耐受环境和经济性等方面具有明显优势。近几年,随着稀土永磁材料和电力电子器件性能价格比的不断提高,无刷直流电动机作为中小功率高性能调速电机和伺服电机在工业中的应用越来越广泛。下面就工业中的一些典型应用进行介绍分析。  

工业中的应用分类 

定速驱动机械 一般工业用场合不需要调速的领域以往大多是采用三相或单相交流异步和同步电机。

(1)单方向连续运行负载大多采用交流异步感应电机,电容运转型单相或三相交流异步电动机。对不需要调速或是容许转速随负载略有变化的高速或中速机械,如水泵、风机、压缩机等宜选择相应转速的2极或4极异步电动机; 

(2)对要求体积小、重量轻而工作转速高(例 如高于3000r/min)的负载诸如搅拌器、吸尘器和地毯清扫洗涤机等,则多采用单相串励电动机或直流电动机直接带动负载;但对要求噪声较小的高速 驱动,可考虑选用由逆变器供电的中频异步电动机或由直流供电的无刷直流电动机。

(3)对功率较小、且转速允差较大时的小型工作机械,则可选用较廉价的罩极式异步电动机。

(4)对转速较低的工作机械,尤其是经常频繁地正反转调节,为了缩短过渡过程时间,提高生产效率、降低噪声,可以采用低速直接驱动,选用低速电磁减速同步电动机或齿轮减速异步电动机。如自动门和大功率的搅拌机等。根据门负载的大小,选用功率从几十瓦到几百瓦的电机在以上的定速控制应用中,在功率不大于10kW而且连续运行的场合,为了减少体积,节省材料,提高效率和降低能耗这些因素,越来越多的电机正被无刷直流电机逐步代替。而在功率较大的场合,由于一次成本和投资较大,除了永磁材料外还要增加驱动器,还较少有应用。

广州昊诚电机将根据客户实际使用情况提供定制生产提供无刷直流电机选型方案整套智能驱动的应用解决方案。

     无刷直流电机是在有刷直流电动机的基础上发展来的，具有无极调速、调速范围广、过载能力强、线性度好、寿命长、体积小、重量轻、出力大等优点，解决了有刷电机存在的一系列问题，广泛应用于工业设备、仪器仪表、家用电器、机器人、其他行业设备等各个领域。可替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速；

     目前，主流的无刷直流电机的控制方式有3种：FOC(又称为矢量变频、磁场矢量定向控制)、方波控制(也称为梯形波控制、120°控制、6步换向控制)和正弦波控制。由于控制了电机定子磁场的方向，所以可使电机定子磁场与转子磁场时刻保持在90°，实现一定电流下的ZD转矩输出。昊诚电机FOC控制方式的优点是：转矩波动小、效率高、噪声小、动态响应快;缺点是：硬件成本较高、对控制器性能有较高要求，电机参数需匹配。由于FOC的优势明显，目前昊诚电机已在很多应用上逐步替代传统的控制方式，在运动控制行业中备受青睐。

在直流电机应用中，有刷直流电机和无刷直流电机各占据了半壁江山，有刷直流电机以低成本、控制简单、扭矩大为特点，被广泛应用，而无刷直流电机一直被认为成本高、控制复杂，那么无刷直流电机控制到底有多复杂呢？下面昊诚电机来聊一聊无刷直流电机的控制。
　　无刷直流电机的基本介绍：无刷直流电机与有刷直流电机的不同之处在于没有换向器与电刷，减少了磨损，采用电子换向使直流电机的效率也大大了提升（约百分之二三十左右）。而控制的复杂也导致了成本增加，直流电机电子整流需要监控电路来保证转速和转矩控制线圈的通电时间，保证直流电机运行的峰值效率。
　　无论是何种直流电机，都是遵循电能转换机械能的规律，电流在通过线圈时便会产生磁场，而第二个磁场的存在绕组上产生一个力达到极限时,导体在90°第二个字段。增加线圈的数量可以提高电机输出和平滑输出功率。
　　直流电机复杂的控制：目前，直流无刷电机常见的控制方式为PWM，也叫做脉宽调制控制，原理是通过将输入的直流电压转换成调制的驱动电压，PWM控制可提供精确的控制速度和扭矩，它的是在高频率发生的开关损耗和发生在低频率的波纹电流之间的一种平衡，在极端情况下，会损坏电动机。通常，PWM频率至少比ZD电机转速高一个数量级。

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