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直流無刷電機扫盲篇!

作者:卡卡  来源:www.kuersi.cn  更新时间:2020-02-25 11:14:26  点击次数:

  直流無刷電機扫盲篇!

  無刷直流電機由電動機主體和驅動器組成,是一種典型的機電一體化産品。由于無刷直流電機是以自控式運行的,所以不會像變頻調速下重載啓動的同步電機那樣在轉子上另加啓動繞組,也不會在負載突變時産生振蕩和失步。

  無刷直流電機工作原理

  無刷直流電機的定子繞組是三相對稱星形接法,同三相異步電機十分相似。轉子上粘有充磁的永磁體,爲了檢測電機轉子的極性,在電機內裝有位置傳感器。無刷直流電機的驅動器由功率電子器件和集成電路等構成,其功能是:接受電動機的啓動、停止、制動信號,以控制電動機的啓動、停止和制動;接受位置傳感器信號和正反轉信號,用來控制逆變橋各功率管的通斷,産生連續轉矩;接受速度指令和速度反饋信號,用來控制和調整轉速;提供保護和顯示等。

  三十年來針對異步電動機變頻調速的研究,歸根到底是在尋找控制異步電動機轉矩的方法,稀土永磁無刷直流電機必將以其寬調速、小體積、高效率和穩態轉速誤差小等特點在調速領域顯現優勢。

  無刷直流電機因此具有直流有刷電機的特性,同時也是頻率變化的裝置,所以又名直流變頻,國際通用名詞爲bldc.無刷直流電機的運轉效率,低速轉矩,轉速精度等都比任何控制技術的變頻器還要好,所以值得業界關注.

  無刷電機在我國的發展時間較短,便隨著技術的日益成熟與完善得到了迅猛發展。已在航模、醫療器械、家用電器、電動車等多個領域得到廣泛應用,並在深圳、長沙、上海等地形成初具規模産業鏈。如深圳偉業電機\長沙科達等一批專業廠商,在技術上不斷推進行業發展。

  對無刷電機存在的誤區

  很多人都見過模型用的無刷電機,他們使用的都是電池供電,所以很多人在知識上一直有這麽個誤區,以爲無刷電機是直流電機,其實不然,無刷電機屬于交流電機,是三相交流永磁電機的一種,輸入模型無刷電機3根導線的電流是交流電,只不過這種交流電不是50hz的市電正弦波,而是從無刷電機控制器(俗稱無刷電調)調制出來的三相交變矩形波,頻率比50hz高很多,且隨電機轉速變化而變化。

  無刷電機結構解析

  結構上,無刷電機和有刷電機有相似之處,也有轉子和定子,只不過和有刷電機的結構相反;有刷電機的轉是線圈繞組,和動力輸出軸相連,定子是永磁磁鋼;無刷電機的轉子是永磁磁鋼,連同外殼一起和輸出軸相連,定子是繞組線圈,去掉了有刷電機用來交替變換電磁場的換向電刷,故稱之爲無刷電機(brushlessmotor),那現在就有問題了,沒有了電磁場的變換,如何讓無刷電機轉動呢?

  無刷電機簡明運行原理

  簡單而言,依靠改變輸入到無刷電機定子線圈上的電流波交變頻率和波形,在繞組線圈周圍形成一個繞電機幾何軸心全轉的磁場,這個磁場驅動轉子上的永磁磁鋼轉動,電機就轉起來了,電機的性能和磁鋼數量、磁鋼磁通強度、電機輸入電壓大小等因素有關,更與無刷電機的控制性能有很大關系,因爲輸入的是直流電,電流需要電子調速器將其變成3相交流電,還需要從遙控器接收機那裏接收控制信號,控制電機的轉速,以滿足模型使用需要。總的來說,無刷電機的結構是比較簡單的,真正決定其使用性能的還是無刷電子調速器,好的電子調速器需要有單片機控制程序設計、電路設計、複雜加工工藝等過程的總體控制,所以價格要比有刷電機高出很多。

  無刷與有刷電機性能比較

  有刷電機的缺點模友們可能覺得奇怪,怎麽一上來就挑有刷的毛病;呵呵,我把下面的缺點說出來,大家就知道有刷電機的毛病不小了。

  1、摩擦大,損耗大

  老模友們在以前玩有刷電機的時候都碰到這個問題,那就是使用電機一段時間以後,需要打開電機來清理電機的碳刷,費時費力,維護強度不亞于來一次家庭大掃除。

  2、發熱大,壽命短

  由于有刷電機的結構原因,電刷和換向器的接觸電阻很大,造成電機整體電阻較大,容易發熱,而永磁體是熱敏元件,如果溫度太高的話,磁鋼是會退磁的,使電機性能下降,影響有刷電機的壽命。

  3、效率低,輸出功率小

  上面說到的有刷電機發熱問題,很大程度是因爲電流做功在電機內部電阻上了,所以電能有很大程度轉化爲了熱能,所以有刷電機的輸出功率不大,效率也不高。

  無刷電機的優點。

  1、無電刷、低幹擾

  無刷電機去除了電刷,最直接的變化就是沒有了有刷電機運轉時産生的電火花,這樣就極大減少了電火花對遙控無線電設備的幹擾。

  2、噪音低,運轉順暢

  無刷電機沒有了電刷,運轉時摩擦力大大減小,運行順暢,噪音會低許多,這個優點對于模型運行穩定性是一個巨大的支持。

  3、壽命長,低維護成本

  少了電刷,無刷電機的磨損主要是在軸承上了,從機械角度看,無刷電機幾乎是一種免維護的電動機了,必要的時候,只需做一些除塵維護即可。 上下一比較,就知道無刷電機相對于有刷電機的優勢在哪裏了,但是萬事都不是絕對的,有刷電機低速扭力性能優異、轉矩大等性能特點是無刷電機不可替代的,不過就無刷電機的使用方便性來看,隨著無刷控制器的成本下降趨勢和國內外無刷技術的發展與市場競爭,無刷動力系統正在高速的發展與普及階段,這也極大促進了模型運動的發展。

  具體區別體現在:

  1、適用範圍:

  無刷電機:通常被使用在控制要求比較高,轉速比較高的設備上,如航模,精密儀器儀表等對電機轉速控制嚴格,轉速達到很高的設備商,另外現在最爲先進的幹手器,迪奧電器産的無刷電機dihour幹手器也用的是這種電機,其電機和控制器的成本都很高,所以也之後比較高端的設備才被使用。

  碳刷電機:通常動力設備使用的都是有刷電機,如吹風機,工廠的電動機,家用的抽油煙機等等,另外串激電機的轉速也能達到很高,但是由于碳刷的磨損,使用壽命不如無刷電機。

  2、使用壽命:

  無刷電機:通常使用壽命在幾萬小時這個數量級,但是由于軸承的不同無刷電機使用壽命也有很大不同。

  碳刷電機:通常有刷電機的連續工作壽命在幾百到1千多個小時,到達使用極限就需要更換碳刷,不然很容易造成軸承的磨損。

  3、使用效果:

  無刷電機:通常是數字變頻控制,可控性強,從每分鍾幾轉,到每分鍾幾萬轉都可以很容易實現。

  碳刷電機:無刷電機一般啓動以後工作轉速恒定,調速不是很容易,串激電機也能達到20000轉/分,

  但是使用壽命會比較短。

  4、節能方面:

  相對而言,無刷電機采用變頻技術控制的會比串激電機節能很多,最典型的就是變頻空調和冰箱。

  5、日後維修方面:

  碳刷電機需要更換碳刷,如果更換不及時會造成電機的損壞,而無刷電機,使用壽命很長,通常是有刷電機的10倍以上,但是壞了就需要更換電機,但日常維護基本不需要。

  6、噪音方面:

  與是否是有刷電機無關,主要是看軸承和電機內部組件的配合情況。

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