【熱點】(下)電機年產(chǎn)超10億臺,BLDC電機滲透率有望持續(xù)提升!什么是BLDC電機
來源:電機通 瀏覽次數(shù):4620 發(fā)布時間:2022-02-24
無刷直流電機的外特性好,能夠在低速下輸出大轉(zhuǎn)矩,使得它可以提供大的起動轉(zhuǎn)矩;無刷直流電機的速度范圍寬,任何速度下都可以全功率運行;無刷直流電機的效率高、過載能力強,使得它在拖動系統(tǒng)中有出色的表現(xiàn);
無刷直流電機的再生制動效果好,由于它的轉(zhuǎn)子是永磁材料,制動時電機可以進入發(fā)電機狀態(tài);無刷直流電機無機械換向器,采用全封閉式結(jié)構(gòu),可以防止塵土進入電機內(nèi)部,可靠性高;
三、無刷直流電機工作原理
無刷直流電機的定子是線圈繞組電樞,轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機通以固定的直流電流,則電機只能產(chǎn)生不變的磁場,電機不能轉(zhuǎn)動起來,只有實時檢測電機轉(zhuǎn)子的位置,再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機的不同相通以對應(yīng)的電流,使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場,電機才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動起來。如圖2所示為無刷直流電機的轉(zhuǎn)動原理示意圖,為了方便描述,電機定子的線圈中心抽頭接電機電源 POWER,各相的端點接功率管,位置傳感器導(dǎo)通時使功率管的 G極接 12V,功率管導(dǎo)通,對應(yīng)的相線圈被通電。由于三個位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動,會依次導(dǎo)通,使得對應(yīng)的相線圈也依次通電,從而定子產(chǎn)生的磁場方向也不斷地變化,電機轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動起來,這就是無刷直流電機的基本轉(zhuǎn)動原理——檢測轉(zhuǎn)子的位置,依次給各相通電,使定子產(chǎn)生的磁場的方向連續(xù)均勻地變化。為了方便理解,本文以下內(nèi)容統(tǒng)一用如下圖所示的這兩種符號作為模型簡介,圖 A為電機轉(zhuǎn)子和定子在同一圓心上,圖B 為不同一圓心上,是為了方便說明電機內(nèi)部磁場。電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法,同三相異步電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體 ,為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性,在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成,其功能是:接受電動機的啟動、停止、制動信號,以控制電動機的啟動、停止和制動;接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號,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,用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速;提供保護和顯示等等。直流電機具有響應(yīng)快速、較大的起動轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能,但直流電機的優(yōu)點也正是它的缺點,因為直流電機要產(chǎn)生額定負載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能,則電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場須恒維持90°,這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會造成組件損壞之外,使用場合也受到限制。交流電機沒有碳刷及整流子,免維護、堅固、應(yīng)用廣,但特性上若要達到相當于直流電機的性能須用復(fù)雜控制技術(shù)才能達到?,F(xiàn)今半導(dǎo)體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多,提升驅(qū)動電機的性能。微處理機速度亦越來越快,可實現(xiàn)將交流電機控制置于一旋轉(zhuǎn)的兩軸直角坐標系統(tǒng)中,適當控制交流電機在兩軸電流分量,達到類似直流電機控制并有與直流電機相當?shù)男阅堋?/span>此外已有很多微處理機將控制電機必需的功能做在芯片中,而且體積越來越小;像模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digital converter,adc)、脈沖寬度調(diào)制(pulse wide modulator,pwm)…等。直流無刷電機即是以電子方式控制交流電機換相,得到類似直流電機特性又沒有直流電機機構(gòu)上缺失的一種應(yīng)用。無刷直機電機的驅(qū)動方式按不同類別可分多種驅(qū)動方式,它們各有特點。1.按驅(qū)動波形:方波驅(qū)動,這種驅(qū)動方式實現(xiàn)方便,易于實現(xiàn)電機無位置傳感器控制;2.正弦驅(qū)動:這種驅(qū)動方式可以改善電機運行效果,使輸出力矩均勻,但實現(xiàn)過程相對復(fù)雜。同時,這種方法又有 SPWM 和 SVPWM(空間矢量 PWM)兩種方式,SVPWM的效果好于 SPWM。應(yīng)用領(lǐng)域一,辦公計算機外圍設(shè)備、電子數(shù)碼消費品領(lǐng)域。這是無刷直流電機普及最廣、數(shù)量最大的領(lǐng)域。比如在生活中常見的打印機、傳真機、復(fù)印機、硬盤驅(qū)動器、軟盤驅(qū)動器、電影攝影機、磁帶記錄儀等,在它們的主軸和附屬運動的帶動控制中,都有無刷直流電機的身影。應(yīng)用領(lǐng)域二,工業(yè)控制領(lǐng)域。近些年,由于無刷直流電機大規(guī)模的研發(fā)和技術(shù)的逐漸成熟,其驅(qū)動系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)中的分布范圍也隨之擴大,已逐步成為工業(yè)用電動機的發(fā)展主流。圍繞降低生產(chǎn)成本和提高運行效率而展開的研究與嘗試已取得顯著的效益,各大廠商也提供不同型號的電機以滿足不同驅(qū)動系統(tǒng)的需求?,F(xiàn)階段在紡織、冶金、印刷、自動化生產(chǎn)流水線、數(shù)控機床等工業(yè)生產(chǎn)方面,無刷直流電機都有涉獵。應(yīng)用領(lǐng)域三,醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域。在國外,對無刷直流電機的使用已經(jīng)較為普遍,可以用來驅(qū)動人工心臟中的小型血泵;在國內(nèi),手術(shù)用高速器具的高速離心機、熱像儀和測溫儀的紅外激光調(diào)制器都使用了無刷直流電機。應(yīng)用領(lǐng)域四,汽車領(lǐng)域。據(jù)分析在市面上,一般的家用轎車需要永磁電機 20-30 個,而每輛豪華轎車則需要59個之多,除了核心發(fā)動機外,在雨刷器、電動車門、汽車空調(diào)、電動車窗等部位都有電機的身影。隨著汽車工業(yè)向著節(jié)能環(huán)保的方向發(fā)展,所使用的電機也必須滿足高效率、低能耗的標準。而無刷直流電機的低噪聲、壽命長、無火花干擾、方便集中控制等優(yōu)點完全符合,隨著其調(diào)速技術(shù)的日益成熟,性價比會越來越高,它在汽車電機驅(qū)動的各個環(huán)節(jié)中的應(yīng)用會更加廣泛。應(yīng)用領(lǐng)域五,家用電器領(lǐng)域。“變頻”技術(shù)已非常普遍,作為中國家電的標志逐漸占據(jù)了大部分的消費市場,“直流變頻”受到生產(chǎn)廠商的青睞,已有逐漸替換掉“交流變頻”的轉(zhuǎn)變趨勢。這種轉(zhuǎn)變實質(zhì)上就是家電所用的電動機由感應(yīng)電動機向無刷直流電機及其控制器的過渡,以達到節(jié)能環(huán)保、低噪智能、舒適性高的要求。無刷直流電機的發(fā)展方向與電力電子、傳感器、控制理論等技術(shù)的發(fā)展方向相同,它是多種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物,它的發(fā)展取決于與之相關(guān)的每一種技術(shù)的革新與進步。