時(shí)間:2024-04-22 10:12:21來源:中國傳動(dòng)網(wǎng)
電機(jī)的歷史始于19世紀(jì)初電磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn),并逐漸成為工業(yè)化時(shí)代最重要的電子系統(tǒng)之一。隨著技術(shù)發(fā)展,工程技術(shù)人員們發(fā)明了許多類型的電機(jī),包括直流(DC)電機(jī)、感應(yīng)電機(jī)和同步電機(jī)。
作為永磁同步電機(jī)(PMSM)的一種,無刷電機(jī)歷史悠久。但在最初時(shí)期,由于其啟動(dòng)和變速困難,除具有昂貴控制機(jī)構(gòu)的工業(yè)應(yīng)用外,一直未被廣泛應(yīng)用。然而近年來,隨著強(qiáng)大的永磁體的改進(jìn)以及人們節(jié)能意識的增強(qiáng),無刷電機(jī)在各個(gè)領(lǐng)域都得到了飛速的發(fā)展。
直流有刷電機(jī)與無刷電機(jī)的區(qū)別
直流有刷電機(jī)(通常簡稱直流電機(jī))具有可控性好、效率高、易小型化等特點(diǎn),是最常用的電機(jī)類型。相比于直流有刷電機(jī),無刷電機(jī)不需要電刷和換向器,因而其使用壽命長、易于維護(hù)、運(yùn)行噪音低。此外,它不僅具有直流電機(jī)的高可控性,還擁有較高的結(jié)構(gòu)自由度,易于嵌入設(shè)備中。得益于這些優(yōu)勢,無刷電機(jī)的應(yīng)用逐漸擴(kuò)展,目前其在工業(yè)設(shè)備、辦公自動(dòng)化設(shè)備和家用電器上都得到了廣泛的應(yīng)用。
圖1 直流有刷電機(jī)和無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)區(qū)別
直流無刷電機(jī)和永磁同步電機(jī)(PMSM)的結(jié)構(gòu)基本相同。然而,直流無刷電動(dòng)機(jī)既是一個(gè)電機(jī)家族(包括PMSM和步進(jìn)電機(jī)),又是一個(gè)獨(dú)立的電機(jī)類型。如下圖所示,其可根據(jù)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方式進(jìn)行多種分類。
圖2 直流無刷電機(jī)的分類
無刷電機(jī)的工作情況
無刷電機(jī)在工作時(shí),首先將永磁體用作轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)側(cè)),線圈用作定子(固定側(cè))。然后外部逆變電路根據(jù)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)控制電流到線圈的切換,無刷電機(jī)與檢測轉(zhuǎn)子位置的逆變電路配合使用,并根據(jù)轉(zhuǎn)子位置將電流引入線圈。
轉(zhuǎn)子位置檢測方法主要有三種:一是電流檢測,電流檢測是磁場定向控制的必要條件;二是霍爾傳感器檢測,利用三個(gè)霍爾傳感器,通過轉(zhuǎn)子的磁場檢測轉(zhuǎn)子位置;三是感應(yīng)電壓檢測,通過轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓變化來檢測轉(zhuǎn)子位置,這是無感電機(jī)的位置檢測方法之一。
圖3 直流無刷電機(jī)的工作流程
無刷電機(jī)有兩種基本控制方法。此外,還有一些控制方法需要復(fù)雜的計(jì)算,如矢量控制和弱場控制。
方波驅(qū)動(dòng)
根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度,切換逆變電路功率元件的開關(guān)狀態(tài),然后改變定子線圈的電流方向,使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。
正弦波驅(qū)動(dòng)
通過檢測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度來旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子,在逆變電路中產(chǎn)生相移為120度的3相交流電,然后改變定子線圈的電流方向和大小。
圖4 無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)狀態(tài)
直流無刷電機(jī)目前廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域,包括家用電器、汽車電子、工業(yè)設(shè)備、辦公自動(dòng)化以及機(jī)器人和便攜消費(fèi)電子等,未來隨著電機(jī)技術(shù)不斷進(jìn)步,直流無刷電機(jī)的應(yīng)用還將具有更廣闊的發(fā)展空間。
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