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无刷(电子换向或EC)电机基础视频:以现场为导向的控制简单换向

通过丽莎EITEL.|2017年12月20日

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无刷电机是任何永磁电机,开关磁阻电机,或异步电机省略使用换向器和刷换向。但是,当工程师使用无刷电机这个术语时,通常暗示了一种电机类型——永磁体设计。也被称为电子换向电机或EC电机,它们不遭受刷磨损或电弧…但确实需要电子电流-相换向。基本上,无刷直流电机类似于并励电机除了磁场通量来自磁铁而不是通过绕组的电流。

无刷电机设计包括三种磁铁类型之一。铁氧体或陶瓷磁铁相对较弱,但很常见,因为它们抗退磁和耐腐蚀。加上他们的低成本。陶瓷磁铁只能在250°C的温度下工作,但当它们冷却后磁性会恢复。警告- - -20°C或更低的温度下运行会导致永久性损耗。在无刷电机的另外两种磁铁类型是稀土类型。

点击放大。

更具体地说,钐钴(SmCo)磁铁在高温应用中表现出色,甚至在550°c以下。第三种选择是钕磁铁,用于工业无刷电机和电动汽车电机。低矫顽力的钕磁铁在80°C以上会失去强度,但有些变种能在220°C以下存活。另一个缺点是钕磁铁会被腐蚀,然后破碎,所以它们通常会被涂上一层保护涂层。镀镍或双层镀铜镍在这里很常见。

无刷电机(EC电机)命名警告

请注意,有一些命名的警告:有永久磁铁电机用刷子(用于机械换向),有些人称之为PMDC电机。

称为无刷直流电动机的电机具有永磁体,因此在技术上是PM同步电机,而是从直流总线和电子逆变器运行交流。无刷直流电机,因为它们被称为,不要直接从AC线路运行。它们可以 - 用适当的驱动器在闭环应用中为它们提供动力,请将其推送-Replace DC刷电机(配对驱动器)。一些工程师争论“无刷直流电动机”是一个不可思议的人。

要清晰,存在带电枢(定子)磁体的无刷电机 - 并且通过换向器电流通过电流供电 - 但是转子上具有磁体的电动机更常见。随着电子设备的不断下降的成本,今天的永磁无刷电机驱动系统通常比可比较的刷电机驱动系统更低昂贵。大多数无刷电机用于分数马力应用,尽管较高的功率使用正在上升。

无刷电机中的输出扭矩与电机速度范围内的定子电流成比例。与许多刷子电机的运行,带永磁体的电动机较小,更轻,更经济。虽然无刷电机具有单相和两相变化,但三相电机是最常见的。

梯形换向是控制无刷电机的一种简单方法。在这里电流是计量通过电机的阶段二与第三无动力。霍尔传感器跟踪转子位置,使相位按正确顺序切换。其主要限制是相电流矢量只能有六个离散方向。相比之下,正弦无刷电机控制正弦驱动三个电机绕组与三电流的组合电流空间矢量平稳旋转-始终在转子正交方向,始终具有一个设定的大小。唯一的问题是,正弦换向需要比霍尔传感器更精确的转子位置测量,例如使用编码器,这增加了成本。

采取控制进一步是现场导向的控制 - 其中申请控制时变电机电流的限制。当速度和频率从有限的PI-Controller带宽增加时,这种限制是最糟糕的。相反,场取向控制直接控制D-Q中的当前空间向量(直接和正交,而不是冰淇淋)转子参考框架。理想情况下,相对于转子的磁极在方向(AKA正交)朝着方向(AKA正交)的矢量...无论是旋转。D-Q参考帧中的当前空间矢量是静态的,所以PI控制器耗尽DC而不是正弦信号。这将它们与时变绕组电压和电流隔离 - 这反过来避免了控制器频率响应限制等。这样,目前控制的质量免受电动机RPM的影响。有关更多视频,请访问DesignWorldonline.com,然后单击视频。


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关于作者

丽莎EITEL.

Lisa Eitel自2001年以来一直在电影行业工作。她的研究领域包括电机、驱动、运动控制、动力传输、线性运动、传感和反馈技术。她拥有机械工程学士学位,是Tau Beta Pi工程荣誉协会的入选者;女工程师协会成员;也是FIRST机器人七叶树地区赛的评委。除了她的motioncontroltips.com的贡献,她还领导了设计世界的季度运动问题的生产。

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