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【熱點】(下)電機年產超10億臺,BLDC電機滲透率有望持續提升!什么是BLDC電機

來源:電機通 瀏覽次數:2586 發布時間:2022-02-24

無刷直流電機有以下特點


無刷直流(liu)電機的外特(te)性(xing)好,能夠(gou)在低速下輸出(chu)大(da)(da)轉(zhuan)矩,使得它(ta)可以提供大(da)(da)的起動轉(zhuan)矩;
無刷直流電機的速(su)(su)度范圍寬(kuan),任(ren)何速(su)(su)度下(xia)都可以全功率運(yun)行;
無刷直流電機的效率高、過載能力強,使得它在拖動系統中有出色的表現;
無刷(shua)直流電(dian)機(ji)的再生制動效(xiao)果好,由于它的轉(zhuan)子是永(yong)磁材料,制動時電(dian)機(ji)可以進入(ru)發(fa)電(dian)機(ji)狀(zhuang)態;
無刷直流電機的體積小,功率密度高;
無刷直流(liu)電(dian)(dian)機無機械換向器(qi),采用全封(feng)閉式結構,可以(yi)防止塵土進(jin)入(ru)電(dian)(dian)機內(nei)部,可靠性高;
無(wu)刷直(zhi)流電機(ji)比異步電機(ji)的驅動控制簡單。



三、無刷直流電機工作原理



無(wu)刷直流(liu)電(dian)(dian)機的定子(zi)(zi)是線圈繞組電(dian)(dian)樞,轉(zhuan)子(zi)(zi)是永(yong)磁(ci)體。如果只給電(dian)(dian)機通(tong)以固定的直流(liu)電(dian)(dian)流(liu),則電(dian)(dian)機只能產生不(bu)變的磁(ci)場,電(dian)(dian)機不(bu)能轉(zhuan)動(dong)起來(lai),只有實時(shi)檢測電(dian)(dian)機轉(zhuan)子(zi)(zi)的位置,再根據轉(zhuan)子(zi)(zi)的位置給電(dian)(dian)機的不(bu)同相通(tong)以對應的電(dian)(dian)流(liu),使定子(zi)(zi)產生方(fang)向均勻變化的旋轉(zhuan)磁(ci)場,電(dian)(dian)機才可以跟著磁(ci)場轉(zhuan)動(dong)起來(lai)。

如圖(tu)2所示為無(wu)刷直流(liu)電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動原(yuan)理(li)示意圖(tu),為了方(fang)便描(miao)述(shu),電(dian)機(ji)定(ding)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)線(xian)圈中心抽頭接電(dian)機(ji)電(dian)源 POWER,各相(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)端(duan)點接功率管,位(wei)置傳(chuan)感器導通(tong)時使功率管的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de) G極接 12V,功率管導通(tong),對(dui)應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)線(xian)圈被(bei)通(tong)電(dian)。由于三(san)個位(wei)置傳(chuan)感器隨著轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動,會依(yi)次(ci)導通(tong),使得對(dui)應的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)線(xian)圈也依(yi)次(ci)通(tong)電(dian),從而(er)定(ding)子產(chan)(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁場(chang)方(fang)向(xiang)也不(bu)斷地變(bian)化(hua),電(dian)機(ji)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子也跟著轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動起來,這就是無(wu)刷直流(liu)電(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)基本轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動原(yuan)理(li)——檢(jian)測轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)位(wei)置,依(yi)次(ci)給各相(xiang)(xiang)通(tong)電(dian),使定(ding)子產(chan)(chan)生的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)磁場(chang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向(xiang)連續均勻(yun)地變(bian)化(hua)。

微信圖片_20220224101542.jpg
圖(tu)2:無刷直流電機轉(zhuan)動(dong)原理(li)示意圖(tu)

為(wei)(wei)了方便(bian)理(li)解,本文(wen)以下(xia)內容(rong)統一用如下(xia)圖(tu)(tu)所示(shi)的這兩(liang)種(zhong)符號作(zuo)為(wei)(wei)模(mo)型(xing)簡(jian)介(jie),圖(tu)(tu) A為(wei)(wei)電(dian)機轉子和(he)定子在同(tong)一圓心(xin)上,圖(tu)(tu)B 為(wei)(wei)不同(tong)一圓心(xin)上,是(shi)為(wei)(wei)了方便(bian)說明電(dian)機內部磁(ci)場。

微信圖片_20220224101558.jpg
無刷(shua)直流電機結構示意圖

電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)定子繞組多做成三相(xiang)對稱星(xing)形接(jie)法,同三相(xiang)異步電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)(ji)(ji)十分(fen)相(xiang)似。電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)轉(zhuan)子上粘有(you)已充磁(ci)的(de)(de)永磁(ci)體 ,為了檢測電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)子的(de)(de)極性(xing),在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)(ji)(ji)內(nei)裝有(you)位(wei)置傳(chuan)感(gan)器。驅動(dong)器由(you)功率(lv)電(dian)(dian)(dian)(dian)子器件和(he)(he)(he)(he)集(ji)成電(dian)(dian)(dian)(dian)路等(deng)構成,其功能是:接(jie)受(shou)(shou)電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)啟動(dong)、停止、制動(dong)信(xin)(xin)號,以控制電(dian)(dian)(dian)(dian)動(dong)機(ji)(ji)(ji)的(de)(de)啟動(dong)、停止和(he)(he)(he)(he)制動(dong);接(jie)受(shou)(shou)位(wei)置傳(chuan)感(gan)器信(xin)(xin)號和(he)(he)(he)(he)正反轉(zhuan)信(xin)(xin)號,用(yong)(yong)來控制逆(ni)變橋各功率(lv)管的(de)(de)通斷(duan),產生(sheng)連續轉(zhuan)矩;接(jie)受(shou)(shou)速(su)度指令和(he)(he)(he)(he)速(su)度反饋(kui)信(xin)(xin)號,用(yong)(yong)來控制和(he)(he)(he)(he)調整轉(zhuan)速(su);提供(gong)保護和(he)(he)(he)(he)顯(xian)示等(deng)等(deng)。

直流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)具(ju)(ju)有響(xiang)應快速、較大的(de)起(qi)動轉(zhuan)矩(ju)(ju)、從零轉(zhuan)速至額(e)定(ding)(ding)轉(zhuan)速具(ju)(ju)備可提供(gong)額(e)定(ding)(ding)轉(zhuan)矩(ju)(ju)的(de)性能(neng),但(dan)直流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)優點(dian)也正是它的(de)缺點(dian),因為(wei)直流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)要(yao)產生(sheng)額(e)定(ding)(ding)負載下恒(heng)(heng)定(ding)(ding)轉(zhuan)矩(ju)(ju)的(de)性能(neng),則電(dian)(dian)樞(shu)磁場與(yu)轉(zhuan)子(zi)磁場須恒(heng)(heng)維持90°,這(zhe)就(jiu)要(yao)藉(jie)由(you)碳(tan)(tan)刷及(ji)整(zheng)流(liu)(liu)(liu)子(zi)。碳(tan)(tan)刷及(ji)整(zheng)流(liu)(liu)(liu)子(zi)在電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)動時會產生(sheng)火花、碳(tan)(tan)粉因此除了會造(zao)成組(zu)件損壞(huai)之(zhi)外,使用場合也受到限制(zhi)。交流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)沒有碳(tan)(tan)刷及(ji)整(zheng)流(liu)(liu)(liu)子(zi),免維護、堅固、應用廣,但(dan)特性上若要(yao)達(da)(da)到相當于(yu)直流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)性能(neng)須用復雜控(kong)(kong)制(zhi)技術才能(neng)達(da)(da)到。現今半導(dao)體發展(zhan)迅速功率(lv)(lv)組(zu)件切換頻(pin)率(lv)(lv)加(jia)快許多,提升(sheng)驅(qu)動電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)的(de)性能(neng)。微處理機(ji)(ji)(ji)速度亦越來越快,可實現將交流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)控(kong)(kong)制(zhi)置(zhi)于(yu)一旋轉(zhuan)的(de)兩(liang)軸直角坐標系統中,適當控(kong)(kong)制(zhi)交流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)在兩(liang)軸電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)分量(liang),達(da)(da)到類似直流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)控(kong)(kong)制(zhi)并有與(yu)直流(liu)(liu)(liu)電(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)相當的(de)性能(neng)。

此(ci)外已有很多微(wei)處理機(ji)(ji)(ji)(ji)將控制電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)必需(xu)的(de)功能做在(zai)芯片中,而(er)且體積越來越小;像模(mo)擬/數字轉換器(qi)(analog-to-digital converter,adc)、脈沖寬(kuan)度調制(pulse wide modulator,pwm)…等。直流(liu)無刷電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)即(ji)是(shi)以電(dian)(dian)(dian)子方式(shi)控制交流(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)換相,得到(dao)類似(si)直流(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)特性又沒有直流(liu)電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(ji)機(ji)(ji)(ji)(ji)構(gou)上缺(que)失的(de)一種(zhong)應用。

四、無刷直流電機的驅動方法

無刷直機(ji)電(dian)機(ji)的(de)驅(qu)動(dong)(dong)方式按不同類別可分多(duo)種驅(qu)動(dong)(dong)方式,它們各有特點。

1.按驅動波形:方波驅動,這種驅動方式實現方便,易于實現電機無位置傳感器控制;

2.正弦(xian)驅動:這種驅動方式可以改善電機運行效(xiao)果,使輸(shu)出(chu)力矩(ju)均勻,但實(shi)現過(guo)程(cheng)相對復雜。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。

五、無刷直流電機應用領域

應用領域一,辦公計算機外圍設備、電子數碼消費品領域。

這是(shi)無刷直(zhi)流電機(ji)普及最廣、數量最大的領域(yu)。比如(ru)在(zai)生活中常見(jian)的打(da)印(yin)機(ji)、傳真(zhen)機(ji)、復印(yin)機(ji)、硬盤驅動(dong)(dong)器、軟(ruan)盤驅動(dong)(dong)器、電影攝影機(ji)、磁帶(dai)記錄儀等(deng),在(zai)它(ta)們的主軸和附(fu)屬運動(dong)(dong)的帶(dai)動(dong)(dong)控制(zhi)中,都有(you)無刷直(zhi)流電機(ji)的身影。

應用領域二,工業控制領域。

近些年,由于無(wu)刷直流(liu)(liu)電機大規(gui)模的(de)研發和(he)技術的(de)逐漸成熟,其(qi)驅動系(xi)統在工業生產中的(de)分(fen)布范圍也隨之擴大,已逐步(bu)成為工業用電動機的(de)發展(zhan)主流(liu)(liu)。圍繞降低生產成本和(he)提(ti)高運行效率而展(zhan)開的(de)研究與嘗(chang)試已取得顯著的(de)效益,各(ge)大廠商也提(ti)供不同型號的(de)電機以滿(man)足不同驅動系(xi)統的(de)需求。現階段在紡織、冶金、印刷、自(zi)動化生產流(liu)(liu)水線、數控機床等工業生產方(fang)面,無(wu)刷直流(liu)(liu)電機都有涉獵。

應用領域三,醫療設備領域。

在國外(wai),對(dui)無刷直(zhi)流電機(ji)的(de)(de)使用(yong)已經(jing)較為普遍,可以用(yong)來驅(qu)動人工心(xin)臟(zang)中的(de)(de)小型血泵;在國內,手術用(yong)高(gao)速(su)器具的(de)(de)高(gao)速(su)離(li)心(xin)機(ji)、熱像儀和測(ce)溫(wen)儀的(de)(de)紅外(wai)激光調制器都使用(yong)了無刷直(zhi)流電機(ji)。

應用領域四,汽車領域。

據分析(xi)在(zai)市面(mian)上(shang),一般的(de)(de)家(jia)用轎(jiao)車(che)(che)(che)需要(yao)永磁電(dian)機 20-30 個,而每輛豪華轎(jiao)車(che)(che)(che)則需要(yao)59個之多,除了核(he)心發(fa)動(dong)機外,在(zai)雨(yu)刷器、電(dian)動(dong)車(che)(che)(che)門、汽車(che)(che)(che)空(kong)調、電(dian)動(dong)車(che)(che)(che)窗等(deng)部位都有電(dian)機的(de)(de)身影。隨著汽車(che)(che)(che)工(gong)業向著節能(neng)環保的(de)(de)方(fang)向發(fa)展(zhan),所使用的(de)(de)電(dian)機也必(bi)須滿足(zu)高效率、低能(neng)耗的(de)(de)標準。而無(wu)(wu)刷直(zhi)流電(dian)機的(de)(de)低噪聲、壽(shou)命長(chang)、無(wu)(wu)火花干(gan)擾、方(fang)便(bian)集中(zhong)控(kong)制(zhi)等(deng)優(you)點完(wan)全符(fu)合,隨著其調速技術的(de)(de)日益(yi)成熟,性(xing)價(jia)比(bi)會越來越高,它在(zai)汽車(che)(che)(che)電(dian)機驅動(dong)的(de)(de)各(ge)個環節中(zhong)的(de)(de)應用會更加廣泛。

應用領域五,家用電器領域。

“變(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)”技術已非(fei)常普遍,作(zuo)為中國家電(dian)(dian)(dian)(dian)的(de)(de)(de)(de)標志(zhi)逐(zhu)漸占據了(le)大部分(fen)的(de)(de)(de)(de)消費市場,“直(zhi)流(liu)(liu)變(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)”受到(dao)生產廠商的(de)(de)(de)(de)青(qing)睞,已有(you)逐(zhu)漸替(ti)換(huan)掉“交流(liu)(liu)變(bian)(bian)頻(pin)(pin)(pin)”的(de)(de)(de)(de)轉變(bian)(bian)趨勢。這種轉變(bian)(bian)實質(zhi)上(shang)就是家電(dian)(dian)(dian)(dian)所用的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)動機(ji)由感(gan)應電(dian)(dian)(dian)(dian)動機(ji)向無刷(shua)(shua)直(zhi)流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)及其(qi)控制器的(de)(de)(de)(de)過渡(du),以達到(dao)節能(neng)環保、低噪(zao)智能(neng)、舒適(shi)性高的(de)(de)(de)(de)要求。無刷(shua)(shua)直(zhi)流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)機(ji)的(de)(de)(de)(de)發(fa)展方向與(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)力電(dian)(dian)(dian)(dian)子、傳感(gan)器、控制理(li)論等技術的(de)(de)(de)(de)發(fa)展方向相(xiang)同,它是多種技術相(xiang)結(jie)合的(de)(de)(de)(de)產物,它的(de)(de)(de)(de)發(fa)展取決(jue)于(yu)與(yu)之相(xiang)關的(de)(de)(de)(de)每一種技術的(de)(de)(de)(de)革(ge)新(xin)與(yu)進步。



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