55世纪

直流无刷电机的有效换向

直流无刷电机的有效换向

直流无刷电机是采用直流电源,通过外部电机控制器实现电子换向的电机。与刷式电机不同,直流无刷电机依靠外部控制器实现换向。简言之,换向是切换电机每相电流以产生运动的过程。有刷电机是指带有物理电刷的电机,每转可实现两次换向,而直流无刷电机无刷,故名。由于其设计特点,无刷电机可以实现任意数量的换相极对,与传统的有刷电机相比,直流无刷电机具有很大的优势。
这种电机的效率通常可以提高5-20倍;电刷无物理磨损,减少维护工作量;在任何额定转速下可获得平坦的扭矩曲线。尽管直流无刷电机不是一项新发明,但由于需要复杂的控制和反馈电路,它的应用速度较慢。然而,由于半导体技术的新发展、永磁质量的提高以及对效率的日益增长的需求,直流无刷电机在许多应用中已经取代了电刷电机。直流无刷电机在许多行业都占据了市场地位,包括白色家电、汽车、航空航天、消费、工业化、自动化设备和仪器。
虽然电机设计的基本要素仍然适用,但添加外部控制电路也增加了另一系列设计考虑。在许多设计问题中,重要的一点是如何获得电机换向的反馈。
无刷直流电动机可配置为单相、两相和三相;常用的配置是三相。相数与定子绕组数相匹配,转子极数可根据应用要求任意选择。由于直流无刷电机的转子受旋转定子磁极的影响,因此必须跟踪定子磁极位置,才能有效地驱动电机三相。为此,电机控制器用于在三个电机相位上产生六步换向模式。为了保持该系统相对于电刷技术的效率优势,需要在电机和控制器之间安装一个非常严格的控制回路。
这反映了反馈技术的重要性;控制器应能保持对电机的控制,并应始终掌握定子相对于转子的准确位置。预期位置和实际位置之间的任何偏差或相移都可能导致意外情况和性能下降。
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