稀土永磁無刷直流電動機

　
1.稀土永磁無刷直流電動機的結構特點

1.1無刷直流電動機（BLDCM）由電動機本體和驅動器構成，是一種典型的機電一體化產品。
1.2電動機的定子繞組做成三相對稱星行接法，同三相異步電動機十分相似。電動機轉子由釹鐵硼永磁材料構成。在定轉子形成的氣隙中產生N-S級相間的方波磁場，所以也把這種電動機稱為“方波電動機”。為了使電動機繞組準確換向，在電動機內裝有位置傳感器，作為轉子極性的位置信號
1.3驅動器組成：
作為控制中樞的單片子；
作為電子換向的由IGBT或MOSFET構成的逆變橋；
作為電壓型交一直一交主電路的整流、濾波單位；
作為人機接口的鍵盤和數字顯示單位；
作為控制、驅動電源的開關電源。

2.無刷直流電動機的主要特點

2.1高效率：無刷直流電動機轉子上既無銅耗也無鐵耗，其效率比同容量異步電動機提高5%-12%。
2.2功率因子高：無刷直流電動機無需從電網吸取激磁電流，功率因子接近1。
2.3啟動轉矩大，啟動電流?。簾o刷直流電動機的機械特性和調節特性與他激直流電動機樞控時相應特性類似，所以它的啟動轉矩大，啟動電流小，調節范圍寬，但沒有因電刷換向器引起的缺點，電子換向取代了機械換向。
2.4電動機出力高：該電動機的體積和zui高工作轉速相同時，較異步電動機輸出功率提高30%。
2.5適應性強：電源電壓偏離額定值+10%或-15%，環境溫度相差40K以及負載轉矩從0—*額定轉矩波動時，無刷直流電動機的實際轉速與設定轉速的穩態偏差，不大于設定轉速±1%。
2.6無刷直流電動機是一種自控式調速系統，它無需像普通同步電動機那樣需要啟動繞組；在負載突變時，不會產生振蕩和失步。
2.7 無刷直流電動機具有直流電動機特性、交流異步電動機的結構。
2.8 無刷直流電動機適合*低速運轉、頻繁啟動的場合，這是變頻調速器拖動Y系列電動機不可能實現的。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　產 品 簡 介
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　　ZWS稀土永磁無刷直流電機以高性能稀土永磁材料作轉子材料，以位置傳感器取代碳刷換向器，以電子控制線路實現電子換向。它保留了傳統直流電機的所有優點，同時又克服了碳刷、滑環結構復雜和故障率高的缺點。
● 轉矩特性優異，中、低速轉矩性能好，啟動轉矩大；
● 調速精度高，調速范圍廣，過栽能力強；
● 轉子轉動慣量小，響應速度快；體積小、重量輕、比功率（既功率、體積之比）大；
● 制動特性良好；
● 效率高，沒有勵磁功率和碳刷、滑環之間摩擦的機械損耗，是節能產品；
● 結構簡單、可靠性高，穩定性好，適應性強，維修與保養簡單；
● 耐顛簸震動，噪音更低，震動更小，運轉更平滑，壽命更長；
● 沒有無線電干擾，沒有電刷摩擦產生的火花，特別適合于爆炸性危險區域，適合于惡劣工作環境，適合于高頻度快速啟動 　等應用場合；
● 防護等級：IP-54，IP-55；
● 轉速達到很高（60000轉/分鐘）。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　工 作 原 理
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　無刷直流電動機由電動機主體和驅動器組成，是一種典型的機電一體化產品。
● 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。電動機的轉子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉子的極性，在電動機內裝有位置傳感器。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，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信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產生連續轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉速；提供保護和顯示等等。無刷直流電動機的原理簡圖如圖一所示：　


　　主電路是一個典型的電壓型交-直-交電路，逆變器提供等幅等頻5-26KHZ調制波的對稱交變矩形波。永磁體N-S交替交換，使位置傳感器產生相位差120°的U、V、W方波，結合正/反轉信號產生有效的六狀態編碼信號：101、100、110、010、011、001，通過邏輯組建處理產生T1-T4導通、T1-T6導通、T3-T6導通、T3-T2導通、T5-T2導通、T5-T4導通，也就是說將直流母線電壓依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，這樣轉子每轉過一對N-S極，T1-T6功率管即按固定組合成六種狀態的依次導通。每種狀態下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態，定子繞組產生的磁場軸線在空間轉動60°電度角，轉子跟隨定子磁場轉動相當于60°電度角空間位置，轉子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產生一組新編碼，新的編碼又改變了功率管的導通組合，使定子繞組產生的磁場軸再前進60°電度角，如此循環，無刷直流電動機將產生連續轉矩，拖動負載作連續旋轉。正因為無刷直流電動機的換向是自身產生的，而不是由逆變器強制換向的，所以也稱作自控式同步電動機。

● 無刷直流電動機的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場軸線位置超前轉子磁場軸線位置，所以不論轉子的起始位置處在何處，電動機在啟動瞬間就會產生足夠大的啟動轉矩，因此轉子上不需另設啟動繞組。由于定子磁場軸線可視作同轉子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產生的平均電磁轉矩與繞組電流成正比，這正是他勵直流電動機的電流-轉矩特性。電動機的轉矩正比于繞組平均電流；TM=Ktlav(N?M)電動機兩相組反電勢的差比于電動機的角速度；ELL=Keω(V)所以電動機繞組中的平均電流為：Iav=(Vm-ELL)/2Ra(A)其中，Vm=δ?VDC是加在電動機線間電壓平均值，VDC是直流母線電壓，δ是調制波的占空比，Ra為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動機的電磁轉矩：Tm=δ?(VDC?Kt/2Ra)-Kt?(Keω/2Ra)Kt、Ke是電動機的結構常數，ω為電動機的角速度(rad/s)，所以，在一定的ω時，改變占空比δ，就可以線性地改變電動機的電磁轉矩，得到與他勵支流電動機電樞電壓控制相同的控制特性和機械特性。無刷直流電動機的轉速設定，取決于速度指令Vc的高低，如果速度指令zui大值為+5V對應的zui高轉速：Vc(max)ón max,那么，+5V以下任何電平即對應相當的轉速n，這就實現了變速設定。當Vc設定以后，無論是負載變化、電源電壓變化，還是環境溫度變化，當轉速低于指令轉速時，反饋電壓Vfb變小，調制波的占空比δ就會變大，電樞電流變大，使電動機產生的電磁轉矩增大而產生加速度，直到電動機的實際轉速與指令轉速相等為止；反之，如果電動機實際轉速比指令轉速高時，δ減小，Tm減小。發生減速度，直至實際轉速與指令轉速相等為止。可以說，無刷直流電動機在允許的電網波動范圍內，在允許的過載能力以下，其穩定轉速與指令轉速相差在1%左右，并可以實現在調速范圍內恒轉矩運行。由于無刷直流電動機的勵磁來源于永磁體，所以不象異步機那樣需要從電網吸取勵磁電流；由于轉子中無交變磁通，其轉子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動機高10%左右，一般來說，無刷直流電動機的能力指針（ηcosθ）比同容量三相異步電動機高12%-20%。

● 由于無刷直流電動機是以自控式運行的，所以不會象變頻調速下重載啟動的同步電動機那樣在轉子上另加啟動繞組，也不會在負載突變時產生振蕩和失步。中小容量的無刷直流電動機的永磁體，現在多采用高磁能積的稀土釹鐵硼(Nd-fe-B)材料。因此，稀土永磁無刷電動機的體積比同容量三相異步電動機縮小了一個機座號。近三十年針對異步電動機變頻調速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動機轉矩的方法，而無刷直流電動機的電流或電樞的端電壓，就是直接控制電動機轉矩的物理量。過去，由于稀土永磁體價格比較高等因素，限制了稀土永磁無刷直流電動機的應用領域，但是隨著技術的不斷創新，其價格已迅速下降，例如，我公司推出推出BS系列無刷直流電動機的售價已與異步電動機和普通變頻器價格之和相差無幾。必將以其寬調速、小體積、高效率和穩態轉速誤差小等特點在調速領域顯現優勢。