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無刷直流電機實際上是永磁同步電機,對于力的來源主要是磁力線的畸變,簡單來說就是如果定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場磁力線方向一致,那么這個時候磁力線會很平滑,大家就很和諧,之間不會產(chǎn)生力矩;但是如果轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場方向不一致,那么磁力線的分布便會不均勻,這個時候磁場之間則會通過相互作用使得定轉(zhuǎn)子磁場方向一致,從而產(chǎn)生力矩;因此對于直流無刷電機,你只要使得定子磁場以某一速度在空間旋轉(zhuǎn),磁力線這種反畸變力便會使得轉(zhuǎn)子磁場也以與定子磁場相同的速度旋轉(zhuǎn),從而實現(xiàn)永磁同步;你可以想象,如果負載轉(zhuǎn)矩為0,那么在旋轉(zhuǎn)的過程中定轉(zhuǎn)子磁場的方向必然會接近重合,而如果有一個恒定的負載轉(zhuǎn)矩,那么定轉(zhuǎn)子之間的磁場會有一個固定的夾角,這個角度的大小與負載轉(zhuǎn)矩的大小一致。 無刷直流電機原理 無刷直流電機的定子是線圈繞組電樞,轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機通以固定的直流電流,則電機只能產(chǎn)生不變的磁場,電機不能轉(zhuǎn)動起來,只有實時檢測電機轉(zhuǎn)子的位置,再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機的不同相通以對應的電流,使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場,電機才可以跟著磁場轉(zhuǎn)動起來。 如圖所示為無刷直流電機的轉(zhuǎn)動原理示意圖,為了方便描述,電機定子的線圈中心抽頭接電機電源 POWER,各相的端點接功率管,位置傳感器導通時使功率管的 G極接 12V,功率管導通,對應的相線圈被通電。由于三個位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動,會依次導通,使得對應的相線圈也依次通電,從而定子產(chǎn)生的磁場方向也不斷地變化,電機轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動起來,這就是無刷直流電機的基本轉(zhuǎn)動原理——檢測轉(zhuǎn)子的位置,依次給各相通電,使定子產(chǎn)生的磁場的方向連續(xù)均勻地變化。 圖:無刷直流電機轉(zhuǎn)動原理示意圖 現(xiàn)代控制方法 無刷直流電機目前這個概念定義不明確。一般認為BLDC無刷直流是方波控制,PMSM永磁同步是正弦波控制(矢量控制)。但是從電機本體看,他們之間的區(qū)別僅僅是氣隙磁場形狀問題,純方波磁場基本沒法設計到,都是梯形波。 對于bldc,控制上是換相六拍,霍爾傳感器。有的人用正弦波(插補)降低轉(zhuǎn)距脈動,bldc低速特性不好。沒有所謂現(xiàn)代控制方法,只能說目前研究到什么地步了,比如說他的無位置傳感器算法。bldc目前相對屬于落后一點的控制算法,舊產(chǎn)品會用到,或者是超高速電機會用到(一個基波周期的開關次數(shù)極少),普通應用還是pmsm的矢量控制研究較多。下面說pmsm。 對于pmsm,普通矢量控制已經(jīng)成熟,有幾個控制上的研究方向:無位置傳感器(反電動勢觀測,包含模型參考自適應,滑模,卡爾慢等,以及適于低速的高頻注入法),mtpa最大轉(zhuǎn)距電流比控制(銅耗最優(yōu),希望不需要電機參數(shù)就能實現(xiàn)的通用化算法,但目前只有基于擾動或基于參數(shù)),弱磁控制,在線參數(shù)辯識,離線參數(shù)辯識,控制器參數(shù)自整定,在線溫度辯識,直接轉(zhuǎn)距控制(dtc),各種伺服的控制器帶寬優(yōu)化的控制器,詳細說太多。目前的發(fā)展趨勢是:高性能化,通用化,智能化,自適應化發(fā)展。