(一)無刷直流電動機選型
在下列情況下可選用無刷直流電動機：
(1)使用直流電源。
(2)要求有高可靠性、長壽命、少維護或甚至不能維護的場合。
(3)要求對周圍電子儀器設(shè)備有低電磁干擾或低噪聲的地方。
(4)高速工作的要求。
(5)在高真空、有害介質(zhì)、液體介質(zhì)中工作或在強沖擊和振動等惡劣環(huán)境條件下工作的情況。
(6)有防爆要求的場合。
(二)無刷直流電動機選型時考慮的問題
(1)成本與價格問題。目前國內(nèi)無刷直流電動機的價格較高，成為影響用戶選用的一個重要因素。實際上，就電動機部分來說，無刷電動機加上位置傳感器與有刷電動機相比不會引起成本明顯的增加。與有刷直流電動機類似，因為用途不同，性能高低差異很大，價格在同功率的情況下也可以相差
一個數(shù)量級或更大。目前也有低檔的無刷直流電動機，在較大批量生產(chǎn)時可以較低價格提供。價格問題主要是由于增加了電子換向控制器的成本。這樣，一般作動力源使用的電動機，與有刷電動機相比價格問題較為突出。對于高性能控制的系統(tǒng)應(yīng)用來說，價格的矛盾較小。因為此時即使用有刷電動
機，同樣需要一套電子驅(qū)動器。隨著適用于無刷電動機專用集成電路的出現(xiàn)和無刷電動機系統(tǒng)批量生產(chǎn)的形成，價格的矛盾會逐步解決。無刷電動機將會在民用工業(yè)和家用電器中得到更為廣泛的使用。
(2)電子電路放在電動機內(nèi)部還是放在外面的問題。無刷電動機本體部分是一個發(fā)熱體，若電子電路與之組裝在一些，會受到～定影響；電動機直接放到使用現(xiàn)場，有些惡劣的現(xiàn)場條件對電子電路穩(wěn)定工作不利；此外，若電機與電路為一體，對電路元件小型化有較高的要求，成本會增加。由于上
述原因，在大多數(shù)情況下，電動機與電路是分開的，兩者用多根長線連接。在大多數(shù)使用情況下，不會給使用帶來不便。只有在少數(shù)情況下，如儀器用風機、磁盤驅(qū)動器的主軸驅(qū)動等特殊結(jié)構(gòu)的小功率無刷直流電動機是將電動機與電路一體化。
(3)轉(zhuǎn)矩波動與電流波動問題及其對策。常規(guī)結(jié)構(gòu)的無刷直流電動機由于狀態(tài)數(shù)少，氣隙磁場分布不理想，繞組存在電感，各相繞組充放電回路參數(shù)不一致等原因，在電機單轉(zhuǎn)范圍內(nèi)電流有波動，總轉(zhuǎn)矩也有較明顯的波動。圖2—5-13給出了單極性三相無刷直流電動機的電流波動和轉(zhuǎn)矩波動情
況，其氣隙磁場分布為正弦形。圖中以虛線表示忽略相繞組電感的情況，實線表示有較大電感時的情況。
轉(zhuǎn)矩波動程度在不同繞組連接方式下有較大差別而且與轉(zhuǎn)速大小有關(guān)。圖2 5 14表示了幾種繞組型式在單轉(zhuǎn)周期內(nèi)****轉(zhuǎn)矩／最小轉(zhuǎn)矩之比和轉(zhuǎn)速的關(guān)系。它是在忽略繞組電感，氣隙磁場是正弦分布的假設(shè)下理論分析的結(jié)果。從圖中不難看出，無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩波動相當嚴重。在這些繞組型
式中以雙極性三相繞組工作方式的轉(zhuǎn)矩波動較小。在低速區(qū)和高速區(qū)轉(zhuǎn)矩波動較大·在n／n0=o．5附近波動較小，這里n0為理想空載轉(zhuǎn)速。
無刷直流電動機電流波動會引起供電電源電壓的渡動，對同一電源的用電設(shè)備產(chǎn)生不良影響。故常要求使用的直流電源有足夠的容量和盡可能小的內(nèi)阻，或串接附加電感和電容器的去耦平滑網(wǎng)絡(luò)，或必要時采用穩(wěn)壓措施。
轉(zhuǎn)矩波動主要反映到轉(zhuǎn)速波動上來，這對于音響和影像設(shè)備是至關(guān)重要的同題。在轉(zhuǎn)速較高時，適當增加負載的轉(zhuǎn)動慣量．產(chǎn)生飛輪效應(yīng)可以使轉(zhuǎn)速波動減小，這對于恒速系統(tǒng)是有效的。由于轉(zhuǎn)矩波動的存在，無刷直流電動機在低速時平穩(wěn)性較差，因此一般設(shè)計的無刷直流電動機調(diào)速范圍較窄，
如1：10以內(nèi)。對于要求有寬調(diào)速范圍或?qū)D(zhuǎn)速波動有嚴格限制的情況，宜采用專門設(shè)計的無刷直流伺服電動機和更精密的閉環(huán)控制。
(4)安全啟動問題。無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩不均勻性表現(xiàn)在啟動狀態(tài)時，當轉(zhuǎn)子處于不同圓周位置有不同的啟動轉(zhuǎn)矩。當電動機帶負載啟動時，可能在某些位置啟動不了。對于下列幾種繞組連接式，在啟動時，可能出現(xiàn)的最小轉(zhuǎn)矩和****力矩之比為：
單極性三相繞組（三狀態(tài))：0．5；
單極性四相繞組(四狀態(tài))：0．707：
雙極性三相繞組(六狀態(tài))：0．866。
所以在選擇無刷電動機時，不但要注意啟動力矩的平均值，更要注意可能的最小值。
(三)使用注意事項
(1)用戶應(yīng)閱讀所用的無刷直流電動機及其驅(qū)動電路的有關(guān)說明，按要求進行接線。主電源極性不可反接，控制信號電平應(yīng)符合要求。除非用戶熟悉其控制技術(shù)，一般建議采用電動機生產(chǎn)廠配套的換向電路和控制電路。
(2)改變電動機轉(zhuǎn)向應(yīng)同時改變主繞組相序和位置傳感器引線相序。
(3)出廠時，轉(zhuǎn)子位置傳感器的位置已調(diào)好，用戶非必要時不要調(diào)整。電動機若需進行維修裝卸，應(yīng)注意電動機定子鐵心與位置傳感器之間的幾何位置，裝卸前后應(yīng)能保證相對關(guān)系不變。修理后，主電路接某一較低電壓，監(jiān)視總電流，微調(diào)位置傳感器的位置，使該電流調(diào)到盡可能小。
(4)若電動機轉(zhuǎn)子采用的是鋁鎳鈷永磁材料，修理時不宜將轉(zhuǎn)子從定子鐵心內(nèi)孔中抽出，否則會引起不可恢復(fù)的失磁。
(5)對于高速無刷直流電動機，應(yīng)按說明書的要求定時給軸承加規(guī)定的潤滑油脂或定時更換同規(guī)格的軸承。
(四)無刷直流電動機應(yīng)用
現(xiàn)在，由于市場需求的增長，面向3A(工業(yè)自動化、辦公自動化、家庭自動化)，永磁無刷直流電動機的功率覆蓋范圍早已突破微電機功率界限，從瓦級到數(shù)十千瓦．主要應(yīng)用領(lǐng)域包括：
1在計算機外圍設(shè)備、辦公自動化設(shè)備、數(shù)碼電子消費品中的應(yīng)用
從數(shù)量上說，這是無刷直流電動機應(yīng)用最多的領(lǐng)域，其地位已不可取代。例如：數(shù)字打印機，軟盤驅(qū)動器，硬盤驅(qū)動器，cD R()M和DvDROM等光盤驅(qū)動器，傳真機，復(fù)印機，磁帶記錄儀，電影攝影機，高保真錄音機和電唱機等，它們主軸和附屬運動的控制等都需要用到無刷直流電動機。無刷直流風機也在計算機外設(shè)、辦公自動化設(shè)備以及其他自動化儀器設(shè)備中獲得廣泛應(yīng)用大量擠占了原來交流異步風機的市場。目前，在IT領(lǐng)域，例如軟盤、硬盤和光盤驅(qū)動器、DvD和cD主軸驅(qū)動器使用的無刷直流電動機由于市場競爭，大規(guī)模生產(chǎn)，價格已經(jīng)大大降低了。
2在工業(yè)驅(qū)動和伺服控制中的應(yīng)用
同步型永磁交流伺服電動機的伺服控制器部分，除開關(guān)管脈寬調(diào)制(PwM)功率電路外，還包括有專用集成電路或者微處理器對電動機速度、電流環(huán)進行控制、進行各種失常情況的保護和故障自診斷。這種新型電動機的典型應(yīng)用如火炮、雷達等軍事裝備控制，數(shù)控機床、組合機床的伺服控制，機器人關(guān)節(jié)伺服控制等。
20世紀90年代以來，在高精度的機床數(shù)控設(shè)備進給伺服控制中相當多地采用了同步型永磁交流伺服電機，取代寬調(diào)速的直流伺服電動機的勢頭強勁。近年來·在新一代數(shù)控機床的進給伺服控制中采用永磁交流直線伺服電動機，采用同步永磁交流伺服電機代替變頻異步電機作為機床的主軸直接驅(qū)動以提高數(shù)控機床快速性和加工效率，也已成為新的研究和應(yīng)用熱點。在軍用和工業(yè)用機器人和機械手的驅(qū)動中，無刷直流電動機的應(yīng)用相當廣泛。目前全世界機器人的擁有量已經(jīng)超過100萬臺，且每年以大于20％的速度增長，這已經(jīng)成為無刷直流電動機的主要應(yīng)用領(lǐng)域之 。大功率無刷直流電動
機(一般采用晶閘管作為功率器件，習慣上稱為元換向器電動機)在低速、環(huán)境惡劣和有一定調(diào)速性能要求的場合有著廣泛的應(yīng)用前景，如鋼廠的軋機、水泥窯傳動、抽水蓄能等。
近年出現(xiàn)的****一代電梯無齒輪曳引機，是以同步永磁交流伺服電動機為動力，磁場定向矢量控制和快速電流跟蹤控制的電梯驅(qū)動裝置，它和有齒輪傳動的直流曳引機、異步電動機變頻驅(qū)動的交流曳引機相比有更優(yōu)異控制勝能，高效率，低噪聲，小體積，輕質(zhì)量，迅速被國際知名電梯公司董視，
紛紛開發(fā)出自己的無齒輪曳引機電梯，并將其推向高端市場。
此外，同步永磁交流伺服電機在紡織機械、印刷機械、包裝機械、冶金機械、郵政機械、自動化流水生產(chǎn)線等各種專用設(shè)備有廣泛的應(yīng)用。
3在汽車產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用
據(jù)美國市場調(diào)查分析，在每輛豪華轎車中，需永磁電機59只，一般轎車中也需20～30只。另一方面汽車節(jié)能日漸受到重視，現(xiàn)代汽車要求使用的電機改善性能和提高效率，要扁平盤式結(jié)構(gòu)，以減小空間，提高出力，消除火花干擾，降低噪音，延長壽命，便于集中控制，這正是無刷電機的特長。預(yù)計，汽車用的有刷電機將不斷被永磁無刷電機所替代。
在電動汽車、電動摩托車、電動自行車等交流工具中，無刷直流電動機作為主動力驅(qū)動電動機，以環(huán)保為目的的電動汽車中，其牽引驅(qū)動電機以永磁無刷直流電動機最有發(fā)展前途。
4在醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域的應(yīng)用
例如，高速離心機，牙科和手術(shù)用高速器具，紅外激光調(diào)制器用熱像儀，測溫儀器等。國外已有用于制作人工心臟驅(qū)動的小型血泵，植入人體內(nèi)。
5在家用電器中的應(yīng)用
目前，以變頻空調(diào)器、變頻冰箱、變頻洗衣機為代表的變頻家用電器步進入我國消費市場。而且變頻家用電器正在由“交流變頻”向俗稱的“直流變頻”轉(zhuǎn)變，已是明顯的發(fā)展趨勢。這種轉(zhuǎn)變實際上就是變頻家電用變頻空調(diào)壓縮機、變頻冰箱壓縮機、空調(diào)用室內(nèi)外風機、空氣清新?lián)Q氣扇、變頻洗
衣機所用的電動機，過去是單相異步電動機或VVVF變頻器供電的異步電動機，現(xiàn)已被永磁無刷直流電動機及其控制器所取代。這種由“交流變頻，，向“直流變頻”的轉(zhuǎn)變使變頻家用電器在節(jié)能高效、低噪音、舒適洼、智能化等方面都有新的提高。1998年至今我國變頻空調(diào)發(fā)展迅速，開始了直流化進程。直流無刷電機在較大的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)可以獲得較高的效率，更適合家電的需要，日本變頻空調(diào)的全直流化早已批量生產(chǎn)。我國的變頻壓縮機廠家已開始采用無刷直流電動機來代替三相交流感應(yīng)電動機，并批量生產(chǎn)。以永磁無刷直流電動機驅(qū)動壓縮機和室內(nèi)外風機的所謂全直流化空調(diào)，更節(jié)能，更舒適。
此外，在特殊環(huán)境條件下，如潮濕、真空、有害物質(zhì)等場所，為提高系統(tǒng)的可靠性，采用無刷直流電動機。其中，軍用和航天領(lǐng)域是無刷直流電動機****得到應(yīng)用的領(lǐng)域。
|
