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永磁同步無刷直流電動機驅動器

永磁同步無刷直流電動機驅動器

永磁直流同步電動機與我們在教科書中了解的有刷電動機結構不同。 它使用線圈繞組作為定子,並使用永磁體作為轉子。 永磁體主要由釹鐵硼磁性材料製成,並且由於其包含稀土,因此成本非常高。 幸運的是,中國風格是世界上稀土含量很高的國家,因此大力發展電動汽車不會危害國家安全。 釹磁可能是許多播放音頻的朋友所熟悉的。 如果揚聲器是由釹製成的,其磁性能將非常高,這意味著小音量可以發出響亮的聲音並需要高功率。 可推動的低音可能會令人震驚。 因此,在電動機中使用釹磁鐵作為永磁體也將大大增加電動機的功率密度,減小體積和重量。

永磁直流同步電動機的定子由三相繞組組成。 因此,轉子不通電,並且電流由定子接通。 需要旋轉磁場以使電動機旋轉。 由於轉子已經是永磁體並且其磁強是固定的,所以旋轉磁場只能由定子繞組產生。

永磁同步無刷直流電動機驅動器

永磁直流同步電動機的性能優勢

由於用於車輛的電池組輸出高壓直流電,因此與交流異步電動機相比,永磁直流同步電動機不需要大功率逆變器即可將直流電轉換為正弦交流電。 畢竟,這種轉換過程是造成一定程度的電能損失的原因。 因此,在這方面,永磁直流同步電動機提高了電池的使用效率。

轉子採用永磁體結構,因此轉子本身俱有磁場,並且不需要像交流異步電動機那樣通過額外的感應電流產生磁場。 也就是說,轉子不需要電來產生磁性,因此能量消耗低於交流異步電動機的能量消耗。

在使用稀土作為高磁性材料之後,轉子的重量減輕了,電動機的功率密度也得到了提高。 因此,在相同功率的情況下,永磁直流同步電動機重量更輕,尺寸更小,轉子的響應速度更快。

永磁同步電動機可以將電動機整體地安裝在軸上,以形成整體的直接驅動系統,即,一個軸是驅動單元,而沒有一個齒輪箱。 永磁同步電動機的主要特點如下:
(1)PMSM本身俱有高功率效率和高功率因數;
(2)PMSM發熱量低,因此電機冷卻系統結構簡單,體積小,噪音低;
(3)系統採用全封閉結構,無傳動齒輪磨損,無傳動齒輪噪音,無潤滑,無需維護;
(4)PMSM允許的過載電流很大,並且可靠性得到顯著提高;
(5)整個傳動系統重量輕,未懸掛的重量比傳統的軸傳動輕,單位重量的動力大;
(6)由於沒有齒輪箱,因此可以自由設計轉向架系統:例如軟轉向架和單軸轉向架,可大大提高列車的動態性能。

在改變發電機的勵磁電流時,通常不直接在其轉子電路中進行,因為電路中的電流很大並且直接調節不方便。 常用的方法是改變勵磁機的勵磁電流,以實現發電機的調節。 轉子電流的目的。 常見的方法包括改變勵磁機勵磁電路的電阻,改變勵磁機的附加勵磁電流,改變晶閘管的導通角等。

永磁同步無刷直流電動機驅動器

直流無刷電動機和永磁同步電動機之間有什麼關係?
在無刷直流電動機中,轉子磁極通常由瓦型電磁鋼製成。 通過磁路設計,可以獲得梯形波的氣隙磁密度。 定子繞組大多集中並集成在一起,因此感應的反電動勢是梯形的。 無刷直流電動機的控制需要位置信息反饋。 它必須具有位置傳感器或無位置傳感器估計技術才能形成自控速度控制系統。 在控制時,相電流也盡可能地控制為方波,並且可以根據有刷直流電動機PWM方法來控制逆變器的輸出電壓。 從本質上講,無刷直流電動機也是永磁同步電動機,其調速實際上屬於可變電壓變頻調速的範疇。

一般而言,永磁同步電動機具有定子三相分佈的繞組和永磁轉子,並且感應電動勢波形在磁路結構和繞組分佈中為正弦波,並且施加的定子電壓和電流也應為正弦波,一般依靠交流電壓變換。 逆變器提供。 永磁同步電動機控制系統通常採用自控型,還需要位置反饋信息。 它可以採用矢量控制(磁場方向控制)或直接轉矩控制的高級控制策略。


兩者之間的差異可以認為是由方波和正弦波控制引起的設計概念。

直流無刷電動機的原理與帶碳刷的直流電動機的原理相同。 DC可以將方波視為具有不同方向(不疊加)的兩個直流電的組合,一個將為正,一個將為負,只有這樣,電流才能使電樞繼續旋轉。 實際上,如果有刷直流電動機中的電樞電流與此電流相同

相關特徵
1,電壓調節
勵磁系統的自動調節可以看作是負反饋控制系統,其電壓為要調節的量。 無功負載電流是發電機端子電壓下降的主要原因。 當勵磁電流恆定時,發電機的端電壓將隨著無功電流的增加而減小。 但是,為了滿足用戶對電能質量的要求,發電機的端電壓應保持基本不變。 達到這一要求的方法是隨著無功電流的變化來調節發電機的勵磁電流。
2。 調整無功功率:
當發電機和系統並聯運行時,可以認為它與無限大容量電源的母線一起運行。 發電機的勵磁電流必須改變,感應電勢和定子電流也必須改變。 此時,發電機的無功電流也發生變化。 當發電機與無限容量系統並聯運行時,為了更改發電機的無功功率,必須調整髮電機的勵磁電流。 此時改變的發電機勵磁電流不是所謂的“調節”,而僅僅是改變發送到系統的無功功率。

3。 無功負荷分佈:
並聯運行的發電機根據其各自的額定容量按比例分配無功電流。 大容量發電機應承擔更多的無功負荷,而較小的發電機則應提供較少的無功負荷。 為了實現無功負載的自動分配,可以使用自動高壓調節的勵磁電流來改變發電機的勵磁電流,以保持端電壓恆定,並且發電機電壓調節特性的斜率可以是調整以實現發電機的並聯運行。 無功負荷的合理分配。

永磁同步無刷直流電動機驅動器

永磁同步電動機與無刷直流電動機的區別
通常,在設計無刷直流電動機時,氣隙磁場為方波(梯形波),並且平坦的頂部盡可能平坦。 因此,在極對數選擇中,通常選擇整數槽集中繞組,例如4極12槽,並且電磁鋼通常是同心扇形環,其被徑向磁化。 它通常配備一個霍爾傳感器來檢測位置和速度。 對於位置要求不是很高的場合,通常採用六步方波驅動。

永磁體同步是一個正弦氣隙,正弦曲線越好,因此在極對數上選擇分數槽繞組,例如4極15槽,10極12槽等。電磁鋼通常是麵包形的,平行磁化,並且傳感器通常配置增量編碼器,旋轉變壓器,絕對編碼器等。Drive i模式通常由正弦波驅動,例如FOC算法。 用於伺服應用。

您可以區分內部結構,傳感器,驅動程序和應用程序。 這種類型的電動機也可以互換使用,但是會降低性能。 對於大多數氣隙波形,兩者之間有一台永磁電動機,主要取決於驅動模式。 。
永磁無刷直流電動機的速度可以改變。 永磁同步電動機需要特殊的驅動器來變速,例如三晶S3000B伺服驅動器。

根據工農業生產機械的不同要求,電動機驅動器分為定速驅動器,調速驅動器和精密控制驅動器三種。


1,定速驅動器
工業和農業生產中有大量的生產機械,它們需要以大致恆定的速度在單個方向上連續運行,例如風扇,泵,壓縮機和通用機床。 過去,大多數此類電機都是由三相或單相異步電動機驅動的。 異步電動機成本低,結構簡單並且易於維護,並且非常適合於驅動此類機器。 然而,異步電動機效率低,功率因數低且損耗大,並且這種電動機具有大的表面積,因此在使用中浪費了大量電能。 其次,工業和農業中使用的大量風扇和泵通常需要調節流量,通常是通過調節風門和閥門來進行,這會浪費大量電能。 自1970以來,人們使用變頻器來調節風扇和泵中異步電動機的速度以調節其流量,從而實現了可觀的節能效果。 然而,逆變器的成本限制了其使用,並且異步電動機本身的低效率仍然存在。

例如,家用空調壓縮機最初使用單相異步電動機,並且通過開關來控制其運行,並且噪聲和高溫變化範圍不足。 在早期的1990中,日本東芝公司首先在壓縮機控制中採用了異步電動機的變頻調速。 變頻調速的優勢促進了變頻空調的發展。 近年來,日本的日立,三洋和其他公司已開始使用永磁無刷電動機代替異步電動機的頻率控制,從而顯著提高了效率,實現了更好的節能效果,並在相同的額定功率和額定轉速下進一步降低了噪音。 接下來,單相異步電動機的體積和重量為100%,永磁無刷直流電動機的體積為38.6%,重量為34.8%,銅的量為20.9%,鐵的量是36.5%。 超過10%,且速度便捷,價格相當於異步電動機的頻率控制。 永磁無刷直流電動機在空調中的應用促進了空調的升級。

2,速度控制驅動器
工作機器很多,需要任意設定和調整運行速度,但是對速度控制精度的要求不是很高。 這種驅動系統在包裝機械,食品機械,印刷機械,物料搬運機械,紡織機械和運輸車輛中具有大量應用。 在這種調速應用領域中最常用的是直流電動機調速系統。 隨著1970中電力電子技術和控制技術的發展,異步電動機的變頻調速迅速滲透到原始直流調速系統的應用領域。 。 這是因為,一方面,異步電動機變頻調速系統的性能價格可與直流調速系統的性能價格相比。 另一方面,與直流電動機相比,同功率電動機的異步電動機製造工藝簡單,效率高,銅少。 維修方便等優點。 因此,異步電動機變頻調速已在許多場合迅速取代了直流調速系統。

3,精密控制驅動器
1高精度伺服控制系統
伺服電機在工業自動化的運行控制中起著重要作用。 伺服電機的應用性能要求也不同。 在實際應用中,伺服電動機具有各種控制方法,例如轉矩控制/電流控制,速度控制,位置控制等。 伺服電機系統還具有經驗豐富的DC伺服系統,AC伺服系統,步進電機驅動系統,直到最近,最有吸引力的永磁電機AC伺服系統。 近年來,大多數進口的自動化設備,自動處理設備和機器人都採用了永磁同步電動機的交流伺服系統。

2信息技術中的永磁同步電動機
如今,信息技術得到了高度發展,各種計算機外圍設備和辦公自動化設備也得到了高度發展。 對具有關鍵部件的微型電動機的需求很高,對精度和性能的要求也越來越高。 對於這種微型電動機的要求是小型化,薄型化,高速,長壽命,高可靠性,低噪聲和低振動,並且對精度的要求特別高。

永磁同步無刷直流電動機驅動器

永磁同步電動機是通過永磁勵磁產生同步旋轉磁場的同步電動機。 永磁體用作轉子以產生旋轉磁場。 三相定子繞組在旋轉磁場的作用下經過電樞反應,以感應出三相對稱電流。
此時,轉子的動能被轉換成電能,並且永磁同步電動機被用作發電機。 另外,當定子側連接到三相對稱電流時,由於三相定子在空間位置上相差120,因此三相定子電流在空間中。 產生旋轉磁場,並且轉子的旋轉磁場受到電磁力的作用。 此時,電能被轉換成動能,並且永磁同步電動機被用作電動機。

工作方式:
1。 發電機獲取勵磁電流的幾種方法
1)直流發電機電源的勵磁方式
這種類型的勵磁發電機具有專用的直流發電機。 這種特殊的直流發電機稱為直流勵磁機。 激勵器通常與發電機同軸。 發電機的勵磁繞組穿過安裝在大軸上的滑環。 固定電刷從勵磁機接收直流電流。 這種勵磁方式具有勵磁電流獨立,運行可靠,自用電量減少的優點。 它是近幾十年來發電機的主要勵磁方式,具有成熟的運行經驗。 缺點是勵磁調節速度慢,維護工作量大,因此很少用於10MW以上的機組。

2)交流勵磁機電源的勵磁方式
一些現代的大容量發電機使用激勵器來提供激勵電流。 交流勵磁機也安裝在發電機的大軸上。 交流電流輸出經過整流並提供給發電機轉子進行勵磁。 此時,發電機的勵磁模式屬於勵磁模式,並且由於具有靜態整流裝置,因此也稱為交流勵磁機。對於靜態勵磁,交流二次勵磁機提供勵磁電流。 AC次級激勵器可以是永磁體測量裝置或具有自勵恆壓裝置的交流發電機。 為了提高勵磁調節速度,交流勵磁機通常使用100-200 Hz的中頻發生器,而交流輔助勵磁機使用400-500 Hz的中頻發生器。 發電機的直流勵磁繞組和三相交流繞組纏繞在定子槽中。 轉子只有齒和槽,沒有繞組,就像齒輪一樣。 因此,它沒有電刷和滑環等旋轉部件,並且運行可靠。 具有結構簡單,製造工藝方便等優點。 缺點是噪聲大,交流電勢的諧波分量也大。

3)激勵器的激勵模式
在勵磁模式下,不提供特殊的勵磁機,而是從發電機本身獲取勵磁功率,然後將其整流,然後再提供給發電機本身進行勵磁,這稱為自勵靜態勵磁。 自激靜態激勵可分為自激和自複激。 自勵模式通過連接到發電機出口的整流變壓器獲得勵磁電流,並將其提供給發電機進行整流後勵磁。 這種勵磁方式結構簡單,設備少,投資少,維修少。 除了整流和變換之外,自重勵磁模式還具有串聯連接到發電機定子電路的大功率電流互感器。 該變壓器的功能是在發生短路時為發電機提供大的勵磁電流,以補償整流變壓器輸出的不足。 這種勵磁方法具有兩種勵磁電源,一種是通過整流變壓器獲得的電壓源,另一種是通過串聯變壓器獲得的電流源。

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