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无刷直流电机:如何通过 6 通道换向编码器实现最佳效率

作者:时间:2016-10-16来源:网络收藏

在现今需要高强度伺服电机应用的电脑数值控制工具(数控机床)、电梯以及中到大型工业自动化设备中,对于电源、转矩、轴向振动和抗噪声能力的要求已经成为控制系统和的主要设计考量。因此,永磁同步电动机(PMSM,Permanent Magnet Synchronous Motors),特别是(BLDC,Brushless DC motors)的制造商,无不持续寻找可以通过更高速度提供更佳精确度的解决方案,并且可以稳健地在环境中运行。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201610/308235.htm

为了满足这一需求,对6通道换向进行了改进,使之达到250kHz的频率响应、更灵活的极对数,并采用可处理轴向振动问题的特殊锥形轴设计,以及带来屏蔽接地以支持苛刻工作条件要求的额外电子电路。
介绍
由两个主要部分组成,分别为转子和定子。其中,转子为永磁式磁铁,定子则由以120°电子角分离,缠绕在软金属的电枢绕组构成。系统的驱动电路提供流经定子绕组的相位电流,这个动作产生了可以推动转子的不同相位磁场,在本篇文章的讨论中将把这些相位分别命名为U、V和W。典型的闭环反馈系统如图1所示。
图1 BLDC无刷直流电机闭环反馈系统的基本框图

增加转子中的极对数可以提高电动机的极对数,极对数的增加可以通过选择正确的磁性材料或加大转子的直径达成。

对于直接驱动转矩电动机,转矩速度比必须平坦,要维持稳定的转矩,也就是把转子的纹波保持在最低,转子中的极对数必须够高,因此,在实际应用中通常使用8、10、20甚至高达30个极对数,这也逐渐成为这类型电动机应用的常见配置。

无刷直流电机的应用要求
无刷直流电机在工业界中广泛使用,高强度工业应用,如研磨、搪磨和铣削过程的数值机床,就需要最小纹波的稳定转矩;然而在中大型工业应用中,如金属和木材加工机械,转矩控制和负载刚度就成为关键的考量。另一方面,对于电梯用的牵引电动机,稳定的转矩/速度比则是主要的考虑因素。

如果需要更高的转距和,或更稳定平稳的驱动,也就是降低转矩纹波,无刷直流电机的极对数就必须随着转矩一同提高。通常,高转矩电动机搭配强大的稀土磁体,像钕铁硼(Nd-Fe-B),电动机直径较大,可以加入较多极对数以及相对短许多的极对长度。作为示例,1m直径和6英寸长的极对就经常应用在电梯驱动系统中。

对于高强度应用以及中到大型工业自动化设备,电动机转距就成为考量的关键因素,通常,用来改善功率因数、和电动机转矩大小的方法是提高转子的极对数和定子的绕组。
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