TA的每日心情 | 奋斗 2014-12-27 23:40 |
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永磁无刷直流电动机与同功率的其他种类电动机相比,体积小、重量轻,在质量、效率、价格等方面有明显的优势,其结构简单、性能可靠、适用范围宽,由于其驱动电流和永磁磁场为方波或者梯形波,因而在相同的峰值电压和峰值电流下产生的转矩更大。相对于感应式异步电动机的缺点,永磁无刷直流电动机更适合作为轧钢辊道的驱动电动机。需要指出的是,也可以推广双凸极电动机作为轧钢辊道的驱动电机。由文献可知,当外形尺寸基本相同时,DSPM 电机的力矩/电流比和力矩/惯量比均高于感应电机。双凸极永磁电机结合了开关磁阻电机与永磁电机的优点,克服了诸如制造成本高、材料利用率低以及控制复杂等缺陷,能展现出很好的运行性能;用外转子电机驱动时,可以实现对轧钢辊道的直接驱动,且可以引入控制系统对电机速度进行直接控制,提高了电机的驱动效率和性价比,适合作为轧钢辊道的驱动用电机。总的说来,双凸极电很多性能可以和无刷直流电机媲美,但其转矩脉动相对于无刷直流电机来说有些过大。
1.2 无刷直流电机的发展
1831 年,法拉第发现了电磁感应现象,奠定了现代电机的基础理论。从 19 世纪 40年代研制成功第一台直流电机,经过大约 17 年的时间,直流电机技术才趋于成熟。随着应用领域的扩大,对直流电机的要求也就越来越高,有接触的机械换向装置限制了有刷直流电机在许多场合中的应用。为了取代有刷直流电机的电刷-换向器结构的机械接触装置,人们曾对此作过长期的探索。1915 年,美国人 Langnall 发明了带控制栅极的汞弧整流器,制成了由直流电变交电的逆变装置。20 世纪 30 年代,有人提出用离子装置实现电机的定子绕组按转子位置换接的所谓换向器电机,但此种电机由于可靠性差、效率低、整个装置笨重又复杂而无实用价值。
1955年,美国人Harrison首次提出了用晶体管换相线路代替电机电刷接触的思想,这就是无刷直流电机的雏形。它由功率放大部分、信号检测部分、磁极体和晶体管开关电路等组成,其工作原理是当转子旋转时,在信号绕组中感应出周期性的信号电动势,此信号电动势分别使晶体管轮流导通实现换相。问题在于,这种无刷直流电机没有起动转矩。为了克服这些弊病,人们采用了离心装置的换向器,或采用在定子上放置辅助磁钢的方法来保证电机可靠地起动。但前者结构复杂,而后者需要附加起动脉冲。其后,经过反复的试验和不断的实践,人们终于找到了用位置传感器和电子换相线路来代替有刷直流电机的换向装置,从而为直流电机的发展开辟了新的途径。20世纪60年代初期,接近开关式位置传感器、电磁谐振式位置传感器和高频耦合式位置传感器相继问世,之后又出现了磁电耦合式和光电式位置传感器。半导体技术的飞速发展,使人们对1879年美国人霍尔发现的霍尔效应再次发生兴趣,经过多年的努力,终于在1962年试制成功了借助霍尔元件来实现换相的无刷直流电机。在20世纪70年代初期,又试制成功了借助比霍尔元件的灵敏度高千倍左右的磁敏二极管实现换相的无刷直流电机。在试制各种类型的位置传感器的同时,人们试图寻求一种没有附加位置传感器结构的无刷直流电机 。 1968年 ,德 国 W•mieslinger提出采用电容移相实现换相的新方法。在此基础上,德国人r•hanitsch试制成功借助数字式环形分配器和过零鉴别器的组合来实现换相的无位置传感器无刷直流电机。严格说来,只有具有直流电机外特性的电机才能称为无刷直流电机。图1-2为带霍尔元件的无刷直流电动机原理图。
无刷直流电机真正进入实用阶段应从1978年开始,当时原西德Mannesmann公司的Indramat分部在汉诺威贸易博览会上,正式推出MAC经典无刷直流电机及其驱动器。上世纪80年代在国际上开展了深入的研究,先后研制成方波无刷电机和正弦波无刷直流电机,在10多年的时间里,无刷直流电机在国际上已得到较为充分的发展,在一些较为发达的国家里,无刷直流电机将在未来的几年中成为主导电机,并逐步取代其它类型的电机。进入上世纪90年代,随着永磁材料的出现和完善,特别是钕铁硼的热稳定性和耐腐蚀性能的进一步发展和改进,加上电力电子器件的大容量、高性能化以及功率变换技术和传动控制技术的确立,以及用于控制的DSP、MPU、ASIC等电子设备的高速、低价格化,使得无刷直流电机系统控制技术使用了最新控制理论而取得了飞跃式发展,在扩大应用领域和提高性能等方面都取得了长足的进步。
我国无刷直流电机的研制工作始于上世纪70年代初期,主要集中在一些科研院所和高等院校。目前我国无刷直流电机综合水平仍低于国际水平,有待进一步研究和开发。
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