無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。 無刷電機是指無電刷和換向器（或集電環(huán)）的電機，又稱無換向器電機。早在十九紀(jì)誕生電機的時候，產(chǎn)生的實用性電機就是無刷形式，即交流鼠籠式異步電動機，這種電動機得到了廣泛的應(yīng)用。但是，異步電動機有許多無法克服的缺陷，以致電機技術(shù)發(fā)展緩慢。上世紀(jì)中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無刷電機就應(yīng)運而生了。這種新型無刷電機稱為電子換向式直流電機，它克服了第一代無刷電機的缺陷。

　　無刷直流電機由電動機主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。 電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體 ，為了檢測電動機轉(zhuǎn)子的極性，在電動機內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機的啟動、停止、制動信號，以控制電動機的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯示等等。

　　直流電機具有響應(yīng)快速、較大的起動轉(zhuǎn)矩、從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，但直流電機的優(yōu)點也正是它的缺點，因為直流電機要產(chǎn)生額定負(fù)載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能，則電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場須恒維持90°，這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會造成組件損壞之外，使用場合也受到限制。交流電機沒有碳刷及整流子，免維護(hù)、堅固、應(yīng)用廣，但特性上若要達(dá)到相當(dāng)于直流電機的性能須用復(fù)雜控制技術(shù)才能達(dá)到。現(xiàn)今半導(dǎo)體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多，提升驅(qū)動電機的性能。微處理機速度亦越來越快，可實現(xiàn)將交流電機控制置于一旋轉(zhuǎn)的兩軸直角坐標(biāo)系統(tǒng)中，適當(dāng)控制交流電機在兩軸電流分量，達(dá)到類似直流電機控制并有與直流電機相當(dāng)?shù)男阅堋?/p>

　　此外已有很多微處理機將控制電機必需的功能做在芯片中，而且體積越來越小；像模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（analog-to-digital converter，adc）、脈沖寬度調(diào)制（pulse wide modulator，pwm）…等。直流無刷電機即是以電子方式控制交流電機換相，得到類似直流電機特性又沒有直流電機機構(gòu)上缺失的一種應(yīng)用。

　　無刷直流電機的特點特性

　　1、可替代直流電機調(diào)速、變頻器+變頻電機調(diào)速、異步電機+減速機調(diào)速；

　　2、具有傳統(tǒng)直流電機的優(yōu)點，同時又取消了碳刷、滑環(huán)結(jié)構(gòu)；

　　3、可以低速大功率運行，可以省去減速機直接驅(qū)動大的負(fù)載；

　　4、體積小、重量輕、出力大；

　　5、轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)異，中、低速轉(zhuǎn)矩性能好，啟動轉(zhuǎn)矩大，啟動電流小；

　　6、無級調(diào)速，調(diào)速范圍廣，過載能力強；

　　7、軟啟軟停、制動特性好，可省去原有的機械制動或電磁制動裝置；

　　8、效率高，電機本身沒有勵磁損耗和碳刷損耗，消除了多級減速耗，綜合節(jié)電率可達(dá)20%~60%。

　　9、可靠性高，穩(wěn)定性好，適應(yīng)性強，維修與保養(yǎng)簡單；

　　10、耐顛簸震動，噪音低，震動小，運轉(zhuǎn)平滑，壽命長；

　　11、不產(chǎn)生火花，特別適合爆炸性場所，有防爆型；

　　12、根據(jù)需要可選梯形波磁場電機和正弦波磁場電機。

　　無刷直流電機的選用

　　為實際應(yīng)用選擇合適的電機是至關(guān)重要的。根據(jù)電機的負(fù)載特性，需要確定合適的電機參數(shù)。其主要參數(shù)有以下幾點：

　?。?）應(yīng)用是的最大扭矩要求；

　?。?）平方根（RMS）扭矩需求；

　?。?）轉(zhuǎn)速要求。

　　1、最大扭矩

　　最大的扭矩可以通過將負(fù)載扭矩、轉(zhuǎn)動慣量和摩擦力相加得到。另外，還有一些額外的因素影響最大需求扭矩如：氣隙空氣的阻力等，這就需要至少20%的扭矩余量，綜上所述，有以下等式：

　　TP = （TL TJ TF） * 1.2

　　TJ為電機啟動或加速過程需要克服的轉(zhuǎn)動力矩，其主要包括電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動力矩和負(fù)載的轉(zhuǎn)動力矩，其表示為：

　　TJ = JL M * α

　　上式中α為加速度，JL M為定子和負(fù)載的轉(zhuǎn)動力矩。 電機的機械軸決定電機的負(fù)載力矩和摩擦力。

　　2、平方根扭矩

　　可以近似的認(rèn)為平方根扭矩為實際應(yīng)用中需要的持續(xù)輸出扭矩。它由很多因素決定：最大扭矩、負(fù)載扭矩、轉(zhuǎn)動慣量、加速、減速以及運行時間。下面的等式表示了平方根扭矩的計算，其中TA為加速時間、TD為減速時間和TR為運行時間。

　　TRMS = √ ［{TP2 TA （TL TF）2TR （TJ – TL – TF）2 TD}/（TA TR TD）］

　　3、轉(zhuǎn)速

　　這是有應(yīng)用需求的轉(zhuǎn)速。比如，吹風(fēng)機的轉(zhuǎn)速需求是，最高轉(zhuǎn)速和平均轉(zhuǎn)速相差不大，顯然在一些點對點定位系統(tǒng)如傳送帶和機械臂系統(tǒng)中就需要大轉(zhuǎn)速范圍的電機，可以根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速梯形曲線（）確定電機的轉(zhuǎn)速需求。通常，由于其他因素，在計算電機轉(zhuǎn)速需求的時候需要留有10%余量。

　　無刷直流電機的應(yīng)用

　　BLDC的應(yīng)用十分廣泛，如汽車、工具、工業(yè)工控、自動化以及航空航天等等?？偟膩碚f，BLDC可以分為以下三種主要用途：

　?。?）持續(xù)負(fù)載應(yīng)用

　?。?）可變負(fù)載應(yīng)用

　?。?）定位應(yīng)用

　　1、持續(xù)負(fù)載應(yīng)用

　　這種應(yīng)用主要用于那些需要一定轉(zhuǎn)速但是對轉(zhuǎn)速精度要求不高的領(lǐng)域，比如風(fēng)扇、抽水機、吹風(fēng)氣等一類的應(yīng)用。通常這類應(yīng)用成本比較低且多是開環(huán)控制。

　　2、可變負(fù)載應(yīng)用

　　這類主要指的是電機轉(zhuǎn)速需要在某個范圍內(nèi)變化的應(yīng)用，在這類應(yīng)用中主要對電機的高轉(zhuǎn)速特性和動態(tài)響應(yīng)特性有更高的要求。家用器具中的洗衣機、甩干機和壓縮機就是很好的例子。在汽車工業(yè)領(lǐng)域，油泵控制、電控制器、發(fā)動機控制和電子工具等也是很好的例子。在航空領(lǐng)域也有很多的應(yīng)用，比如離心機、泵、機械臂、陀螺儀等等。這個領(lǐng)域中多使用電機反饋器件組成半開環(huán)和閉環(huán)進(jìn)行控制。這就需要復(fù)雜的控制算法，增加了控制器的復(fù)雜程度也增加了系統(tǒng)成本。

　　3、定位應(yīng)用

　　大多數(shù)的工業(yè)控制和自動控制方面的應(yīng)用屬于這個類別。在這些應(yīng)用中往往會完成能量的輸送，如齒輪或者傳送帶，因此系統(tǒng)對電機的轉(zhuǎn)速的動態(tài)響應(yīng)和轉(zhuǎn)矩有特別的要求，同時這些應(yīng)用也可能需要隨時的改變電機的轉(zhuǎn)向，電機可能工作在勻速，加速，減少階段，而且有可能在這些階段中負(fù)載也在變化，所以這對控制器提出了更高的要求，通常這種控制使用閉環(huán)控制，甚至?xí)信ぞ丨h(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)三個控制環(huán)。測速時可能會用上光電編碼器和一些同步設(shè)備。有時候這些傳感器會被用于測量相對位置，也有時候用于測量絕對位置。過程控制、機械控制和運輸控制很多都屬于這類應(yīng)用。
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