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新型永磁无刷直流电动机

时间: 2011-07-22 20:27 来源: 作者: 点击:
众所周知,直流具有最优越的调速性能,主要表现在调速方便(可无级调速),调速范围宽,低速性能好(启动转矩大,启动电流小),运行平稳,噪音低,效率高,应用场合从工业到民用(如家电、汽车等)场合极其广泛。但是由于无刷直流<>功率因数高,又无转子损耗所以效率很高,转子转速严格与电源频率保持同步,转子磁场用永久磁铁产生。磁铁现在多采用稀土永磁材料,我国稀土材料的贮量占世界贮量的70%左右,发展永磁式 '>无刷直流电动机正是我们应该充分发挥的资源优势,目前这种电机广泛应用于的进给驱动,机器人的伺服驱动以及新一代家用电器的变速驱动中,由于变频调速方法具有高效率、宽范围和高精度的调速性能,因此应用前景十分看好。

永磁无刷直流电动机调速系统中的驱动器一般采用电压源型脉宽调制(PWM)交-直-交变频器。变频器性能的优劣,一要看其输出交流电压的谐波对电机的影响:谐波造成电机发热,能耗增加,引起电磁和机械噪声。二要看对电网的谐波污染和输入功率因数。这两方面,对于在量大面广的家用电器中的应用尤为重要,它直接关系到能量的节省、噪音对环境的影响和对电网的污染。由高开关频率自关断器件组成的PWM交-直-交变频器再加上合理的控制可以达到较高的性能。

就系统的控制器而言,因运动控制系统是快速系统,特别是交流电机高性能的控制需要实时快速处理多种信号,为进一步提高控制系统的综合性能,近几年国外一些大公司纷纷推出较MCU性能更加优越的DSP(数字信号处理器)单片电机控制器,如ADI的ADMC3xx系列,TI的TMS320C24系列及Motorola的DSP56F8xx系列。都是由一个以DSP为基础的内核,配以电机控制所需的外围功能电路,集成在单一芯片内,使价格大大降低,体积缩小,结构紧凑,使用便捷,可靠性提高。现DSP的最大速度可达20~40MIPS以上,指令执行时间或完成一次动作的时间快达几十纳秒,它和普通的MCU相比,运算及处理能力增强10~50倍,确保系统有更优越的控制性能。

综上,永磁无刷直流电机配以高性能高速实时数字控制器构成的调速装置,系统控制相对简单,成本低,高效节能,转速平稳,噪音低,是节能型绿色环保产品,特别适合在家用电器产品中应用。也可推广到其它工业应用,如机床、机器人和电梯驱动等等。

我国是世界上家电产品生产及销售市场最大的国家之一,同时我国的家电产品在近20年得到了突飞猛进的发展,有的企业的产品已成为国际知名品牌。1998年至今变频空调发展迅速,由交流感应电机变频开始向直流无刷电机发展。2000年我国的空调销量为1100万台,其中变频空调的销量近100万台。我国空调的直流化进程迅速,通过国内及国外市场的预测,我国将在3~5年的时间内,采用永磁500万台,直流无刷电机在较大的转速范围内可以获得较高的效率,更适合家电的需要,日本的变频空调的全直流化早已批量生产,我国的变频压缩机厂家已开始采用直流无刷电机来代替三相交流感应电机,在今明两年内将出现永磁无刷直流电动机压缩机的空调。

2000年我国的电冰箱的销量为1100-1200万台,其中采用直流无刷电机冰箱的销量为10-15万台,该种冰箱的24小时耗电量(0~58度)比同型号的普通冰箱(0~70度)少15%。
2000年我国的洗衣机的销量为1100万台,该年下半年国内推出了采用直流无刷电机的洗衣机,该种洗衣机运行平稳,实现了平稳启动、加速和减速刹车,洗涤脱水无级变速,从羊绒到牛仔,不同衣物,不同速度,不同洗法。与普通洗衣机相比噪音降低10分贝,节省电能50%,节水20%。该类洗衣机在2001年的销量将大大提高。

除了以上家电产品外,永磁无刷直流电动机还可用于电动自行车、电动汽车、电梯、抽油烟机、豆浆机、小型清污机、数控机床、机器人等等。

针对冰箱、空调、洗衣机等新型家电对高性能电机的要求,特别是对永磁新型永磁无刷直流电动机具有一切永磁无刷直流电动机的优点,运行效率高、起动力矩大、起动电流小、噪音低、无机械换相器,工作寿命很长,尤其是调速方便,可以进行无级调速,特别适用于民用产品,此外,它还可以作为伺服电动机用于工业控制场合。

目前无刷直流电动机的定子、转子结构与传统的直流电动机无大的差别,由于电子换相电路的成本高于机械换向器,因而使无刷直流电动机的成本及售价增加,从而限制了它的应用。特别是当前直流电动机的应用已扩展到民用产品的领域,无刷直流电动机的价格是限制其应用的主要因素。

针对国内外汽车行业、家电行业及办公自动化领域对低成本无刷直流电动机需求量越来越大的现状,所研制的新型永磁无刷直流电动机,目的在于提供一种结构简单、制做容易、性能可靠、控制方便、成本低廉的无刷直流电动机,以便适用于工业控制及各类民用产品的领域。

⑴电机可以无级调速,工作转速范围很大,可满足各种运行模式下的转速要求。由于采用DSP芯片将驱动器及控制器集成于一体,用户可方便地在驱动器上编程,从而实现各种变速甚至定位动作。

⑵无刷直流电机可以工作在超低转速,这一点超越了交流变频器的性能,所以新型无刷直流电机完全可以取代小功率交流变频器。

⑶无刷直流电机起动力矩大,几乎不受电网电压波动的影响。

⑷无刷直流电机比交流变频系统效率还要高。

⑸无刷直流电机温升较低,与同功率交流电机相比温升可低30%左右,因而其寿命要大大高于交流电机。

⑹无刷直流电机噪音较低。(end)

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