直流無刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(P)影響。旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)在硬特性領(lǐng)域，使用永磁有利于提高控制精度用電效率和安全。
簡介
直流無刷電機(jī)的控制結(jié)構(gòu)
直流無刷電機(jī)是同步電機(jī)的一種，也就是說電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機(jī)定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù)(P)影響：
N=120．f / P。在轉(zhuǎn)子極數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。直流無刷電機(jī)即是將同步電機(jī)加上電子式控制(驅(qū)動(dòng)器)，控制定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率并將電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復(fù)校正，以期達(dá)到接近直流電機(jī)特性的方式。也就是說直流無刷電機(jī)能夠在額定負(fù)載范圍內(nèi)當(dāng)負(fù)載變化時(shí)仍可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。
直流無刷驅(qū)動(dòng)器包括電源部及控制部如圖 (1) ：電源部提供三相電源給電機(jī)，控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。
電源部可以直接以直流電輸入(一般為24V)或以交流電輸入(110V/220 V)，如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器(converter)轉(zhuǎn)成直流。不論是直流電輸入或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機(jī)線圈前須先將直流電壓由換流器(inverter)轉(zhuǎn)成3相電壓來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。換流器(inverter)一般由6個(gè)功率晶體管(Q1～Q6)分為上臂(Q1、Q3、Q5)/下臂(Q2、Q4、Q6)連接電機(jī)作為控制流經(jīng)電機(jī)線圈的開關(guān)?？刂撇縿t提供PWM(脈沖寬度調(diào)制)決定功率晶體管開關(guān)頻度及換流器(inverter)換相的時(shí)機(jī)。直流無刷電機(jī)一般希望使用在當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會(huì)變動(dòng)太大的速度控制，所以電機(jī)內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場的霍爾傳感器(hall-sensor)，做為速度之閉回路控制，同時(shí)也做為相序控制的依據(jù)。但這只是用來做為速度控制并不能拿來做為定位控制。
直流無刷電機(jī)的
控制原理
要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子目前所在位置，然后依照定子繞線決定開啟(或關(guān)閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序，如 下（圖二） inverter中之AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱為下臂功率晶體管)，使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號(hào)的位置時(shí)，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管)；要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反。
基本上功率晶體管的開法可舉例如下：
AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組，
但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_關(guān)的響應(yīng)時(shí)間，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯(cuò)時(shí)間要將零件的響應(yīng)時(shí)間考慮進(jìn)去，否則當(dāng)上臂(或下臂)尚未完全關(guān)閉，下臂(或上臂)就已開啟，結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。
當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來，控制部會(huì)再根據(jù)驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號(hào)變化的速度加以比對(duì)(或由軟件運(yùn)算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關(guān)導(dǎo)通，以及導(dǎo)通時(shí)間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部分工作就由PWM來完成。PWM是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達(dá)到較精準(zhǔn)速度控制的核心。高轉(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時(shí)間，另外對(duì)于hall-sensor信號(hào)變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、實(shí)時(shí)性。至于低轉(zhuǎn)速的速度控制尤其是低速起動(dòng)則因?yàn)榛貍鞯膆all-sensor信號(hào)變化變得更慢，怎樣取信號(hào)方式、處理時(shí)機(jī)以及根據(jù)電機(jī)特性適當(dāng)配置控制參數(shù)值就顯得非常重要?；蛘咚俣然貍鞲淖円詄ncoder變化為參考，使信號(hào)分辨率增加以期得到更佳的控制。電機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)順暢而且響應(yīng)良好，P.I.D.控制得恰當(dāng)與否也無法忽視。之前提到直流無刷電機(jī)是閉回路控制，因此回授信號(hào)就等于是告訴控制部現(xiàn)在電機(jī)轉(zhuǎn)速距離目標(biāo)速度還差多少，這就是誤差(Error)。知道了誤差自然就要補(bǔ)償，方式由傳統(tǒng)的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實(shí)是復(fù)雜多變的，若要控制的堅(jiān)固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統(tǒng)的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。
旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)問世－－直流傳動(dòng)將煥發(fā)青春的活力－－洋人的變頻調(diào)速技術(shù)很快徹底淘汰
自從大功率半導(dǎo)體器件出現(xiàn)以來，幾代電動(dòng)機(jī)研究者都希望用大功率器件和傳感器，取代換向器和電刷。希望制造出：具有異步電動(dòng)機(jī)的耐久性和旋轉(zhuǎn)電樞直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩性能與調(diào)速性能之電動(dòng)機(jī)。－－－－而今由我們中國人實(shí)現(xiàn)了他們的夢(mèng)想。
我用18年找到了直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩性能于調(diào)速性能優(yōu)良的原因是逐線圈換向——為證明真實(shí)性我首先公布理論－－逐線圈換向的是直流電動(dòng)機(jī)，逐相換向的是交流電動(dòng)機(jī)。
在逐線圈換向的前提下，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場在旋轉(zhuǎn)之中，每一個(gè)磁極對(duì)應(yīng)定子導(dǎo)體的電流始終向一個(gè)方向流動(dòng)?！队秒娏鞲櫰魅〈鷵Q向器和電刷》定子的導(dǎo)體電流方向始終跟蹤轉(zhuǎn)子的磁極，就能實(shí)現(xiàn)零轉(zhuǎn)速到額定轉(zhuǎn)速恒轉(zhuǎn)矩變壓調(diào)速，而且沒有轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，可徹底淘汰變頻調(diào)速器，變壓調(diào)速的斬波器將風(fēng)行天下。
直流電動(dòng)機(jī)的定子磁場和轉(zhuǎn)子磁場始終垂直90度，通電導(dǎo)體始終處在磁場的最大受力位置，所以能產(chǎn)生強(qiáng)大而又平穩(wěn)的轉(zhuǎn)矩，這種優(yōu)點(diǎn)是異步電動(dòng)機(jī)難以望其項(xiàng)背。旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)沒有換向器和電刷，使用壽命和異步電動(dòng)機(jī)一樣長。轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度和異步電動(dòng)機(jī)一樣高，功率密度不再受到轉(zhuǎn)速低的限制，在相等質(zhì)量下功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過異步電動(dòng)機(jī)。
旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)?在硬特性領(lǐng)域，使用永磁有利于提高控制精度?用電效率和安全，如數(shù)控機(jī)床、大型軋鋼機(jī)礦井提升機(jī)、港口塔吊，因?yàn)樗星袛嚯娫醋詣?dòng)剎車功能，特別適應(yīng)礦山提升機(jī)安全生產(chǎn)。在電動(dòng)自行車、電力機(jī)車、電動(dòng)汽車可以使用串勵(lì)無刷，因?yàn)樗哂衅囎兯傧涞妮敵鎏匦?，?huì)使交通工具的行駛性能更加完美。
在同步電動(dòng)機(jī)上安裝同步換向器不能叫無刷直流電動(dòng)機(jī)，是科學(xué)界的指鹿為馬，因?yàn)樗侵鹣鄵Q向－－是交流電動(dòng)機(jī)，它永遠(yuǎn)找不到直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩性能和調(diào)速性能。
旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)，具有異步電動(dòng)機(jī)的耐久性能和旋轉(zhuǎn)電樞直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩性能與調(diào)速性能，是性能最完美的電動(dòng)機(jī)，直流變壓調(diào)速不會(huì)產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)，調(diào)速成本非常的低。它可以把有限的原材料制造成更有市場價(jià)值的商品，可成為企業(yè)會(huì)下金蛋的鵝，在整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒁l(fā)一場電動(dòng)機(jī)革命，旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)以當(dāng)今iegt的功率容量4500v5500A，單機(jī)功率做到50000KW是輕而易舉。從事電機(jī)研究的工作人員來南召縣云陽鎮(zhèn)看一看我的科技成果，就知道這一切都是真的。
此項(xiàng)技術(shù)如果讓西門子股份公司?東芝?等大公司購買，中國的電機(jī)制造企業(yè)就會(huì)遭受毀滅性的打擊，成千上萬的工人會(huì)失去生活來源。這是因?yàn)槲覈蠊β蔍GBT??IEGT制造幾乎是空白，而西門子?東芝?英飛凌具有先天優(yōu)勢(shì)。?13503873417?李佳君
變頻調(diào)速器淘汰有如下原因
1價(jià)格昂貴變頻器比電機(jī)還貴?多數(shù)企業(yè)難以承受
2產(chǎn)生諧波嚴(yán)重污染電網(wǎng)?破壞電網(wǎng)功率因數(shù)?使電氣設(shè)備誤動(dòng)作?大幅度增加供電消耗
3低速轉(zhuǎn)矩太弱?需要重負(fù)荷啟動(dòng)設(shè)備不能應(yīng)用
4低速轉(zhuǎn)矩波動(dòng)嚴(yán)重?高精度控制領(lǐng)域不能應(yīng)用
5高達(dá)2000-20000赫茲的載波頻率?產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁輻射危害人體?干擾電子設(shè)備正常工作
6載波頻率導(dǎo)致渦流消耗和磁滯消耗增加?線圈的趨膚效應(yīng)猛增導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重?致使電機(jī)的工作效率低下
7功率模塊經(jīng)常燒壞?需要增加巨大的維護(hù)成本?一些企業(yè)哭笑不是
8軸流引起電機(jī)軸承加速損壞?使用變頻器的異步電動(dòng)機(jī)需要經(jīng)常更換軸承
9變壓調(diào)速的旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)問世?變頻調(diào)速器已是窮途末路
變頻調(diào)速器能紅極一時(shí)，是因?yàn)樾D(zhuǎn)電樞直流電動(dòng)機(jī)的壽命太短。事實(shí)是直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速成本最低?精度最高?設(shè)備最簡單。只要直流電動(dòng)機(jī)能長壽，變頻調(diào)速器就是廢銅爛鐵。
旋轉(zhuǎn)電樞直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，定子磁場和電樞磁場是靜止垂直90度，旋轉(zhuǎn)的是電樞，電樞的磁場并不旋轉(zhuǎn)。換向器的作用就是保證電樞的磁場和定子的磁場始終保持靜止90度而換向。
旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，定子的磁場和轉(zhuǎn)子的磁場，是在旋轉(zhuǎn)之中垂直90度。用逐線圈換向技術(shù)制造電流跟蹤器，取代換向器和電刷，因此旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)變的和異步電動(dòng)機(jī)一樣長壽。
旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子做成無刷勵(lì)磁或永磁的時(shí)候，它的強(qiáng)度和異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子一樣高，造價(jià)非常低。像異步電動(dòng)機(jī)一樣，脆弱線圈不動(dòng)，堅(jiān)固而又簡單的轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)。
旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)的定子線圈，能產(chǎn)生穩(wěn)定的反電勢(shì)阻止諧波的生成，無論IGBT的關(guān)斷速度多么快，也不會(huì)產(chǎn)生自感電壓擊穿IGBT和絕緣。小功率電機(jī)在6000轉(zhuǎn)的時(shí)候IGBT的工作頻率是200赫茲，大功率電機(jī)3000轉(zhuǎn)的時(shí)候工作頻率是100赫茲。不像變頻調(diào)速器載波頻率高達(dá)2000到20000赫茲，產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁輻射，危害人體干擾電子設(shè)備，產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)。
變壓調(diào)速的旋轉(zhuǎn)磁場直流電動(dòng)機(jī)問世，變頻調(diào)速器已是窮途末路，科技在推陳出新。
為實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)長壽的夢(mèng)想，我付出了18年的努力。
中國人在電力傳動(dòng)領(lǐng)域?qū)P(yáng)眉吐氣????從此不再受制于西方人
參考資料 >