使用BLDC替代三相感應電機評估實施方案

1、BLDC與三相感應電機a、鼠籠式感應電機:三相交流異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，所以稱為異步電動機，它是在電磁感應基礎(chǔ)上形成轉(zhuǎn)動的，故又稱為感應電動機。電動機的定子上為三相散嵌式分布繞組，轉(zhuǎn)子為籠式的導條（鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組是自己短路的繞組，在轉(zhuǎn)子在每個槽中放有一根導體材料為銅或鋁，導體比鐵芯長，在鐵芯兩端用兩個端環(huán)將導體短接，形成短路繞組。若將鐵芯去掉，剩下的繞組形狀似松鼠籠子，故稱鼠籠式繞組。） 電動機在定子繞組加三相交流電后，會形成旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)子上的閉合的導條會因為切割定子磁場的磁力 線而感應岀電勢和電流，而帶電（電流）的導體在磁場中就會產(chǎn)生運動，這樣電動機轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)起來了。這

2、就是鼠籠式三相異步電動機的工作原理。這種電動機的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子上無繞組，維修成本低，而使用壽命長。使用的場合很多了，幾乎使用在日常生活、工廠設備、港口碼頭、油田煤礦等各個領(lǐng)域。它的缺點是調(diào)速性能差，啟動力矩較小，因此在一些要求平滑調(diào)速和啟動力矩很大的場合常用其他類型電動機來完成。感應電動機（鋁籠+電噬鋼板構(gòu)成的轉(zhuǎn)子）b、無刷直流電動機的發(fā)展演變及在國內(nèi)工控業(yè)界的應用現(xiàn)狀在國外，電機大致沿著 AC交流異步電機 直流無刷電機 步進電機 伺服電機這樣的演變流程在發(fā)展。因此對于各種電機的特性，國外的工程師往往比較了解，電機的采用主要根據(jù)最適合現(xiàn)場的標 準來選擇。我國的工業(yè)自動化，在改革開放后飛速

3、發(fā)展起來。在90年代，伺服電機就已經(jīng)被引入國內(nèi)，廣大的工控人士得以直接接觸到了電機的最高端類型伺服電機。而在改革開發(fā)之前，我國工控業(yè)界馬達使用 類型較為單一，絕大部分的工程師都只知道和使用AC交流異步電機。中間類型的步進電機和直流無刷電機還沒有來得及接觸就應用到了伺服電機，馬達的中間類型存在著一定的真空段，我們稱這種現(xiàn)象叫做跳級。而實際應用中，很多場合使用直流無刷電機不僅成本下降較多，而且效果還不錯，控制也相對伺服電機簡 單。提到直流無刷電機，那么就不得不提直流有刷電機。這里的“刷”實際上就是指“碳刷”，最早的直流電機都是帶有“碳刷”的。碳刷是直流有刷電機中的關(guān)鍵性部件，主要起到電流的換向作用

4、。然而其缺點 也是較為突岀：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。而且碳刷存在磨耗問題，需要定期的更新碳刷，維護不方便。伴隨著半導體工業(yè)的發(fā)展，使用電子換向的直流無刷電機應運而生。隨著微處理機速度亦越來越快，人們可以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)上缺失的一種應用。從目前直流電機的發(fā)展趨勢來

5、看，直流有刷電機逐步被淘汰，直流無刷電機成為直流電機的 主流。外形及內(nèi)部構(gòu)造:二、ELDC與三相感應電機相比的優(yōu)點無刷直流電機是一種超高性能的新型電機，代表著電機的發(fā)展方向，這種電機與感應電機相比, 具有以下優(yōu)點：1、均勻轉(zhuǎn)矩、卓越的速度穩(wěn)定性直流無刷電機能夠比較電動機轉(zhuǎn)速的反饋信號與設定速度，同時調(diào)整供應給電動機的電流。籍此穩(wěn)定了 馬達速度，即使負載狀況發(fā)生變化，仍舊可以以穩(wěn)定的速度驅(qū)動?？梢栽诔退傧麓笈ぞ剡\行、可以在超 高速下高效率運行，可以去掉減速機直接拖動負載，實現(xiàn)電機與設備的直聯(lián)，而感應電機不能實現(xiàn)以上性 能。E-N 一«翕豈也魚鯉!W茂轉(zhuǎn)速變化大（-210%左右）轉(zhuǎn)速變

6、牝小2、效率高:異步電機是感應電機，要從電網(wǎng)中吸收能量建立電機主磁場，造成一定的能量損耗；無刷直流電機小馬達轉(zhuǎn)子中安裝有稀土永磁材料，建立了轉(zhuǎn)子磁場，不再吸收電網(wǎng)能量來建立電機磁場，轉(zhuǎn)子與定子 磁場同步運行，轉(zhuǎn)子繞組中無感生電流，消除了轉(zhuǎn)子電阻銅耗和磁滯損耗，不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的二次損耗 節(jié)省了電能，提高了電機效率。圖中數(shù)字=L變頻器異步電動機的損耗-無刷克菰電動機的損耗1結(jié)論：無刷直流電動機的損耗«變頻器異步電動機的損耗3、軟起軟停起動力矩大：通過改變無刷直流電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，使電機的起動轉(zhuǎn)矩大于感應電機，因此在需要大起動轉(zhuǎn)距的設備中 可以用較小容量的無刷直流電機替代較大容量的感應電機，較好

7、的解決了“大馬拉小車”的問題，節(jié) 省了設備的投入費用，提高了系統(tǒng)的運行效能。4、 溫升低：由于無刷直流電機效率高，轉(zhuǎn)子繞組中不存在電阻損耗，定子繞組中幾乎不存在無功電流，電機電流 減小，電機溫升低，延長了電機的使用壽命。無刷直流電動機調(diào)頻異步電動機溫升（額定運行時15.8X：35 61：溫升（間隙運行時75°C周圍溫度為40度時：異步電動機表面溫度將超過北度，根據(jù)EN60950的要求， 電動機表面必須粘貼高溫警告標志。無刷負流電動機的表面溫庚低于贊度、不需要高溫警告標志直流無刷電機之所發(fā)熱量低，在于其效率高。能量轉(zhuǎn)換主要表示為熱量加做功，當 做功的效率高時，溫升自然就比較低。因此直流

8、無刷電機非常適合使用在24小時連續(xù)運轉(zhuǎn)的場合。具體的效率比請參考美國能源部對各種驅(qū)動電機效率的比較，如圖所示：5、體積小、重量輕、耗材少：由于無刷直流電機效率高、電流小、溫升低，因而電機的體積可以減小，重量可以減輕。所用材料如硅鋼 板、銅線、鑄鐵等可以減少，無刷直流電機與同容量的感應電動機相比可以減少一到兩個機座號，體積、 重量和所用材料均可以減輕 30%左右。變頻器控制異步電動機與無刷直流電動機的最大輸入電流相差較大 特別是電動機臺數(shù)較多時，為了保證啟動電流，將導致電源設備大容量化。此時無刷直流電動機具有優(yōu)勢。80mm12OW小型優(yōu)165mmAC週速電動機90W總之，無刷直流電機與感應電動機

9、相比具有效率高、功率因數(shù)高、起動轉(zhuǎn)矩大、力能指標好、溫升低、 用材少等特點。它提高了電網(wǎng)的品質(zhì)因數(shù)和運行效能，通過提高起動轉(zhuǎn)矩較好的解決了用電設備中“大馬 拉小車”的現(xiàn)象，起到了高效節(jié)能的作用，其綜合節(jié)電率為20%左右。目前直流無刷電機在國內(nèi)工控市場的知名度不高、普及率較低。許多用戶當變頻器異步電動機滿足不了要求時就盲目直接采用伺服電動機、而很多情況可以用價格低的無刷直流電動機實現(xiàn)。采用伺服電機類似 大馬拉小車，不僅控制相對復雜，而且也是對資源的浪費。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大量能源的消耗加快了地球溫室化，威脅著人類生存。節(jié)能減排是全球面臨的嚴峻課題，國家發(fā)展改革委員會啟動了節(jié)能中長期專項規(guī)劃，其中的

10、一項就是電機系統(tǒng)節(jié)能工程。“十一五”期間的節(jié)能目標，電機系統(tǒng)運行效率提高2個百分點、節(jié)電200億千瓦時。中國各類電動機總?cè)萘考s5.8億千瓦，占總耗電量的 60%以上，其中交流電動機占 90%、整體運行效率比先進國家低10%以上。推廣使用高效節(jié)能的直流無刷電機正可謂利國利民。三、性能仿真使用 Ansoft_Maxwell功率62%X¥ Pkyl 1RMxpnDhiSfgril A400 »01S ftU 咖1W £4fi/A&J陽塾75a'3EOMUum HlSvfcx-I Hirimwior- 匸 nptCCQmii:畤_WdbT Fjm-i hrYiMU-1 Ha-knwmiSO #1DW”i3JM+4£山OWKWfT'F j 計 d KNirH *Iig>>>bMZMl進行性能仿真BLDC最高效率達到80%,在3N-M 負載下效率50%以上，輸出四、手板