永磁無刷直流電機(jī)的應(yīng)用

1、重慶文理學(xué)院成人高等教育畢 業(yè) 論 文論文題目：稀土永磁無刷直流電機(jī)技術(shù)應(yīng)用論文作者：陳 朝 靖指導(dǎo)老師：李 春 燕 講 師專業(yè)班級：2008級電子信息科學(xué)與技術(shù)學(xué) 號：31144500606提交論文日期：2010 年 11 月 10 日論文答辯日期：2010 年 11 月 20 日中國·重慶2010年11月目 錄摘要:IAbstract:II1引言32永磁無刷直流電動機(jī)的應(yīng)用321無刷電動機(jī)322永磁無刷直流電動機(jī)43無刷直流電動機(jī)的工作原理53.1 基本工作原理53.2 無刷直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩63.3 與一般異步電動機(jī)的比較.74無刷直流電機(jī)與異步機(jī)加變頻器的比較75稀土永磁無

2、刷直流電動機(jī)851稀土永磁無刷直流電動機(jī)852稀土永磁無刷直流電動機(jī)特點1053二種電機(jī)在不同控制方式下的比較106稀土永磁無刷直流電動機(jī)應(yīng)用的前景117總結(jié)12參考文獻(xiàn)12致謝語12稀土永磁無刷直流電機(jī)技術(shù)應(yīng)用重慶工商學(xué)校電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 2008級本科班 陳朝靖摘要: 無刷直流電機(jī)因為具有直流有刷電機(jī)的特性,同時也是頻率變化的裝置,所以又名直流變頻,國際通用名詞為BLDC.無刷直流電機(jī)的運轉(zhuǎn)效率,低速轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好,所以值得業(yè)界關(guān)注.本產(chǎn)品已經(jīng)生產(chǎn)超過55kW,可設(shè)計到400kW,可以解決產(chǎn)業(yè)界節(jié)電與高性能驅(qū)動的需求。關(guān)鍵詞:無刷直流電機(jī), 永磁同步電

3、機(jī), 直流變頻, 釹鐵硼 Brushless DC motor technology papersChongqing Technology and Business School Professional Electronic Information Science and Technology2008(Undergraduate) Chen ChaojingAbstract: Brushless direct current motor has the same dc motor output characteristics, also named BLDC. BLDC have highe

4、r output torque in low speed, higher efficiency and speed precision than any control modes of frequency converter drives. This chapter introduce capacity up to 400kW for the industrial application.Key words:Brushless direct current motor, Permanent magnetic, synchronous motor BLDC NdFeB1引言目前，人們對大功率永

5、磁直流無刷電機(jī)研究基本上都是針對某項專門用途，這樣做不僅費時費力，更重要的是沒能充分利用資源，進(jìn)行著大量的重復(fù)勞動。我們提出的系列化設(shè)計就是要打破這一局面，多、快、好、省的將大功率節(jié)能永磁無刷直流電機(jī)呈獻(xiàn)給用戶，造福人類。綜上所述，開發(fā)制造系列大功率通用無刷直流電機(jī)不僅可以為人們提供一種嶄新的調(diào)速電機(jī)，而且還可以顯著提高對電能的利用率，達(dá)到節(jié)約用電的目的。發(fā)展大功率無刷直流電機(jī)還將帶動工業(yè)控制技術(shù)的提高，帶動電力電子技術(shù)的廣泛應(yīng)用，為永磁材料營造更大的應(yīng)用空間，帶領(lǐng)傳統(tǒng)的中小型電機(jī)行業(yè)步入一個嶄新時代。2永磁無刷直流電動機(jī)的應(yīng)用21無刷電動機(jī)無刷直流電機(jī)由電動機(jī)主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機(jī)

6、電一體化產(chǎn)品。無刷直流電動機(jī)的學(xué)名叫“無換向器電機(jī)”或“無整流子電機(jī)”,是一種新型的無級變速電機(jī),它由一臺同步電機(jī)和一組逆變橋所組成,如圖1所示:圖1無刷直流電機(jī)組成原理它具有直流電機(jī)那樣良好的調(diào)速特性,但是由於沒有換向器,因而可做成無接觸式,具有結(jié)構(gòu)簡單,制造方便,不需要經(jīng)常性維護(hù)等優(yōu)點,是一種現(xiàn)想的變速電機(jī)。在工作原理上有二種不同的工作方式：(1)直流無刷電機(jī):又稱“無換向器電機(jī)交一直一交系統(tǒng)”或“直交系統(tǒng)”,如圖1所示。是將三相交流電源整流后變成直流，再由逆變器轉(zhuǎn)換成頻率可調(diào)的交流電,但是,注意此處逆變器是工作在直流斬波方式。(2)交流無刷電動機(jī):它是利用交-交變頻器向同步機(jī)供給交流電。

7、無刷直流電動機(jī)Brushless Direct Current Motor ,BLDC,采用方波自控式永磁同步電機(jī),以霍爾傳感器取代碳刷換向器,以釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料;產(chǎn)品性能超越傳統(tǒng)直流電機(jī)的所有優(yōu)點,同時又解決了直流電機(jī)碳刷滑環(huán)的缺點,數(shù)字式控制,是當(dāng)今最理想的調(diào)速電機(jī)(下列圖2是美國能源部針對各種不同調(diào)速電機(jī)效率比較).圖2 美國能源部針對各種不同調(diào)速電機(jī)效率比較圖22永磁無刷直流電動機(jī)永磁無刷直流電動機(jī)是一種轉(zhuǎn)子采用永久磁鋼，電樞電流由電子線路進(jìn)行無機(jī)械接觸換向的電子運行電動機(jī)。永磁無刷直流電動機(jī)一般由電子換相電路、轉(zhuǎn)子位置檢測電路和電動機(jī)本體三部分組成。電子換相電路一般由控制部分

8、和功率驅(qū)動部分組成，而對轉(zhuǎn)子位置的檢測一般用位置傳感器來完成；永磁無刷直流電動機(jī)本體與有刷直流電動機(jī)不同，永磁無刷直流電動機(jī)是將定子繞組作為電樞，勵磁繞組由轉(zhuǎn)子上的永磁材料所取代，省去了勵磁繞組、換向器和電刷。工作時，控制器根據(jù)位置傳感器測得的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置有序地觸發(fā)驅(qū)動電路中的各個功率開關(guān)器件，進(jìn)行有序換流，以驅(qū)使電動機(jī)轉(zhuǎn)動。永磁無刷直流電動機(jī)保持了直流電動機(jī)的優(yōu)良的調(diào)速特性，但由于永磁無刷直流電動機(jī)無需轉(zhuǎn)子激磁電流，因而比其它類型的電機(jī)具有更高的能量轉(zhuǎn)換效率。由于省去了勵磁繞組、換向器和電刷，永磁無刷直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速范圍不受換向限制，轉(zhuǎn)速可以做得很高。另外永磁無刷直流電機(jī)還具有高效率,高轉(zhuǎn)矩,

9、高精度的三高特點，無換向火花、可靠性高、噪音抵、壽命長、體積小、重量輕、控制簡單等一些列顯著優(yōu)點。目前，是當(dāng)今最高效率的調(diào)速電機(jī),與傳統(tǒng)直流有刷電機(jī)比較,或與交流變頻調(diào)速比較均有更好的性能;在牽引電機(jī)電瓶車EV行業(yè),取代傳統(tǒng)直流有刷電機(jī)時除可以達(dá)到更高效率,更高激活轉(zhuǎn)矩等特性外,由于采用方波驅(qū)動,讓鉛酸蓄電池有時間修補(bǔ)電極板,可以延長蓄電池的壽命,提高約1.3倍的電池容量,綜合效率約可提高一倍左右的電池容量,大大的改善了電瓶車的性能.無刷直流電動機(jī)在先進(jìn)國家已大量于軍事、信息業(yè)(IT)、辦公設(shè)備(OA)、家電業(yè)(HA)、DIY手動工具、伺服系統(tǒng)、電動汽車、電瓶車、磁旋浮列車等;經(jīng)過本公司十多年

10、的開發(fā),生產(chǎn)容量已經(jīng)達(dá)75kW,設(shè)計容量可達(dá)315kW,可以滿足產(chǎn)業(yè)自動化及流體機(jī)械、空調(diào)機(jī)械的節(jié)電驅(qū)動應(yīng)用.小功率永磁無刷直流電動機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于宇航及信息電子領(lǐng)域，如控制人造衛(wèi)星姿態(tài)的永磁直流無刷力矩電機(jī)、電腦磁盤驅(qū)動器的主軸馬達(dá)、VCD/DVD的主軸馬達(dá)等等。但作為大功率動力除了在電動車和空調(diào)器有少量應(yīng)用。BLDCM可在Mmax負(fù)載轉(zhuǎn)矩下起動，可在MNMMmax負(fù)載下短時運行，可在MN下長時運行。美國能源部對各種驅(qū)動電機(jī)效率的比較，如圖3示：圖3 美國能源部對各種驅(qū)動電機(jī)效率的比較3無刷直流電動機(jī)的工作原理3.1 基本工作原理無刷直流電動機(jī)由同步電動機(jī)和驅(qū)動器組成，是一種典型的機(jī)電一體化

11、產(chǎn)品。同步電動機(jī)的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機(jī)十分相似。而轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機(jī)轉(zhuǎn)子的極性，在電動機(jī)內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動器由功率器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是：接受電動機(jī)的啟動、停止、制動信號，以控制電動機(jī)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。無刷直流電動機(jī)的原理簡圖如圖4所示：圖4 無刷直流電動機(jī)的原理簡圖主電路是一個典型的電壓型交直交電路，逆變器提供等幅等寬5-26KHz調(diào)制波的對稱交變矩形波。 永磁體N-S交替交換，使位置傳

12、感器產(chǎn)生相位差1200的U、V、W方波，結(jié)合正/反轉(zhuǎn)信號產(chǎn)生有效的6狀態(tài)編碼信號：101、100、110、010、011、001，通過邏輯組件處理產(chǎn)生T1T4導(dǎo)通、T1T6導(dǎo)通、T3T6導(dǎo)通、T3T2導(dǎo)通、T5T2導(dǎo)通、T5T4導(dǎo)通，也就是說將直流母線電壓依次加在A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，這樣轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一對N-S極，T1T6功率管即按固定組合成6種狀態(tài)的依次導(dǎo)通。每種狀態(tài)下，僅有兩相繞組通電，依次改變一種狀態(tài)，定子繞組產(chǎn)生的磁場軸線在空間轉(zhuǎn)動600電角度，轉(zhuǎn)子跟隨定子磁場轉(zhuǎn)動相當(dāng)于600電角度空間位置，轉(zhuǎn)子在新位置上，使位置傳感器U、V、W按約定產(chǎn)生一組新編

13、碼，新的編碼又改變了功率管的導(dǎo)通組合，使定子繞組產(chǎn)生的磁場軸再前進(jìn)600電角度，如此循環(huán)，無刷直流電動機(jī)將產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩，拖動負(fù)載作連續(xù)旋轉(zhuǎn)。正因為無刷直流電動機(jī)的換向是自身產(chǎn)生的，而不是由逆變器強(qiáng)制換向的，所以也稱作自控式同步電動機(jī)。3.2 無刷直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩?zé)o刷直流電動機(jī)的位置傳感器編碼使通電的兩相繞組合成磁場軸線位置超前轉(zhuǎn)子磁場軸線位置，所以不論轉(zhuǎn)子的起始位置處在何處，電動機(jī)在啟動瞬間就會產(chǎn)生足夠大的啟動轉(zhuǎn)矩，因此轉(zhuǎn)子上不需另設(shè)啟動繞組。 由于定子磁場軸線可視作同轉(zhuǎn)子軸線垂直，在鐵芯不飽和的情況下，產(chǎn)生的平均電磁轉(zhuǎn)矩與繞組電流成正比，這正是他勵直流電動機(jī)的電流轉(zhuǎn)矩特性。電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩正

14、比于繞組平均電流：Tm=KtIav （Nm） (1)電動機(jī)兩相繞組反電勢的差正比于電動機(jī)的角速度：ELL=Ke （V） (2)所以電動機(jī)繞組中的平均電流為：Iav=（Vm-ELL）/2Ra （A） (3)其中，Vm=VDC是加在電動機(jī)線間電壓平均值，VDC是直流母線電壓，是調(diào)制波的占空比，Ra為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩：Tm=（VDCKt/2Ra）-Kt（Ke/2Ra）Kt、Ke是電動機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，為電動機(jī)的角速度（rad/s），所以，在一定的時，改變占空比，就可以線性地改變電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩，得到與他勵直流電動機(jī)電樞電壓控制相同的控制特性和機(jī)械特性。 無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速

15、設(shè)定，取決于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值為+5V對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速：Vc（max）ón max，那么，+5V以下任何電平即對應(yīng)相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速n，這就實現(xiàn)了變速設(shè)定。當(dāng)Vc設(shè)定以后，無論是負(fù)載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時，反饋電壓Vfb變小，調(diào)制波的占空比就會變大，電樞電流變大，使電動機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生加速度，直到電動機(jī)的實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止；反之，如果電動機(jī)實際轉(zhuǎn)速比指令轉(zhuǎn)速高時，減小，Tm減小，發(fā)生減速度，直至實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止?？梢哉f，無刷直流電動機(jī)在允許的電網(wǎng)波動范圍內(nèi)，在允許的過載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在1%左

16、右，并可以實現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運行。由于無刷直流電動機(jī)的勵磁來源于永磁體，所以不象異步機(jī)那樣需要從電網(wǎng)吸取勵磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動機(jī)高10%左右，一般來說，無刷直流電動機(jī)的力能指針（cos）比同容量三相異步電動機(jī)高12%-20%。3.3 與一般異步電動機(jī)的比較. 由于無刷直流電動機(jī)是以自控式運行的，所以不會象變頻調(diào)速下重載啟動的同步電動機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組，也不會在負(fù)載突變時產(chǎn)生振蕩和失步。 中小容量的無刷直流電動機(jī)的永磁體，現(xiàn)在多采用高磁能積的稀土釹鐵硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁無刷電動機(jī)的體積比同容量三相異步電動

17、機(jī)縮小了一個機(jī)座號。近30年來針對異步電動機(jī)變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的，而無刷直流電動機(jī)的電流或電樞的端電壓，就是直接控制電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的物理量。過去，由于稀土永磁體價格比較高等因素，限制了稀土永磁無刷直流電動機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域，但是隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，其價格已迅速下降，例如，我公司推出得BS系列無刷直流電動機(jī)的售價已與異步電動機(jī)和普通變頻器售價之和相差無幾。稀土永磁無刷直流電動機(jī)必將以其寬調(diào)速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢。4無刷直流電機(jī)與異步機(jī)加變頻器的比較 雖然當(dāng)今交流變頻調(diào)速非常普遍,但是變頻調(diào)速受限于異步電機(jī)的低效率,電機(jī)運轉(zhuǎn)在低速時轉(zhuǎn)矩變小

18、,諧波損耗大,速度變動率大,動態(tài)性能不佳等缺失;雖然采用速度死循環(huán)矢量控制或直接轉(zhuǎn)矩控制變頻器時其可以滿足性能需要,但是購置費用偏高,而且異步電機(jī)的效率,功因,低速發(fā)熱仍然無法改善. 我們在注塑機(jī)行業(yè)與變頻器節(jié)能改造作比較,無刷直流電機(jī)的綜合節(jié)電率比交流變頻要高出20%以上,注塑機(jī)沒有降低生產(chǎn)速度(變頻器降低約3%),電機(jī)溫升相差20.在風(fēng)機(jī)水泵壓縮機(jī)的負(fù)載上,功率-速度曲線實際上應(yīng)該達(dá)到三次方關(guān)系,但使用變頻器驅(qū)動異步電機(jī)其曲線可能只有平方比例或稍差;采用無刷直流電機(jī)驅(qū)動其曲線可以接近三次方曲線特性,節(jié)電效果更好.無刷直流電動機(jī)、典型高效率異步電機(jī)、一般異步可變速電動機(jī)經(jīng)變頻器驅(qū)動后的效率曲

19、線比較如圖5所示：圖5 效率曲線比較圖BLDCM （無刷直流電動機(jī)）高效率異步機(jī)一般異步機(jī)5稀土永磁無刷直流電動機(jī)51稀土永磁無刷直流電動機(jī)電動機(jī)的控制實際上是轉(zhuǎn)矩控制，電動機(jī)的體積大小決定于轉(zhuǎn)矩的大小，所以選用電動機(jī)時，除了有關(guān)安裝方式，防護(hù)等級以外，莫不以負(fù)載轉(zhuǎn)矩穩(wěn)態(tài)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL和擾動轉(zhuǎn)矩TL為中心來考慮電動機(jī)的選用。(1)電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩TM決定了電動機(jī)的體積D2LX TM=CMD2L其中CM稱作電動機(jī)常數(shù)，它和電動機(jī)繞組絕緣等級、散熱條件等密切相關(guān)。通常標(biāo)定的電動機(jī)輸出功率PN是在額定轉(zhuǎn)速nN下連續(xù)輸出額定轉(zhuǎn)矩TN乘積關(guān)系，如果PN以（W）、T以（Nm）、nN以（r/min）表示，則

20、PN =0.1047TNnNTNNN是電動機(jī)的額定角速度， (rad/s)所以，選用電動機(jī)（特別是調(diào)速應(yīng)用的電動機(jī)）應(yīng)該說：在XX-XX轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)電動機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩TN是多少，或者說：在最大工作轉(zhuǎn)速為XXr/min電動機(jī)額定功率是多少。對一個調(diào)速比為D=nmax/nmin恒轉(zhuǎn)矩TL運行的調(diào)速電動機(jī)來說，它的輸出功率從Pmin=0.1047nminTL到Pmax=0.1047nmaxTL，如果D=100，則最大和最小輸出功率之比為100:1。對于無刷直流電動機(jī)來說，轉(zhuǎn)速增加后鐵耗和風(fēng)摩耗近似以轉(zhuǎn)速的平方關(guān)系增加，所以輸入功率增加比例更大。(2) 負(fù)載的最大轉(zhuǎn)矩負(fù)載的等效轉(zhuǎn)矩，Teq不得超過電動

21、機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩，負(fù)載的最大轉(zhuǎn)矩不得超過電動機(jī)的允許過載轉(zhuǎn)矩,如圖6所示圖6 負(fù)載的等效轉(zhuǎn)矩(3)轉(zhuǎn)動慣量減速比i是電動機(jī)轉(zhuǎn)速nM和負(fù)載轉(zhuǎn)速nL之比，在不計減速機(jī)構(gòu)效率時，兩方功率平衡TMnM= TLnL，所以i= nM/nL，i= TL/TM，減速機(jī)構(gòu)相當(dāng)于放大了電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，減小了電動機(jī)轉(zhuǎn)速。負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量JL折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量JL和電動機(jī)自身轉(zhuǎn)動的慣量JM之和是：JL + JM = JL/i2+JM ，如果負(fù)載質(zhì)量為m，以V為速度運動，則：1/2mV2=1/2JL2， JL=mV2/2利用 JL=JL/i2 , 得 JL+JM=JL/i2+JM=J (4)減速比i的選擇任何瞬時，以下

22、方程都成立TM=TL+B+Jd/dt其中TM是電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，TL是負(fù)載和庫侖轉(zhuǎn)矩之和，B是阻尼系數(shù)，J是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，TL、B、J都是折算到電動機(jī)軸上的等效資料，是電動機(jī)的角速度。對于系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量J大的系統(tǒng)宜選擇大減速比i的減速機(jī)構(gòu)。對于要求加速快而J又顯著較大時，宜選用i=JL/JM，就是選擇i，使負(fù)載折算轉(zhuǎn)動慣量JL等于電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量JM。過大的Jd/dt容易引起負(fù)轉(zhuǎn)速波動或震蕩，因此應(yīng)使緩變，避免突變；如果確需突變，則應(yīng)選用伺服型系統(tǒng)，而不應(yīng)選用任何一種類型的調(diào)速系統(tǒng)，如果Jd/dt遠(yuǎn)大于TL、B，則在停機(jī)時，無刷電動機(jī)將在發(fā)電機(jī)狀態(tài)工作，在這種狀態(tài)下，直流母線電壓會急劇增長，危及功率

23、器件。為此需在直流母線上增加過壓放電電路或使指令電壓Vc緩變，使M逐漸降到安全角速度再切斷速度指令。否則，需另加制動器以適應(yīng)快速停轉(zhuǎn)的需要。對于頻繁啟動或正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)也應(yīng)遵守軟啟動、軟停止、再啟動的原則，并且要核算等效電流IeqIeq=Ii2ti/ti IN(5) 多臺電動機(jī)的高速同步旋轉(zhuǎn)無刷直流電動機(jī)適應(yīng)多臺電動機(jī)中高速同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速相差不超過1%。這時需多臺電動機(jī)共享一個速度指令，對于多臺電動機(jī)相距遠(yuǎn)時，需用V/f-f/V變換技術(shù)來傳遞速度指令，防止速度指令電平Vc在傳遞中因衰減不同而引起指令誤差。 (6) 恒張力（F）系統(tǒng)恒張力（F）系統(tǒng)選用無刷直流電動機(jī)作為卷繞機(jī)構(gòu)動力時，電動機(jī)的最

24、高轉(zhuǎn)速max=？，電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩Tmax=FDmax/2，其中Dmin和Dmax對應(yīng)卷筒的最小和最大直徑（m），V是卷繞物的線速度（m/min），F(xiàn)為恒張力（N），最大轉(zhuǎn)矩Tmax（Nm），負(fù)載功率P=FV/60（W）。52稀土永磁無刷直流電動機(jī)特點稀土永磁無刷直流電機(jī)與交流變頻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)比較有以下幾大優(yōu)點：制造成本更低 在相同輸出功率的前提下，永磁直流無刷電機(jī)的制造成本約為交流變頻調(diào)速電機(jī)系統(tǒng)的四分之三。電機(jī)效率更高 一般要比同容量的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)高百分之五以上，比同容量的交流電機(jī)高百分之二以上。調(diào)速性能更好，具有與有刷直流電機(jī)相同的調(diào)速特性，與交流電機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)相比不僅控制簡單，而

25、且調(diào)速范圍更大、調(diào)速精度更高。起動轉(zhuǎn)矩更大 在相同的啟動電流下，永磁無刷直流電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩一般能做到交流異步機(jī)的三倍以上。應(yīng)用范圍更廣 大功率無刷直流電機(jī)可以替代直流調(diào)速電機(jī)、交流變頻調(diào)速電機(jī)和電磁調(diào)速電機(jī)機(jī)組，廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)施、醫(yī)療器械、交通工具、自動化儀表、航空航天、電動工具、風(fēng)機(jī)、水泵和石油、化工及紡織等。下面列出一部分具體的用途：a.低電壓井下電動鑿巖機(jī)；b.城市高層建筑無塔上水器水泵的節(jié)能驅(qū)動；c.無梭織機(jī)的直接驅(qū)動，省去龐大、復(fù)雜的機(jī)械變速機(jī)構(gòu)；d.環(huán)保電動汽車的動力裝置；e.高性能電梯曳引機(jī)的變速驅(qū)動；f.游梁式抽油機(jī)、塔式抽油機(jī)；g.注塑機(jī)、壓鑄機(jī)。53二種電機(jī)在不同控制方式

26、下的比較在永磁無刷直流電機(jī)的應(yīng)用中經(jīng)常會涉及到電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，二種電機(jī)在不同控制方式下的效率比較如圖7所示圖7 二種電機(jī)在不同控制方式下的效率比較6稀土永磁無刷直流電動機(jī)應(yīng)用的前景我國無刷直流電動機(jī)的發(fā)展正處于成長發(fā)展期，推動產(chǎn)品商品化，產(chǎn)業(yè)化和普及化的條件已經(jīng)成熟。主要表現(xiàn)在：理論、設(shè)計和初中提供了技術(shù)基礎(chǔ)我國從七十年代開始跟蹤這項新技術(shù)，對電機(jī)運動控制系統(tǒng)中應(yīng)用脈寬調(diào)制技術(shù)(PWM)，脈幅調(diào)制技術(shù)(PAM)和正弦寬調(diào)制技術(shù)(SPWM)進(jìn)行深入研究和實踐，為無刷直流電機(jī)的發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。電機(jī)控制器件的來源有了保證。改革開放后，國外各大導(dǎo)體器件廠商搶灘中國市場，使國內(nèi)方便采購到世界當(dāng)今最先

27、進(jìn)的電機(jī)專用的大規(guī)模集成路驅(qū)動器器件、大功率開關(guān)器件、高性能微處理器，DSP數(shù)字信號處理器，MOSFET功率器件和IG功率模塊等，價格也比過去更加便宜，為推出性能優(yōu)良、價格低廉的無刷直流電動機(jī)提供了器件來源稀土永磁材料生產(chǎn)已形成規(guī)模。我國是稀土元素礦藏大國，有著豐富的資源優(yōu)勢。特別是第三代稀土永磁材料-釹鐵硼(NdFeB)磁鋼的性能不斷提高，價格便宜，為我國無刷電機(jī)的規(guī)模生產(chǎn)，提供了可靠的材料來源。專用生產(chǎn)裝備的制造和專業(yè)化生產(chǎn)協(xié)作得到發(fā)展通過改革和結(jié)構(gòu)高速，電機(jī)行業(yè)的規(guī)?；a(chǎn)，零部件專業(yè)化協(xié)作及生產(chǎn)裝備、測試設(shè)備的制造、供應(yīng)已成體系，無刷直流電機(jī)的專用生產(chǎn)設(shè)備如線圈繞制、嵌線、定子塑封、充磁裝置等已有產(chǎn)品。國內(nèi)外市場有迫切需求。由于國內(nèi)稀土永磁材料價格僅為國際市場價的13-14，并且勞務(wù)費用低，隨著國外永磁無刷電動機(jī)的需求的增長，國外商家關(guān)注中國，為我國產(chǎn)品出口提供商機(jī)。國內(nèi)特別是家電