永磁無刷直流電機(jī)的應(yīng)用

永磁無刷直流電機(jī)的應(yīng)用

1永磁電機(jī)的優(yōu)勢(shì)與普通直流電機(jī)類似，無刷刷機(jī)為b.dom，具有高效率、動(dòng)態(tài)性能好、電機(jī)速度性能好等優(yōu)點(diǎn)。由于無刷電動(dòng)機(jī)取消了電刷和換向器間的滑動(dòng)接觸,因此具有壽命長(zhǎng)、可靠性高、噪聲低、能用于防爆場(chǎng)所等特點(diǎn),使得它在各行各業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。而轉(zhuǎn)子位置是控制BLDCM所需的重要信號(hào)?；魻杺鞲衅骶哂斜阋?、可靠、安裝簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn),成為較普遍使用的一種傳感器。位置傳感器的安裝精度對(duì)永磁電機(jī)的運(yùn)行性能影響很大。通?；魻杺鞲衅饔袃煞N安裝方法,一種是單獨(dú)安裝在非驅(qū)動(dòng)端,并在軸上有小傳感器磁鋼,還有一種是直接安裝在定子槽(或齒)中。2整提前導(dǎo)通直接安裝傳感器具有安裝簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn),但是不能調(diào)整提前導(dǎo)通或者延遲導(dǎo)通。因此,電機(jī)反電勢(shì)設(shè)計(jì)必須很準(zhǔn)確,并且應(yīng)當(dāng)對(duì)電機(jī)和控制器進(jìn)行系統(tǒng)仿真計(jì)算,否則有可能達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速或額定功率。2.1傳感器間的垂直度BLDCM經(jīng)常采用整距集中繞組。這種情況下,霍爾傳感器比較容易安裝。對(duì)于三相電機(jī)來說,每相之間相差120°電角,而每槽之間正好是60°電角。也就是說,霍爾傳感器之間應(yīng)相差2個(gè)槽距(或6n+2個(gè)槽距)。出于BLDCM控制的需要,往往要求A相的霍爾傳感器安裝在A相反電勢(shì)波形的30°電角位置上。此時(shí)可以將A相傳感器安裝在與A相槽之后的那個(gè)齒的中心線上,其他則依次相隔2個(gè)齒。通?；魻杺鞲衅靼惭b在定子鐵心的引出線端(非驅(qū)動(dòng)端)。定子沖片的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮這些傳感器的安裝。值得注意的是,為了防止由于端部效應(yīng)導(dǎo)致端部磁場(chǎng)不足,可以把安裝霍爾傳感器的那一端轉(zhuǎn)子上的磁鋼加長(zhǎng)(通常為一個(gè)氣隙長(zhǎng)度)。2.2合成反電勢(shì)的位置有時(shí),BLDCM采用短距繞組、分布繞組或分?jǐn)?shù)槽繞組。這時(shí),霍爾位置傳感器的安裝就稍微復(fù)雜一些。具體步驟如下:首先,根據(jù)每相相差120°電角和槽間角來確定三相霍爾之間的間距,即:其中:Ns為兩相霍爾之間的槽間距;α為每槽距所占的電角度。注意,n=1,2,3……,為自然數(shù),選擇n應(yīng)使得Ns為整數(shù)。然后,計(jì)算A相合成反電勢(shì)的相位角,以得到30°電角位置,作為A相霍爾安裝的位置。下面舉例說明。假設(shè)一臺(tái)電機(jī)8極,9槽。A相繞組分別在第1、2、3、9槽中。見圖1。第一步,計(jì)算每?jī)上嗷魻杺鞲衅髦g的間距。其中,2p為極數(shù),這里2p=8;Z1為槽數(shù),這里Z1=9。選擇n=1是為了保證Ns為整數(shù)?？梢?每?jī)上嗷魻栃盘?hào)之間相差3槽。第二步,計(jì)算A相霍爾的位置,即A相繞組相位角為30°電角的位置。假定第1槽的左邊的齒中心線為0°電角,則1、2、3、9槽的電角分別為80°、240°、400°(40°)、1360°(280°)。則合成反電勢(shì)為:容易求得,合成反電勢(shì)的電角度為20°?？梢?0°電角度的位置在第1個(gè)齒偏右邊2×(30-20)/8=2.5°機(jī)械角的位置。值得一提的是這種方法順便計(jì)算了繞組系數(shù)為2.3u3000bcdm的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)BLDCM的性能類似于恒定勵(lì)磁的直流電機(jī),其輸入電壓、電阻以及轉(zhuǎn)速之間存在嚴(yán)格的關(guān)系。眾所周知,直流電動(dòng)機(jī)的反電勢(shì)應(yīng)當(dāng)小于外部輸入電壓,其差值用于克服電阻壓降。但是,與一般直流電機(jī)不同的是,直流電機(jī)每次參與換向的是相鄰兩個(gè)碳刷之間的繞組,而BLDCM參與換向的是一相繞組。因此確切地說,三相BLDCM的性能類似于恒定勵(lì)磁的三相換向器直流電機(jī)。因此在換向時(shí)刻,電機(jī)的相繞組電感會(huì)抑制相電流的上升,導(dǎo)致相電流不能在短時(shí)間內(nèi)上升到額定值,其結(jié)果是電機(jī)實(shí)際上沒有導(dǎo)通120°電角。為了解決這個(gè)問題,BLDCM在設(shè)計(jì)中必須考慮反電勢(shì)與外部輸入電壓之差要大于普通直流電機(jī),以克服電感對(duì)相電流波形的影響。一般來說,差值越大,電流上升越快,越能接近120°電角導(dǎo)通,但是電機(jī)的電壓利用率也越低。由于直接安裝霍爾傳感器的BLDCM無法通過軟件調(diào)整導(dǎo)通時(shí)間,因此設(shè)計(jì)中反電勢(shì)計(jì)算需要相當(dāng)準(zhǔn)確。永磁電機(jī)的漏磁場(chǎng)分析比較困難,簡(jiǎn)化磁路計(jì)算很難滿足精度要求。ANSYS、ANSOFT等磁場(chǎng)分析軟件有助于實(shí)現(xiàn)反電勢(shì)的精確計(jì)算。比較穩(wěn)妥的方法是將電機(jī)的反電勢(shì)設(shè)計(jì)稍大一點(diǎn),但是保留磁鋼軸向長(zhǎng)度減少、氣隙增大等手段以減少反電勢(shì),最后通過試驗(yàn)來進(jìn)行調(diào)整。3傳感器的旋轉(zhuǎn)調(diào)整單獨(dú)安裝霍爾傳感器的方法有很多,但是原理相同。其定子(霍爾傳感器)按照電角度為120°進(jìn)行分布,一般做成印制板;轉(zhuǎn)子(磁鋼)極數(shù)與電機(jī)的極數(shù)相等。傳感器定子印制板可以旋轉(zhuǎn)調(diào)整,通過電機(jī)盤車測(cè)量反電勢(shì)確定傳感器初始角的位置。當(dāng)電機(jī)的反電勢(shì)比較高時(shí),有可能在額定輸入直流電壓下電機(jī)達(dá)不到額定轉(zhuǎn)速,這時(shí)可以調(diào)整傳感器初始角的位置提前導(dǎo)通,從而達(dá)到類似直流電機(jī)移碳刷的效果。因此單獨(dú)安裝霍爾傳感器雖然比較麻煩,但是其靈活性要高一些。不過,過高的反電勢(shì)沒有帶來好處,反而會(huì)導(dǎo)致磁鋼使用增加(成本增加)、鐵耗增加等缺點(diǎn)。因此,