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VTV电机相比其它电机有哪些优势?
发表时间:2018-11-05 16:06

‍     相较其它电机来讲,VTV电机直流电机具有响应快速、较大的起动转矩,从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能,但直流电机的优点也正是它的缺点,因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能,则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°,这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外,使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子,免维护、坚固、应用广,但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多,提升驱动电机的性能。微处理机速度亦越来越快,可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中,适当控制交流电机在两轴电流分量,达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。

  此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中,而且体积越来越小;像模拟/数字转换器(Analog-to-digital converter,ADC)、脉冲宽度调制(Pulse wide modulator,PWM)…等。直流无刷电机即是以电子方式控制交流电机换相,得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。

控制结构

  直流无刷电机是同步电机的一种,也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(p)影响:n=120.f / p。在转子极数固定情况下,改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器),控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正,以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。

  直流无刷驱动器包括电源部及控制部、电源部提供三相电源给电机,控制部则依需求转换输入电源频率。电源部可以直接以直流电输入(一般为24v)或以交流电输入(110v/220 v),如果输入是交流电就得先经转换器(Converter)转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器(Inverter)转成3相电压来驱动电机。换流器    (Inverter)一般由6个功率晶体管(q1~q6)分为上臂(q1、q3、q5)/下臂(q2、q4、q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供pwm(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(Inverter)换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制,所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(Hall-sensor),作为速度之闭回路控制,同时也做为相序控制的依据。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。

控制原理

  要让电机转动起来,控制部就必须根据Hall-sensor感应到的电机转子所在位置,然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(Inverter)中功率晶体管的顺序,使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场,并与转子的磁铁相互作用,如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到Hall-sensor感应出另一组信号的位置时,控制部又再开启下一组功率晶体管,如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管);要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。

固定磁场无刷电机

  一般的无刷直流电机本质上属于伺服电机,由同步电机和驱动器构成,是变频调速电机。变压调速的无刷直流电机是真正意义上的无刷直流电机,它由定子和转子构成,定子由铁心构成,线圈采用“顺-逆-顺-逆……”绕组,由此产生N-S群的固定磁场,转子由一个圆柱体磁铁构成(中间带轴),或由电磁铁加集电环组成,此无刷直流电机可以产生转矩,但不能控制方向,无论怎么说,本电机都是一项非常有意义的发明。当作为一个直流发电机,本发明可以产生连续振幅的直流电流,从而避免使用滤波电容器,转子可以是永磁、有刷励磁或无刷励磁。当作为大型电机时,本电机会产生自感,需要采用保护装置。


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