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实现更高效运行,直流电机对驱动技术有何要求

时间:2024-04-11 09:48:00来源:中国传动网

导语:​直流电机在我们日常生活中应用广泛,小到日用家电,大到工业汽车设备,都有着大量直流电机的应用。对直流电机进行一个大致的分类,有着绕组磁场直流电机和永磁磁场直流电机两大类,永磁磁场直流电机里就有着我们十分熟悉的有刷和无刷直流电机。

  直流电机在我们日常生活中应用广泛,小到日用家电,大到工业汽车设备,都有着大量直流电机的应用。对直流电机进行一个大致的分类,有着绕组磁场直流电机和永磁磁场直流电机两大类,永磁磁场直流电机里就有着我们十分熟悉的有刷和无刷直流电机。

  有刷直流电机和无刷直流电机

  二者作为老生常谈的电机类型,二者最大的差别就在电刷上,有刷直流电机使用永磁力作为定子,线圈绕在转子上,通过碳刷与换向器机器的机械作用传输能量,这是它被叫有刷直流电机的原因,而无刷直流电机转子和定子间没有换向器这样一个机械部件。

  有刷电机是线圈由于电刷和换向器的连接状态、电流和磁场的产生、以及固定磁体和线圈外侧的极性关系而沿相同方向持续运动,从而使转子旋转。无刷直流电机通过不同线圈的电流流入和流出使磁场发生变化,从而使外侧磁体转子旋转。有刷电机与无刷电机在如今高能效电机发展的趋势下发展截然不同。

  有刷直流电机的式微,一是由于高性能功率器件作为电机的开关在控制方式上更加实用、更加经济可靠,取代了有刷电机的优势,二是无刷直流电机没有刷子磨损,在电气噪声和机械噪声、能效、可靠性、寿命上更具优势。

  不过有刷电机依然是低成本应用的可靠选择,配置合适的控制器、开关,就可以实现很好的性能。加之几乎不需要电子控制装置,所以整个电机控制系统会相当便宜。此外,还能节省配线和连接器所需的空间,并降低电缆和连接器的成本,在对能效没有要求的应用上性价比很高。

  直流电机与驱动

  电机和驱动是密不可分的,尤其是近年来市场的变化对电机驱动提出了更高的要求。首先就是在可靠性的高要求,各种保护功能是必备的,还会要求内置电流限制以便在电机启动、强制停止或堵转时控制电机的电流,这些都是在可靠性上的增强。

  通过速度控制和相位控制实现的电机旋转数字控制技术,以及执行器要求的高精度定位控制技术等高效驱动控制算法,对于高性能电机应用系统的开发而言是不可或缺的。这就需要有设计人员可轻松使用的高效驱动控制算法。

  而且现在很多厂商都会直接将算法硬件化,再应用在驱动IC上,设计人员使用起来也更加方便,便捷的驱动设计现在更受青睐。

  稳定也是需要驱动技术的支持的,驱动波形的优化对减少电机噪声和振动有着很大影响,适合各种电机磁路的激励驱动技术能大幅减少电机工作时的稳定性。此外,就是驱动对于更低功耗更高效率的持续追求。

  直流电机很典型的驱动方式半桥驱动的作用就是通过功率管产生交流电触发信号,从而产生大电流进一步驱动电机。相比于全桥,半桥驱动电路成本偏低,电路也更容易形成,半桥电路在振荡转换之间容易使波形变坏,产生干扰。全桥电路成本高更复杂一些,也不容易产生泻流。

  现在很流行的PWM驱动,在直流电机里已经是应用得很广泛的驱动方案,其中一个原因就是它可以减少驱动电源的功耗而应用越来越广泛。现在很多电机PWM方案在提高宽占空比,提升频率覆盖,以及降低功耗这些方面都做到了很高的水平。

  有刷电机在进行PWM驱动时开关损耗会随着PWM频率升高而增加,通过增加频率来减轻电流纹波时,需要权衡频率与效率。无刷电机的正弦波激励PWM驱动在效率上也是出彩的方案,虽然会比较复杂。

  小结

  随着终端市场的功能需求变化,直流电机在性能、能效上的要求正在逐渐提高。不管应用有刷直流电机还是无刷直流电机,都需要根据场景需要来选择合适的驱动技术,来实现更可靠更平稳更高效的电机运行。

标签: 直流电机

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