直流调速系统的永磁无刷直流电动机
林建平
发布于2022-11-17 16:45
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标签：电动机
电动机是指把电能转换成机械能的装置，在运动控制系统中提供驱动力。电动机的工作原理是通电线圈在磁场中受力的作用而运动。
电动机分类方法繁多。按照工作电源分为直流电动机和交流电动机，其中直流电动机又分为永磁电动机和电励磁电动机，交流电动机又分为单项电动机和三相电动机;按照工作原理与结构分为直流电动机、同步电动机和异步电动机按照用途分为起动电动机、驱动电动机和控制电动机按照速度分为低速电动机、高速电动机、恒速电动机和调速电动机。每种分类下还细分若干种。
在运动控制系统中常用的电动机有直流电动机、永磁无刷直流电动机、永磁同步电动机、异步电动机、步进电动机、直线电动机等。
1.直流电动机
直流电动机的工作原理是基于电磁感应定律和电磁力定律，其结构主要由定子、转子、换向器、电刷、轴等组成。直流电动机结构如图2.9所示。
图2.9 直流电动机结构
直流调速系统的主要优点在于调速性能好、调速范围广、平滑调速、起动制动转矩大、驱动控制电路简单等。由于电刷和换向器的存在，直流调速系统运行时会产生换向火花，换向时产生谐波，污染电网，低速起动时无功分量较大，虽然其驱动控制电路简单，但与同容量、转速的交流电动机相比，直流电动机本体复杂、体积大、造价高，此外，日常维护量大，须定期检查、更换电刷，对于大容量、高电压及高转速的调速系统，直流电动机难以胜任。目前，随着交流调速技术、微控制器和功率电子器件的发展，交流调速系统的性能已经不逊于或超过直流调速系统，交流调速已经逐步取代直流调速。
2.永磁无刷直流电动机
永磁无刷直流电动机属于自同步电动机，其电动机本体和驱动器组成一体，以电子换向器代替机械电刷和换向器实现直流电动机的换向，克服了直流电动机换向器和电刷带来的缺点。永磁无刷直流电动机原理结构如图2.10所示，永磁无刷直流电动机工作原理如图2.11所示。
图2.10 永磁无刷直流电动机原理结构
永磁无刷直流电动机调速系统借助于高频率、大容量、智能化开关器件的涌现，借助于智能功率模块和大功率集成电路的发展，借助于控制技术的进步，借助于传感器性能的提高，使之能够继承直流调速系统优点的同时克服了直流调速系统的不足，得到了更为广泛的应用。
图2.11 永磁无刷直流电动机工作原理
永磁无刷直流电动机调速系统调速性能优越，体积小，重量轻，转动惯量小，动态响应快，功率密度高，输出转矩大，没有换向火花，没有电磁干扰，维修简便。由于不存在励磁损耗，发热的电枢绕组安装在定子上，散热容易，进一步提高了效率和可靠性。技术进步推动当今的永磁无刷直流电动机向着超高速、高转矩、高功能化、微型化方向发展。当然，永磁无刷直流电动机也存在不足，受到永磁材料性能的限制，超大功率电动机的研制受限永磁材料在受到振动、高温和过电流时，磁性能可能下降或发生退磁现象，这将降低永磁电动机的性能。
