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常見問題

無刷直流電機的特點

文字:[大][中][小] 2017/5/31     瀏覽次數:    


  1831年,法拉第發現了電磁感應現象,奠定了現代電機的基本理論基礎。從19世紀40年代研制成功第一臺直流電機,經過大約17年的時間,直流電機技術才趨于成熟。隨著應用領域的擴大,對直流電機的要求也就越來越高,有接觸的機械換向裝置限制了有刷直流電機在許多場合中的應用。為了取代有刷直流電機的電刷-換向器結構的機械接觸裝置,人們曾對此作過長期的探索。1915年,美國人Langnall發明了帶控制柵極的汞弧整流器,制成了由直流變交流的逆變裝置。20世紀30年代,有人提出用離子裝置實現電機的定子繞組按轉子位置換接的所謂換向器電機,但此種電機由于可靠性差、效率低、整個裝置笨重又復雜而無實用價值。

  科學技術的迅猛發展,帶來了電力半導體技術的飛躍。開關型晶體管的研制成功,為創造新型直流電機 ——無刷直流電機帶來了生機。1955年,美國人Harrison首次提出了用晶體管換相線路代替電機電刷接觸的思想,這就是無刷直流電機的雛形。它由功率放大部分、信號檢測部分、磁極體和晶體管開關電路等組成,其工作原理是當轉子旋轉時,在信號繞組中感應出周期性的信號電動勢,此信號電動勢分別使晶體管輪流導通實現換相。問題在于,首先,當轉子不轉時,信號繞組內不能產生感應電動勢,晶體管無偏置,功率繞組也就無法饋電,所以這種無刷直流電機沒有起動轉矩;其次,由于信號電動勢的前沿陡度不大,晶體管的功耗大。為了克服這些弊病,人們采用了離心裝置的換向器,或采用在定子上放置輔助磁鋼的方法來保證電機可靠地起動。但前者結構復雜,而后者需要附加的起動脈沖。其后,經過反復的試驗和不斷的實踐,人們終于找到了用位置傳感器和電子換相線路來代替有刷直流電機的機械換向裝置,從而為直流電機的發展開辟了新的途徑。⒛世紀60年代初期,接近開關式位置傳感器、電磁諧振式位置傳感器和高頻耦合式位置傳感器相繼問世,之后又出現了磁電耦合式和光電式位置傳感器。半導體技術的飛速發展,使人們對1879年美國人霍爾發現的霍爾效應再次發生興趣,經過多年的努力,終于在1962年試制成功了借助霍爾元件(霍爾效應轉子位置傳感器)來實現換相的無刷直流電機。在⒛世紀70年代初期,又試制成功了借助比霍爾元件的靈敏度高千倍左右的磁敏二極管實現換相的無刷直流電機。在試制各種類型的位置傳感器的同時,人們試圖尋求一種沒有附加位置傳感器結構的無刷直流電機。1968年,德國人W·Mieslinger提出采用電容移相實現換相的新方法。在此基礎上,德國人R·Hanitsch試制成功借助數字式環形分配器和過零鑒別器的組合來實現換相的無位置傳感器無刷直流電機。

  無刷直流電機按照工作特性,可以分為兩大類:

  1、具有直流電機特性的無刷直流電機

  反電動勢波形和供電電流波形都是矩形波的電機,稱為矩形波同步電機,又稱無刷直流電機。這類電機由直流電源供電,借助位置傳感器來檢測主轉子的位置,由所檢測出的信號去觸發相應的電子換相線路以實現無接觸式換相。顯然,這種無刷直流電機具有有刷直流電機的各種運行特性。

  2、具有交流電機特性的無刷直流電機

  反電動勢波形和供電電流波形都是正弦波的電機,稱為正弦波同步電機。這類電機也由直流電源供電,但通過逆變器將直流電變換成交流電,然后去驅動一般的同步電機。因此,它們具有同步電機的各種運行特性。

  嚴格來說,只有具有直流電機特性的電機才能稱為無刷直流電機,本書主要討論這種類型的無刷直流電機。

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