使用BLDC替代三相感應(yīng)電機(jī)評估方案

1、 WORD 一、 與三相感應(yīng)電機(jī)a、鼠籠式感應(yīng)電機(jī)：三相交流異步電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，所以稱為異步電動機(jī)，它是在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上形成轉(zhuǎn)動的，故又稱為感應(yīng)電動機(jī)。電動機(jī)的定子上為三相散嵌式分布繞組，轉(zhuǎn)子為籠式的導(dǎo)條（ 鼠籠式轉(zhuǎn)子繞組是自己短路的繞組，在轉(zhuǎn)子在每個槽中放有一根導(dǎo)體材料為銅或鋁，導(dǎo)體比鐵芯長，在鐵芯兩端用兩個端環(huán)將導(dǎo)體短接，形成短路繞組。若將鐵芯去掉，剩下的繞組形狀似松鼠籠子，故稱鼠籠式繞組。）電動機(jī)在定子繞組加三相交流電后，會形成旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)子上的閉合的導(dǎo)條會因?yàn)榍懈疃ㄗ哟艌龅拇帕€而感應(yīng)出電勢和電流，而帶電（電流）的導(dǎo)體在磁場中就會產(chǎn)生運(yùn)動，這樣電動機(jī)轉(zhuǎn)

2、子就旋轉(zhuǎn)起來了。這就是鼠籠式三相異步電動機(jī)的工作原理。 這種電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)子上無繞組，維修成本低，而使用壽命長。使用的場合很多了，幾乎使用在日常生活、工廠設(shè)備、港口碼頭、油田煤礦等各個領(lǐng)域。它的缺點(diǎn)是調(diào)速性能差，啟動力矩較小，因此在一些要求平滑調(diào)速和啟動力矩很大的場合常用其他類型電動機(jī)來完成。b、 無刷直流電動機(jī)的發(fā)展演變與在國工控業(yè)界的應(yīng)用現(xiàn)狀在國外，電機(jī)大致沿著 AC交流異步電機(jī)直流無刷電機(jī)步進(jìn)電機(jī)伺服電機(jī) 這樣的演變流程在發(fā)展。因此對于各種電機(jī)的特性，國外的工程師往往比較了解，電機(jī)的采用主要根據(jù)最適合現(xiàn)場的標(biāo)準(zhǔn)來選擇。我國的工業(yè)自動化，在改革開放后飛速發(fā)展起來。在90年代，伺

3、服電機(jī)就已經(jīng)被引入國，廣大的工控人士得以直接接觸到了電機(jī)的最高端類型伺服電機(jī)。而在改革開發(fā)之前，我國工控業(yè)界馬達(dá)使用類型較為單一，絕大部分的工程師都只知道和使用AC交流異步電機(jī)。中間類型的步進(jìn)電機(jī)和直流無刷電機(jī)還沒有來得與接觸就應(yīng)用到了伺服電機(jī)，馬達(dá)的中間類型存在著一定的真空段，我們稱這種現(xiàn)象叫做跳級。而實(shí)際應(yīng)用中，很多場合使用直流無刷電機(jī)不僅成本下降較多，而且效果還不錯，控制也相對伺服電機(jī)簡單。提到直流無刷電機(jī)，那么就不得不提直流有刷電機(jī)。這里的“刷”實(shí)際上就是指“碳刷”，最早的直流電機(jī)都是帶有“碳刷”的。碳刷是直流有刷電機(jī)中的關(guān)鍵性部件，主要起到電流的換向作用。然而其缺點(diǎn)也是較為突出：碳刷

4、與整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生火花、碳粉，因此除了會造成組件損壞之外，使用場合也受到限制。而且碳刷存在磨耗問題，需要定期的更新碳刷，維護(hù)不方便。伴隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，使用電子換向的直流無刷電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。隨著微處理機(jī)速度亦越來越快，人們可以將控制電機(jī)必需的功能做在芯片中，而且體積越來越小。像模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog-to-digital converter，ADC)、脈沖寬度調(diào)制(pulse wide modulator，PWM)等。直流無刷電機(jī)即是以電子方式控制交流電換相，得到類似直流電機(jī)特性又沒有直流電機(jī)機(jī)構(gòu)上缺失的一種應(yīng)用。從目前直流電機(jī)的發(fā)展趨勢來看，直流有刷電機(jī)逐步被淘汰，直流無刷

5、電機(jī)成為直流電機(jī)的主流。外形與部構(gòu)造：二、與三相感應(yīng)電機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn)無刷直流電機(jī)是一種超高性能的新型電機(jī)，代表著電機(jī)的發(fā)展方向，這種電機(jī)與感應(yīng)電機(jī)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):1、 均勻轉(zhuǎn)矩、卓越的速度穩(wěn)定性 直流無刷電機(jī)能夠比較電動機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號與設(shè)定速度，同時調(diào)整供應(yīng)給電動機(jī)的電流。籍此穩(wěn)定了馬達(dá)速度，即使負(fù)載狀況發(fā)生變化，仍舊可以以穩(wěn)定的速度驅(qū)動。可以在超低速下大扭矩運(yùn)行、可以在超高速下高效率運(yùn)行，可以去掉減速機(jī)直接拖動負(fù)載，實(shí)現(xiàn)電機(jī)與設(shè)備的直聯(lián)，而感應(yīng)電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)以上性能。2、 效率高：異步電機(jī)是感應(yīng)電機(jī)，要從電網(wǎng)中吸收能量建立電機(jī)主磁場，造成一定的能量損耗；無刷直流電機(jī)小馬達(dá)轉(zhuǎn)子中安裝有稀土永

6、磁材料，建立了轉(zhuǎn)子磁場，不再吸收電網(wǎng)能量來建立電機(jī)磁場，轉(zhuǎn)子與定子磁場同步運(yùn)行，轉(zhuǎn)子繞組中無感生電流，消除了轉(zhuǎn)子電阻銅耗和磁滯損耗，不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的二次損耗節(jié)省了電能，提高了電機(jī)效率。3、 軟起軟停起動力矩大：通過改變無刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，使電機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩大于感應(yīng)電機(jī)，因此在需要大起動轉(zhuǎn)距的設(shè)備中可以用較小容量的無刷直流電機(jī)替代較大容量的感應(yīng)電機(jī)，較好的解決了“大馬拉小車”的問題，節(jié)省了設(shè)備的投入費(fèi)用，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效能。4、溫升低：由于無刷直流電機(jī)效率高，轉(zhuǎn)子繞組中不存在電阻損耗，定子繞組中幾乎不存在無功電流，電機(jī)電流減小，電機(jī)溫升低，延長了電機(jī)的使用壽命。直流無刷電機(jī)之所發(fā)熱量低，在于其效

7、率高。能量轉(zhuǎn)換主要表示為熱量加做功，當(dāng) 做功的效率高時，溫升自然就比較低。因此直流無刷電機(jī)非常適合使用在24小時連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的場合。具體的效率比請參考美國能源部對各種驅(qū)動電機(jī)效率的比較，如圖所示：5、體積小、重量輕、耗材少：由于無刷直流電機(jī)效率高、電流小、溫升低，因而電機(jī)的體積可以減小，重量可以減輕。所用材料如硅鋼板、銅線、鑄鐵等可以減少，無刷直流電機(jī)與同容量的感應(yīng)電動機(jī)相比可以減少一到兩個機(jī)座號，體積、重量和所用材料均可以減輕30%左右。變頻器控制異步電動機(jī)與無刷直流電動機(jī)的最大輸入電流相差較大,特別是電動機(jī)臺數(shù)較多時,為了保證啟動電流,將導(dǎo)致電源設(shè)備大容量化。此時無刷直流電動機(jī)具有優(yōu)勢?？傊?

8、 無刷直流電機(jī)與感應(yīng)電動機(jī)相比具有效率高、功率因數(shù)高、起動轉(zhuǎn)矩大、力能指標(biāo)好、溫升低、用材少等特點(diǎn)。它提高了電網(wǎng)的品質(zhì)因數(shù)和運(yùn)行效能，通過提高起動轉(zhuǎn)矩較好的解決了用電設(shè)備中“大馬拉小車”的現(xiàn)象，起到了高效節(jié)能的作用，其綜合節(jié)電率為20%左右。目前直流無刷電機(jī)在國工控市場的知名度不高、普與率較低。許多用戶當(dāng)變頻器異步電動機(jī)滿足不了要求時就盲目直接采用伺服電動機(jī)、而很多情況可以用價格低的無刷直流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)。采用伺服電機(jī)類似大馬拉小車，不僅控制相對復(fù)雜，而且也是對資源的浪費(fèi)。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量能源的消耗加快了地球溫室化，威脅著人類生存。節(jié)能減排是全球面臨的嚴(yán)峻課題，國家發(fā)展改革委員會啟動了節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃，其中的一項(xiàng)就是電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程。“十一五”期間的節(jié)能目標(biāo)，電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率提高2個百分點(diǎn)、節(jié)電200億千瓦時。中國各類電動機(jī)總?cè)萘考s5.8億千瓦，占總耗電量的60%以上，其流電動機(jī)占90%、整體運(yùn)行效率比先進(jìn)國家低10%以上。推廣使用高效節(jié)能的直流無刷電機(jī)正可謂利國利民。 三、性能仿真使用Ansoft_Maxwell進(jìn)行性能仿真最高效率達(dá)到80，在3-負(fù)載下效率50以上，輸出功率62四、手板樣品費(fèi)用（一臺）加工方式費(fèi)用合計轉(zhuǎn)子部分轉(zhuǎn)軸機(jī)加