永磁同步电机调速范围-永磁同步电机-节能电机(查看)
作者:火山电气2019/11/25 22:42:41

低压永磁同步电机设计过程涉及一些基本考虑因素,对于启动器,应用环境的要求,什么时候需要什么扭矩和速度,多久需要一次?什么是工作循环?温度和压力等环境条件是什么?即使是***的电机,如果电机应用错误的领域,其不会发挥大的效率。许多电动机都用于齿轮电动机、齿轮减速器和电动机的组合。齿轮马达以低速提供高扭矩,简言之,齿轮电机在放大扭矩的同时,永磁同步电机,会吸收电机功率并降低转速,齿轮电机占空比会影响电机的性能额定值,例如连续的占空比。




稀土与铁氧体(陶瓷)磁体的选择
电机中使用了钕、稀土、钐钴磁铁或铁氧体(陶瓷)磁铁,稀土磁铁的强度是铁氧体或陶瓷永磁体的两到三倍,但价格较贵。钐钴磁铁是高温应用的佳选择,因为它们具有高能量密度、250至550°C的耐温性、温度升高导致的参数小幅度降低以及氧化保护,选择钐钴或钕作为电机磁铁是根据工作温度、耐腐蚀性和要求的性能。如果加热到80℃以上,低等级的钕磁铁可能开始失去“强度”,高等级的钕磁铁在220℃以下的温度下工作。铁氧体或陶瓷磁铁由于其很强的电阻而得到广泛的认可,退磁性好,耐腐蚀性强,价格低廉。在250°C以上的温度下工作时会发生磁损耗,但当磁铁降到较低的温度时会***磁损耗。除非电路设计用于极端情况,否则-40°C的低温可能会导致永磁强度的永损失。


霍尔传感器
与有刷直流电机不同,无刷直流电机使用电子方式换向。要使BLDC转起来,必须要按照一定的顺序给定子通电,那么我们就需要知道转子的位置以便按照通电次序给相应的定子线圈通电。定子的位置是由嵌入到定子的霍尔传感器感知的。通常会安排3个霍尔传感器在转子的旋转路径周围。无论何时,只要转子的磁极掠过霍尔元件时,根据转子当前磁极的极性霍尔元件会输出对应的高或低电平,这样只要根据3个霍尔元件产生的电平的时序就可以判断当前转子的位置,并相应的对定子绕组进行通电。




霍尔效应:当通电导体处于磁场中,由于磁场的作用力使得导体内的电荷会向导体的一侧聚集,永磁同步电机调速范围,当薄平板通电导体处于磁场中时这种效应更为明显,这样一侧聚集了电荷的导体会抵消磁场的这种影响,由于电荷在导体一侧的聚集,从而使得导体两侧产生电压,这种现象就称为霍尔效应,E.H霍尔在1879年发现了这一现象,故以此命名。
霍尔元件安放在电机的固***置,将霍尔元件安放到电机的定子是比较复杂的,因为如果安放时位置没有和转子的磁场相切那么就可能导致霍尔元件的测量值不能准确的反应转子当前的位置,鉴于以上原因,为了简化霍尔元件的安装,通常在电机的转子上安装一颗冗余的磁体,这个磁体专门用来感应霍尔元件,这样就能起到和转子磁体感应的相同效果,霍尔元件一般按照圆周安放在印刷电路板上并配备了调节盖,这样用户就可以根据磁场的方向非常方便的调节霍尔元件的位置以便使它工作在状态。
霍尔元件位置的安排上,有60°夹角和120°夹角两种。基于这种摆放形式,BLDC的电流换向顺序由制造厂商制定,当我们控制电机的时候就需要用到这种换向顺序。
注意:霍尔元件的电压范围从4V到24V不等,电流范围从5mA到15mA不等,所以在考虑控制器时要考虑到霍尔元件的电流和电压要求。另外,霍尔元件输出集电极开路,使用时需要接上拉电阻。


做控制的人都知道,任何电机的控制,无非三种不同的控制目标:

位置控制:想让电机转多少度它就转多少度

速度控制:想让电机转多快它就转多快

力矩控制:想让电机出多少力它就出多少力



要控制一个电机,首先对被控对象的了解是必须的。让我们用下面这张动图来帮助理解永磁同步电机是怎样运动起来的。定子三相上通过互差120度的交变电压以后,在定子铁芯上可以看到产生了旋转的磁场(动图中代表磁场方向的红绿颜色逆时针旋转),在这个旋转的磁场作用下,与转子磁场产生力的作用,带动转子旋转。

电机力矩是如何产生的呢?在前文《电机的力矩、转速和功率》,我们分析过力矩与电枢(定子)电流成正比;

那么电流是如何产生的呢?我们可以把电机的每一个绕组想象成一个在磁场中旋转的电阻 电感,如下面的等效电路:

假设电机开环运行,当给定电机定子三相一个互差120度的电压建立起旋转磁场以后,如果这个时候没有负载,电机会飞速的转动起来(空载),直到反电势和给定电压完全相等;此时定子绕组中的电流为仍然为0,可以将定子的旋转磁场假想(虚拟/等效)成一个绕着电机轴心旋转的磁铁,永磁同步电机的优缺点,假想出来的这块磁铁的南极与转子磁铁的北极轴线相重合;



当转子上有了负载以后,永磁同步电机额定功率,根据牛顿运动定理,电机的转速必然会有一个减速的过程,这就意味着上述等效电路中的反电势降低,而在给定电压不变的情况下,剩下的那些电压就会在电阻中产生电流了。在那这一段减速的过程当中还发生了什么事情呢?因为被负载拖拽了一下,转子磁铁的轴心比虚拟出来的定子磁铁轴心要之后一个角度了,这个角度就是我们所谓的“功角”。

关于电机的矢量模型,互联网上可以找到各种各样的图,但这些图要么太抽象,看了半天不知所云,没法和实物对照起来;要么不够,一张图里的内容有限,对实际工作指导意义不大。


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