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無刷馬達 (概述篇)

2024-11-14 13:29| 发布者: 闪电| 查看: 3| 评论: 0

摘要: 在前幾篇中,我們簡單的介紹了步進馬達,那麼在馬達控制領域裡,無刷馬達是目前應用最為廣泛的馬達類型之一。本篇則會以無刷馬達的簡單介紹來作開端!馬達的歷史始于19世紀初電磁現象的發現,並逐漸成為工業化時代最 ...

在前幾篇中,我們簡單的介紹了步進馬達,那麼在馬達控制領域裡,無刷馬達是目前應用最為廣泛的馬達類型之一。本篇則會以無刷馬達的簡單介紹來作開端!

馬達的歷史始于19世紀初電磁現象的發現,並逐漸成為工業化時代最重要的電子系統之一。隨著技術發展,工程技術人員們發明了許多類型的馬達,包括直流(DC)馬達、感應馬達和同步馬達。

作為永磁同步馬達(PMSM)的一種,無刷馬達歷史悠久。但在最初時期,由於其啟動和變速困難,除具有昂貴控制機構的工業應用外,一直未被廣泛應用。然而近年來,隨著強大的永磁體的改進以及人們節能意識的增強,無刷馬達在各個領域都得到了飛速的發展。

<直流有刷馬達與無刷馬達的區別>

直流有刷馬達(通常簡稱直流馬達)具有可控性好、效率高、易小型化等特點,是最常用的馬達類型。相比於直流有刷馬達,無刷馬達不需要電刷和換向器,因而其使用壽命長、易於維護、運行噪音低。此外,它不僅具有直流馬達高可控性,還擁有較高的結構自由度,易於嵌入設備中。得益於這些優勢,無刷馬達的應用逐漸擴展,目前其在工業設備、辦公自動化設備和家用電器上都得到了廣泛的應用。

                                            直流有刷馬達和無刷馬達的結構區別

                          圖1 直流有刷馬達和無刷馬達的結構區別 / 作者:東芝半導體 / 出處https://mp.weixin.qq.com/s/dvfuXgbLA3D6gF5Ca4lKQg

直流無刷馬達和永磁同步馬達(PMSM)的結構基本相同。然而,直流無刷馬達既是一個馬達家族(包括PMSM和步進馬達),又是一個獨立的馬達類型。
如下圖所示,其可根據馬達的旋轉方式進行多種分類。

                                          直流無刷馬達的分類

                                      圖2 直流無刷馬達的分類 / 作者:東芝半導體 / 出處https://mp.weixin.qq.com/s/dvfuXgbLA3D6gF5Ca4lKQg

<無刷馬達的工作情況>

無刷馬達在工作時,首先將永磁體用作轉子(旋轉側),線圈用作定子(固定側)。然後外部逆變電路根據馬達的旋轉控制電流到線圈的切換,
無刷馬達與檢測轉子位置的逆變電路配合使用,並根據轉子位置將馬達電流引入線圈。轉子位置檢測方法主要有三種:
                                     一是電流檢測,電流檢測是磁場定向控制的必要條件
                                     二是霍爾感測器檢測,利用三個霍爾感測器,通過轉子的磁場檢測轉子位置
                                     三是感應電壓檢測,通過轉子旋轉產生的感應電壓變化來檢測轉子位置,這是無感馬達的位置檢測方法之一。



                                    直流無刷馬達的工作流程 

                                            圖3 直流無刷馬達的工作流程  / 作者:東芝半導體 / 出處https://mp.weixin.qq.com/s/dvfuXgbLA3D6gF5Ca4lKQg

 無刷馬達有兩種基本控制方法。此外,還有一些控制方法需要複雜的計算,如向量控制和弱場控制。

<方波驅動>

根據轉子的旋轉角度,切換逆變電路功率元件的開關狀態,然後改變定子線圈的電流方向,使轉子旋轉。

<正弦波驅動>

通過檢測轉子的旋轉角度來旋轉轉子,在逆變電路中產生相移為120度的3相交流電,然後改變定子線圈的電流方向和大小。

                                      無刷直流馬達驅動狀態

                                               圖4 無刷直流馬達驅動狀態 / 作者:東芝半導體 / 出處https://mp.weixin.qq.com/s/dvfuXgbLA3D6gF5Ca4lKQg

                                                              直流無刷馬達應用
                                                          圖5 直流無刷馬達應用 / 作者:東芝半導體 / 出處https://mp.weixin.qq.com/s/dvfuXgbLA3D6gF5Ca4lKQg

直流無刷馬達目前廣泛應用在各個領域,包括家用電器、汽車電子、工業設備、辦公自動化以及機器人和便攜消費電子等,
未來隨著馬達技術不斷進步,直流無刷馬達的應用還將具有更廣闊的發展空間。


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