使用BLDC替代三相感應(yīng)電機(jī)評(píng)估實(shí)施方案

1、BLDC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(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子之間存在轉(zhuǎn)速差，所以稱為異步電動(dòng)機(jī)，它是在電磁感應(yīng)基礎(chǔ)上形成轉(zhuǎn)動(dòng)的，故又稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)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(gè)槽中放有一根導(dǎo)體材料為銅或鋁，導(dǎo)體比鐵芯長(zhǎng)，在鐵芯兩端用兩個(gè)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(dòng)機(jī)在定子繞組加三相交流電后，會(huì)形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，其轉(zhuǎn)子上的閉合的導(dǎo)條會(huì)因?yàn)榍懈疃ㄗ哟艌?chǎng)的磁力 線而感應(yīng)岀電勢(shì)和電流，而帶電（電流）的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中就會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這樣電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)起來(lái)了。這

2、就是鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理。這種電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)子上無(wú)繞組，維修成本低，而使用壽命長(zhǎng)。使用的場(chǎng)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(gè)領(lǐng)域。它的缺點(diǎn)是調(diào)速性能差，啟動(dòng)力矩較小，因此在一些要求平滑調(diào)速和啟動(dòng)力矩很大的場(chǎng)合常用其他類型電動(dòng)機(jī)來(lái)完成。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（鋁籠+電噬鋼板構(gòu)成的轉(zhuǎn)子）b、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的發(fā)展演變及在國(guó)內(nèi)工控業(yè)界的應(yīng)用現(xiàn)狀在國(guó)外，電機(jī)大致沿著 AC交流異步電機(jī) 直流無(wú)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(duì)于各種電機(jī)的特性，國(guó)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(chǎng)的標(biāo) 準(zhǔn)來(lái)選擇。我國(guó)的工業(yè)自動(dòng)化，在改革開放后飛速

3、發(fā)展起來(lái)。在90年代，伺服電機(jī)就已經(jīng)被引入國(guó)內(nèi)，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(guó)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(wú)刷電機(jī)還沒(méi)有來(lái)得及接觸就應(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(jí)。而實(shí)際應(yīng)用中，很多場(chǎng)合使用直流無(wú)刷電機(jī)不僅成本下降較多，而且效果還不錯(cuò)，控制也相對(duì)伺服電機(jī)簡(jiǎn) 單。提到直流無(wú)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

4、。然而其缺點(diǎn) 也是較為突岀：碳刷及整流子在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花、碳粉，因此除了會(huì)造成組件損壞之外，使用場(chǎng)合 也受到限制。而且碳刷存在磨耗問(wèn)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(wú)刷電機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。隨著微處理機(jī)速度亦越來(lái)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(lái)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(wú)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(méi)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(shì)來(lái)

5、看，直流有刷電機(jī)逐步被淘汰，直流無(wú)刷電機(jī)成為直流電機(jī)的 主流。外形及內(nèi)部構(gòu)造:二、ELDC與三相感應(yīng)電機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn)無(wú)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(wú)刷電機(jī)能夠比較電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的反饋信號(hào)與設(shè)定速度，同時(shí)調(diào)整供應(yīng)給電動(dòng)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(dòng)?？梢栽诔退傧麓笈ぞ剡\(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(dòng)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。E-N 一«翕豈也魚鯉!W茂轉(zhuǎn)速變化大（-210%左右）轉(zhuǎn)速變

6、牝小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(chǎng)，造成一定的能量損耗；無(wú)刷直流電機(jī)小馬達(dá)轉(zhuǎn)子中安裝有稀土永磁材料，建立了轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，不再吸收電網(wǎng)能量來(lái)建立電機(jī)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子與定子 磁場(chǎng)同步運(yùn)行，轉(zhuǎn)子繞組中無(wú)感生電流，消除了轉(zhuǎn)子電阻銅耗和磁滯損耗，不會(huì)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。圖中數(shù)字=L變頻器異步電動(dòng)機(jī)的損耗-無(wú)刷克菰電動(dòng)機(jī)的損耗1結(jié)論：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的損耗«變頻器異步電動(dòng)機(jī)的損耗3、軟起軟停起動(dòng)力矩大：通過(guò)改變無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，使電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于感應(yīng)電機(jī)，因此在需要大起動(dòng)轉(zhuǎn)距的設(shè)備中 可以用較小容量的無(wú)刷直流電機(jī)替代較大容量的感應(yīng)電機(jī)，較好

7、的解決了“大馬拉小車”的問(wèn)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(wú)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(wú)功電流，電機(jī)電流 減小，電機(jī)溫升低，延長(zhǎng)了電機(jī)的使用壽命。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)調(diào)頻異步電動(dòng)機(jī)溫升（額定運(yùn)行時(shí)15.8X：35 61：溫升（間隙運(yùn)行時(shí)75°C周圍溫度為40度時(shí)：異步電動(dòng)機(jī)表面溫度將超過(guò)北度，根據(jù)EN60950的要求， 電動(dòng)機(jī)表面必須粘貼高溫警告標(biāo)志。無(wú)刷負(fù)流電動(dòng)機(jī)的表面溫庚低于贊度、不需要高溫警告標(biāo)志直流無(wú)刷電機(jī)之所發(fā)熱量低，在于其效率高。能量轉(zhuǎn)換主要表示為熱量加做功，當(dāng) 做功的效率高時(shí)，溫升自然就比較低。因此直流

8、無(wú)刷電機(jī)非常適合使用在24小時(shí)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合。具體的效率比請(qǐng)參考美國(guó)能源部對(duì)各種驅(qū)動(dòng)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(wú)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(wú)刷直流電機(jī)與同容量的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比可以減少一到兩個(gè)機(jī)座號(hào)，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(dòng)機(jī)與無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的最大輸入電流相差較大 特別是電動(dòng)機(jī)臺(tái)數(shù)較多時(shí)，為了保證啟動(dòng)電流，將導(dǎo)致電源設(shè)備大容量化。此時(shí)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)勢(shì)。80mm12OW小型優(yōu)165mmAC週速電動(dòng)機(jī)90W總之，無(wú)刷直流電機(jī)與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

9、相比具有效率高、功率因數(shù)高、起動(dòng)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(guò)提高起動(dòng)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(wú)刷電機(jī)在國(guó)內(nèi)工控市場(chǎng)的知名度不高、普及率較低。許多用戶當(dāng)變頻器異步電動(dòng)機(jī)滿足不了要求時(shí)就盲目直接采用伺服電動(dòng)機(jī)、而很多情況可以用價(jià)格低的無(wú)刷直流電動(dòng)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(duì)復(fù)雜，而且也是對(duì)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(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)啟動(dòng)了節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃，其中的

10、一項(xiàng)就是電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程?！笆晃濉逼陂g的節(jié)能目標(biāo)，電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率提高2個(gè)百分點(diǎn)、節(jié)電200億千瓦時(shí)。中國(guó)各類電動(dòng)機(jī)總?cè)萘考s5.8億千瓦，占總耗電量的 60%以上，其中交流電動(dòng)機(jī)占 90%、整體運(yùn)行效率比先進(jìn)國(guó)家低10%以上。推廣使用高效節(jié)能的直流無(wú)刷電機(jī)正可謂利國(guó)利民。三、性能仿真使用 Ansoft_Maxwell功率62%X¥ Pkyl 1RMxpnDhiSfgril A400 »01S ftU 咖1W £4fi/A&J陽(yáng)塾75a'3EOMUum HlSvfcx-I Hirimwior- 匸 nptCCQmii:畤_WdbT Fjm-i hrYiMU-1 Ha-knwmiSO #1DW”i3JM+4£山OWKWfT'F j 計(jì) d KNirH *Iig>>>bMZMl進(jìn)行性能仿真BLDC最高效率達(dá)到80%,在3N-M 負(fù)載下效率50%以上，輸出四、手板