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直流无刷电机？什么是无刷电机，无和有刷有什么区别？( 三 )


直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能 ， 但直流电机的优点也正是它的缺点 ， 因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能 ， 则电枢磁场与转子磁场须恒维持90° ， 这就要藉由碳刷及整流子 。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外 ， 使用场合也受到限制 。交流电机没有碳刷及整流子 ， 免维护、坚固、应用广 ， 但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到 。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多 ， 提升驱动电机的性能 。微处理机速度亦越来越快 ， 可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直角坐标系统中 ， 适当控制交流电机在两轴电流分量 ， 达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能 。
此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中 ， 而且体积越来越小；像模拟/数字转换器(analog-to-digital converter ， adc)、脉冲宽度调制(pulse wide modulator ， pwm)…等 。直流无刷电机即是以电子方式控制交流电机换相 ， 得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用 。
结构
直流无刷电机是同步电机的一种 ， 也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(p)影响：
n=60．f / p 。在转子极数固定情况下 ， 改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速 。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器) ， 控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正 ， 以期达到接近直流电机特性的方式 。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速 。
直流无刷驱动器包括电源部及控制部如图 (1) ：电源部提供三相电源给电机 ， 控制部则依需求转换输入电源频率 。
电源部可以直接以直流电输入(一般为24v)或以交流电输入(110v/220 v) ， 如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流 。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器(inverter)转成3相电压来驱动电机 。换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(q1～q6)分为上臂(q1、q3、q5)/下臂(q2、q4、q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关 。控制部则提供pwm(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机 。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制 ， 所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor) ， 做为速度之闭回路控制 ， 同时也做为相序控制的依据 。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制 。
特点
1、可替代直流电机调速、变频器+变频电机调速、异步电机+减速机调速；
直流无刷电机(3张)
2、具有传统直流电机的优点 ， 同时又取消了碳刷、滑环结构；
3、可以低速大功率运行 ， 可以省去减速机直接驱动大的负载；
4、体积小、重量轻、出力大；
5、转矩特性优异 ， 中、低速转矩性能好 ， 启动转矩大 ， 启动电流小；
6、无级调速 ， 调速范围广 ， 过载能力强；
7、软启软停、制动特性好 ， 可省去原有的机械制动或电磁制动装置；
8、效率高 ， 电机本身没有励磁损耗和碳刷损耗 ， 消除了多级减速耗 ， 综合节电率可达20%~60% 。
9、可靠性高 ， 稳定性好 ， 适应性强 ， 维修与保养简单；
10、耐颠簸震动 ， 噪音低 ， 震动小 ， 运转平滑 ， 寿命长；
11、不产生火花 ， 特别适合爆炸性场所 ， 有防爆型；
12、根据需要可选梯形波磁场电机和正弦波磁场电机 。
应用
无刷直流电机的应用十分广泛 ， 如汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等等 。总的来说 ， 无刷直流电机可以分为以下三种主要用途：
持续负载应用：主要是需要一定转速但是对转速精度要求不高的领域 ， 比如风扇、抽水机、吹风机等一类的应用 ， 这类应用成本较低且多为开环控制 。


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