無刷直流電機(jī)最終版

無刷直流電機(jī)簡(jiǎn)介：

無刷電機(jī)是指無電刷和換向器（或集電環(huán)）的電機(jī)，又稱無換向器電機(jī)。早在上世紀(jì)誕生電機(jī)的時(shí)候，產(chǎn)生的實(shí)用性電機(jī)就是無刷形式，即交流鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)。但是，異步電動(dòng)機(jī)有許多無法克服的缺陷。本世紀(jì)中葉誕生了晶體管，因而采用晶體管換向電路代替電刷與換向器的直流無刷電機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了。這種新型無刷電機(jī)稱為電子換向式直流電機(jī)，它克服了第一代無刷電機(jī)的缺陷。

直流無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)

下圖為直流無刷電機(jī)的外部形狀前言：

傳感器的無刷直流電機(jī)與無傳感器的無刷直流電機(jī)的基本工作原理是一致的，主要差別是有傳感器的無刷直流電機(jī)是利用如霍爾元件位置傳感器來檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。而無位置傳感器的無刷直流電機(jī)取消了作為位置傳感器的霍爾元件，利用一些控制算法來計(jì)算出轉(zhuǎn)子位置信號(hào)。注：霍爾元件是應(yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體。一般用于電機(jī)中測(cè)定轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,如錄象機(jī)的磁鼓,電腦中的散熱風(fēng)扇等;是一種基于霍爾效應(yīng)的磁傳感器。所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場(chǎng)作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時(shí)，產(chǎn)生橫向電位差的物理現(xiàn)象。

無刷直流電機(jī)的基本組成

無刷直流電機(jī)主要由電機(jī)本體，位置傳感器和電子換向線路組成。電動(dòng)機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電動(dòng)機(jī)相似，但沒有籠型繞組和其他起動(dòng)裝置。其定子繞組一般制成多相(三相、四相、五相不等相)。轉(zhuǎn)子由永久磁鋼按一定極對(duì)數(shù)(2p=2，4，……)組成。無刷直流電機(jī)的工作原理

在無刷直流電動(dòng)機(jī)集中，電樞繞組被設(shè)置在定子上，永磁體磁極被設(shè)置在轉(zhuǎn)子上。定子各相電樞繞組相對(duì)轉(zhuǎn)子永磁體磁場(chǎng)的位置，由轉(zhuǎn)子位置傳感器通過電子方式或電磁方式所感知；并利用其輸出信號(hào)，通過電子轉(zhuǎn)換電路，按照一定的邏輯程序去驅(qū)動(dòng)與電樞繞組相連接的相應(yīng)的功率開關(guān)晶體管，把電流開關(guān)換向到相應(yīng)的電樞繞組。

隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子位置傳感器不斷地發(fā)送出信號(hào)，致使電樞繞組不斷地依次通電，不斷地改變通電狀態(tài)，從而使得在某一磁極下的線圈導(dǎo)體中流過的電流方向始終不變，這就是無刷直流永磁電機(jī)的無接觸式電子換向過程的實(shí)質(zhì)。我們可以設(shè)想：在有刷直流電機(jī)中，如果把原先處于電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)電樞翻出來變成定子，把所有被連接在機(jī)械換向器上面的電樞繞組的引線頭抽出來，并且給每一個(gè)引線頭提供一個(gè)功率晶體管開關(guān)；而把原先處于外部的靜止永磁體移入電動(dòng)機(jī)的內(nèi)腔變?yōu)檗D(zhuǎn)子，即可實(shí)現(xiàn)有刷與無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)換，但這樣必須包含大量的功率晶體管開關(guān)元件和與之相適應(yīng)的轉(zhuǎn)子位置傳感器，這種方法很難實(shí)現(xiàn)。因此，定子電樞采用一般交流電動(dòng)機(jī)中的三項(xiàng)繞組，借助轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子永磁體磁場(chǎng)與定子電樞繞組三項(xiàng)軸線之間的相對(duì)空間位置，通過邏輯信號(hào)處理和控制，來實(shí)現(xiàn)定子電樞三相繞組的電子換向。電樞繞組的連接方式

一、星形連接繞組

星形連接繞組是把所有相繞組線圈的首段或尾端連接在一起；與之相配的電子換向（相）電路可以是橋式線路，也可以是非橋式電路。圖（a）（b）為星形繞組與橋式線路組合，圖（c）（d）為星形繞組與非橋式線路的組合封閉式連接繞組特殊連接的繞組電子換向（相）

換向（相）又可以稱為“換流”。在無刷直流永磁電機(jī)中，來自轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)，經(jīng)處理后按一定的邏輯程序，驅(qū)使某些與電樞繞組相連接的功率開關(guān)晶體管在某一瞬間導(dǎo)通或截止，迫使某些原來沒有電流的電樞繞組內(nèi)開始流通電流，某些原來有電流的電樞繞組內(nèi)開始關(guān)斷電流或改變電流的流通方向，從而迫使定子磁狀態(tài)產(chǎn)生變化。我們把這種利用電子電路來實(shí)現(xiàn)電樞繞組內(nèi)電流變化的物理過程稱為電子換向（相）或“換流”。每“換流”一次，定子磁狀態(tài)就改變一次，連續(xù)不斷地“換流”，就會(huì)在工作氣息內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。以三相星形橋式連接為例1、二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)2、三相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)3、二相三相輪流導(dǎo)通星形三相十二狀態(tài)

無接觸式旋轉(zhuǎn)變壓器和霍爾磁敏傳感器是目前被廣泛采用的兩種轉(zhuǎn)子位置傳感器?；魻柎琶魝鞲衅髟诰哂匈|(zhì)量輕、尺寸小、制造成本低和便于大規(guī)模生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，存在著對(duì)環(huán)境條件要求嚴(yán)、溫度適應(yīng)范圍窄和可靠性差等缺點(diǎn)。因此霍爾磁敏傳感器被廣泛地用于計(jì)算機(jī)的軟硬件盤驅(qū)動(dòng)器、激光打印機(jī)、試聽設(shè)備和家用電器等民用電動(dòng)機(jī)中?；魻柎琶魝鞲衅骰魻柶骷?/p>

——以鎖存型為例

霍爾元件按功能可分為三大類：線性型、開關(guān)型和鎖存型

鎖存器霍爾元件時(shí)一個(gè)僅有“0”和“1”兩種狀態(tài)的雙值器件。一個(gè)雙值器件有兩種狀態(tài)，二個(gè)雙值器件有四種狀態(tài)，n個(gè)雙值器件有種狀態(tài)。根據(jù)上述原則，對(duì)于最常見的“而相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)”的電機(jī)而言，一般采用三個(gè)霍爾器件。它們?cè)趫A周的配置有兩個(gè)方案：相隔60度電角或相互間隔120度角。舉例：“二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流永磁電動(dòng)機(jī)的工作情況”

逆變器是六個(gè)BG1至BG6的功率開關(guān)元件所組成的橋式電路，霍爾轉(zhuǎn)子的位置傳感器輸出地A、B和C三個(gè)信號(hào)饋送至PIC18FXX31微控制器，作為PIC18FXX31微控制器的輸入信號(hào)。然后，PIC18FXX31微控制器根據(jù)下表所規(guī)定的驅(qū)動(dòng)順序定義，對(duì)逆變器中六個(gè)功率開關(guān)器件的導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)進(jìn)行控制無刷直流電機(jī)的特點(diǎn)

無刷直流電機(jī)與有刷直流電機(jī)的區(qū)別，有刷電機(jī)采用機(jī)械換向，壽命短﹑噪聲大﹑產(chǎn)生電火花，效率低。它長期使用碳刷磨損嚴(yán)重，較易損壞。同時(shí)磨損產(chǎn)生了大量的碳粉塵，這些粉塵落軸承中，使軸承油加速干涸，電機(jī)噪聲進(jìn)一步增大。有刷電機(jī)連續(xù)使用一定時(shí)間就需更換電機(jī)內(nèi)碳刷。無刷電機(jī)以電子換向取代機(jī)械換向，無機(jī)械摩擦，無磨損，無電火花，免維護(hù)且能做到更加密封等特點(diǎn)所以技術(shù)上要優(yōu)于有刷電機(jī)。

無刷直流電動(dòng)機(jī)的永磁體，現(xiàn)在多采用高磁能積的稀土釹鐵硼材料。因此，稀土永磁無刷電動(dòng)機(jī)的體積比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)縮小了一個(gè)機(jī)座號(hào)。

無刷直流電機(jī)的高效率，高效區(qū)域大，功率和轉(zhuǎn)矩密度高，功率因數(shù)（COSΦ）接近1，系統(tǒng)效率＞90%,永磁無刷直流電機(jī)在任何情況下轉(zhuǎn)子都是同步運(yùn)行，交流變頻電機(jī)是變頻調(diào)速，無刷直流電機(jī)是調(diào)速變頻，電機(jī)在同步轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，轉(zhuǎn)子既無銅耗又無鐵耗。無刷直流電機(jī)具有低電壓特性好，轉(zhuǎn)矩過載特性強(qiáng)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大（堵轉(zhuǎn)特性），啟動(dòng)電流小等優(yōu)點(diǎn)。

無刷直流電機(jī)因?yàn)榫哂兄绷饔兴㈦姍C(jī)的特性，同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也是頻率變化的裝置，所以又名直流變頻，無刷直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率，低速轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好，由于無刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)象變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。多年來業(yè)界對(duì)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法，稀土永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)必將以其寬調(diào)速﹑小體積﹑高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點(diǎn)在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢(shì)?？梢越鉀Q產(chǎn)業(yè)界節(jié)點(diǎn)與高性能驅(qū)動(dòng)的需求。特性直流無刷電機(jī)有刷直流電機(jī)換向器給予霍爾傳感器的電子換向有刷機(jī)械換向器壽命較長較短扭矩、轉(zhuǎn)速比額定負(fù)載下可在所有轉(zhuǎn)速下正常工作高轉(zhuǎn)速時(shí)電刷將影響其有效輸出轉(zhuǎn)矩效率高效率適中輸出功率、外形尺寸比高，好的溫度特性由于其線圈是在定子上，所以有很好的散熱特性中等或低，由于電樞產(chǎn)生的熱量在電機(jī)氣隙里散熱不良，導(dǎo)致其功率下降轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低，由于轉(zhuǎn)子上的永磁體時(shí)期有良好的動(dòng)態(tài)特性高，高的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量使其動(dòng)態(tài)性能降低轉(zhuǎn)速高，不受電刷等機(jī)械特性的限制低，受電刷等機(jī)械特性的限制電磁噪聲低高成本高，主要是因?yàn)槠滢D(zhuǎn)子內(nèi)嵌永磁體低控制器成本復(fù)雜且較貴簡(jiǎn)單且便宜謝謝觀賞！第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制第三節(jié)活塞式空壓機(jī)的管理復(fù)習(xí)思考題單擊此處輸入你的副標(biāo)題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請(qǐng)盡量言簡(jiǎn)意賅的闡述觀點(diǎn)。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應(yīng)用：

1.主機(jī)的啟動(dòng)、換向；

2.輔機(jī)的啟動(dòng)；

3.為氣動(dòng)裝置提供氣源；

4.為氣動(dòng)工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時(shí)間內(nèi)所排送的相當(dāng)?shù)谝患?jí)吸氣狀態(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor空壓機(jī)分類：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理容積式壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)分為兩大類：往復(fù)式與旋轉(zhuǎn)式兩級(jí)活塞式壓縮機(jī)單級(jí)活塞壓縮機(jī)活塞式壓縮機(jī)膜片式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機(jī)最長的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動(dòng)件少（軸承與滑片），潤滑油在機(jī)件間形成保護(hù)膜，防止磨損及泄漏，使空壓機(jī)能夠安靜有效運(yùn)作；平時(shí)有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機(jī)，至今使用十萬小時(shí)以上，依然完好如初，按十萬小時(shí)相當(dāng)于每日以十小時(shí)運(yùn)作計(jì)算，可長達(dá)33年之久。因此，將滑片式空壓機(jī)比喻為一部終身機(jī)器實(shí)不為過。滑(葉)片式空壓機(jī)可以365天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并保證60000小時(shí)以上安全運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣壓縮機(jī)1.進(jìn)氣2.開始?jí)嚎s3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。1.進(jìn)氣2.開始?jí)嚎s3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機(jī)是世界上最先進(jìn)、緊湊型、堅(jiān)實(shí)、運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴的氣體壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)氣路系統(tǒng)：

A

進(jìn)氣過濾器

B

空氣進(jìn)氣閥

C

壓縮機(jī)主機(jī)

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動(dòng)疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機(jī)

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過濾器螺桿式壓縮機(jī)渦旋式壓縮機(jī)

渦旋式壓縮機(jī)是20世紀(jì)90年代末期開發(fā)并問世的高科技?jí)嚎s機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機(jī)，已經(jīng)得到壓縮機(jī)行業(yè)的關(guān)注和公認(rèn)。被譽(yù)為“環(huán)保型壓縮機(jī)”。由于渦旋式壓縮機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使其成為當(dāng)今世界最節(jié)能壓縮機(jī)。渦旋式壓縮機(jī)主要運(yùn)動(dòng)件渦卷付，只有磨合沒有磨損，因而壽命更長，被譽(yù)為免維修壓縮機(jī)。

由于渦旋式壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)小、工作環(huán)境安靜，又被譽(yù)為“超靜壓縮機(jī)”。

渦旋式壓縮機(jī)零部件少，只有四個(gè)運(yùn)動(dòng)部件,壓縮機(jī)工作腔由相運(yùn)動(dòng)渦卷付形成多個(gè)相互封閉的鐮形工作腔，當(dāng)動(dòng)渦卷作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使鐮形工作腔由大變小而達(dá)到壓縮和排出壓縮空氣的目的。活塞式空氣壓縮機(jī)的外形第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過程

1—2壓縮過程

2—3排氣過程第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）

壓縮分類：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強(qiáng)對(duì)氣缸的冷卻，省功、對(duì)氣缸潤滑有益。二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）1.不存在假設(shè)條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—?dú)埓娴臍怏w在活塞回行時(shí)，發(fā)生膨脹，使實(shí)際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動(dòng)發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對(duì)容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣過程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3）吸氣預(yù)熱的影響由于壓縮過程中機(jī)件吸熱，所以在吸氣過程中，機(jī)件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預(yù)熱損失用溫度系數(shù)λt來衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強(qiáng)對(duì)氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理4）漏泄的影響內(nèi)漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數(shù)λl來衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴(yán)密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴(yán)密配合。5）氣體流動(dòng)慣性的影響當(dāng)吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時(shí)，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設(shè)計(jì)進(jìn)氣管長度，不得隨意增減進(jìn)氣管的長度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理上述五條原因使實(shí)際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動(dòng)慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預(yù)熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3.排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量Vt----單位時(shí)間內(nèi)活塞所掃過的氣缸容積。實(shí)際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數(shù)λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影響余隙容積Vc的影響進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣預(yù)熱的影響二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理指示功率pi

：按示功圖計(jì)算的功率理論功率Ps、PT：按理論循環(huán)計(jì)算的功率

Ps(PT)