无刷电机怎样增加功率 浅谈无刷电机的特点

2018-09-14 09:35 次阅读

  本文主要是关于无刷电机的相关介绍,并着重对无刷点击增加功率的方法进行了详尽的阐述。

  无刷电机

  无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体,现在多采用高磁能级的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。

  工作原理

  无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的,即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点,广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。

  无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化,沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流(即检测转子磁极相对定子绕组的位置,并在确定的位置处产生位置传感信号,经信号转换电路处理后去控制功率开关电路,按一定的逻辑关系进行绕组电流切换)。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。 [2]

  位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。

  采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机,其磁敏传感器件(例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等)装在定子组件上,用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。

  采用光电式位置传感器的无刷直流电动机,在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件,转子上装有遮光板,光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时,由于遮光板的作用,定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。

  采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机,是在定子组件上安装有电磁传感器部件(例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等),当永磁体转子位置发生变化时,电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号(其幅值随转子位置而变化)。

  相关对比

  有刷电机缺点

  (1)摩擦大,损耗大

  老模友们在以前玩有刷电机的时候都碰到这个问题,那就是使用电机一段时间以后,需要打开电机来清理电机的碳刷,费时费力,维护强度不亚于来一次家庭大扫除。

  (2)发热大,寿命短

  由于有刷电机的结构原因,电刷和换向器的接触电阻很大,造成电机整体电阻较大,容易发热,而永磁体是热敏元件,如果温度太高的话,磁钢是会退磁的,使电机性能下降,影响有刷电机的寿命。

  (3)效率低,输出功率小

  上面说到的有刷电机发热问题,很大程度是因为电流做功在电机内部电阻上了,所以电能有很大程度转化为了热能,所以有刷电机的输出功率不大,效率也不高。

  无刷电机优点

  (1)无电刷、低干扰

  无刷电机去除了电刷,最直接的变化就是没有了有刷电机运转时产生的电火花,这样就极大减少了电火花对遥控无线电设备的干扰。

  (2)噪音低,运转顺畅

  无刷电机没有了电刷,运转时摩擦力大大减小,运行顺畅,噪音会低许多,这个优点对于模型运行稳定性是一个巨大的支持。

  (3)寿命长,低维护成本

  少了电刷,无刷电机的磨损主要是在轴承上了,从机械角度看,无刷电机几乎是一种免维护的电动机了,必要的时候,只需做一些除尘维护即可。上下一比较,就知道无刷电机相对于有刷电机的优势在哪里了,但是万事都不是绝对的,有刷电机低速扭力性能优异、转矩大等性能特点是无刷电机不可替代的,不过就无刷电机的使用方便性来看,随着无刷控制器的成本下降趋势和国内外无刷技术的发展与市场竞争,无刷动力系统正在高速的发展与普及阶段,这也极大促进了模型运动的发展。

  无刷电机怎样增加功率

  转速不变,扭矩肯定要加大了,也就是说定转子的内外径不变,只加长定子和转子(磁钢)。

  无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体,现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。

  如果不考虑转速,单从“加大功率”的角度说是可以的,唯一的办法是更改电动机的极对数(前提条件是极数本身大于2极),功率可以提高很多(甚至翻倍提高)。6极电机改为2极,功率可提高约一倍,4极电机改为2极电机,功率约提高1/3,如果本身就是二极电机,那就没办法了。

  这是电机改造时最常用的办法!

  但高价较高,需改造定子绕组!

  无刷电机的特点

  无刷电机是一种交流电机,也就是说它的三根电缆输送的是相位差为120度的三相交流电。当然这个你不懂,我也不说啥,因为没啥用。

  无刷电机你买的时候,考虑两个参数:大小和KV。

  KV只由这几个参数决定:定子上面的线圈匝数和级数。这个和线圈的粗细,大小都没有关系。而电机的大小,比如大家熟悉的2212或者我用的比较多的4530,更多的表示了一种尺寸。而电机的尺寸的含义,也就是定子上面可以绕多少铜。

  要我说,电机特别简单。同样的电机,你绕的铜越多,它的功率就越大。

  比如同样KV的电机,匝数相同。有的电机用的铜线比较细,它的功率就小。有的比较粗,它的功率就大。而众所周知铜线都是圆的,越粗的线造成的后果就是效率低,因为有空隙你塞不进去。所以有的电机通过缠多股细线来增加能缠上去的铜线的量。

  但是电机的实际功率,它本身不重要,而要看其负载。

  无刷电机是一种交流电机,也就是说它的三根电缆输送的是相位差为120度的三相交流电。当然这个你不懂,我也不说啥,因为没啥用。

  无刷电机你买的时候,考虑两个参数:大小和KV。

  KV只由这几个参数决定:定子上面的线圈匝数和级数。这个和线圈的粗细,大小都没有关系。而电机的大小,比如大家熟悉的2212或者我用的比较多的4530,更多的表示了一种尺寸。而电机的尺寸的含义,也就是定子上面可以绕多少铜。

  要我说,电机特别简单。同样的电机,你绕的铜越多,它的功率就越大。

  比如同样KV的电机,匝数相同。有的电机用的铜线比较细,它的功率就小。有的比较粗,它的功率就大。而众所周知铜线都是圆的,越粗的线造成的后果就是效率低,因为有空隙你塞不进去。所以有的电机通过缠多股细线来增加能缠上去的铜线的量。

  但是电机的实际功率,它本身不重要,而要看其负载。

  2212电机大多数配的都是30a左右的电调,这无可厚非。但是我现在要澄清一个事实。如果按照xxd或者朗宇这种电机的功率讲的话,其实10a用来维持功率就足够了。但是有一点在于如果你的电调最大是10a,在启动的时候,电机的负载是相当大的。想象一下,电机转速为0,但是期望转速是10000rpm,这一瞬间电机几乎到了峰值功率。虽然时间很短,10a电调也不会出啥事,但是总归是超了,不安全。如果你的电调本身就渣的话,就是一个悲剧了。所以电调用20到40a的还是一个好选择。

  提到电机,就不能不提电池。

  (科普:c数指的是电流相对于电池的大小。对于一块x毫安时的电池,c数为n的含义就是x*n/1000安培)

  电池的c数是越大越好,但是大c数电池特别贵。

  如果你按照我所说的c数计算,会发现2200mah,20c的电池的放电已经达到了44a,几乎这个级别不需要更大了。那为什么会出现像tp这种65c的电池呢?有必要吗?

  有!

  电池的放电c数代表的是放电能力,电池放电的时候,一方面电流变大,而另一方面电池的电压会变小。

  比如刚才说的2200mah,20c的电池,以3s,11.1v,满电电压12.6v为例。它在44a放电的时候,其电压几乎下降到了原电压的一半,达到了7v。而我刚才说的tp天价电池,它的电压几乎不变,在11.5左右。电池的压降现象大家放电的时候插上BB响就能看出来。

  所以c数这个东西,如果电池买得起,还是越大越好。

  无刷电机结构与控制

  我们先看一般直流电机的结构,以下是一个简略图。

  无刷电机怎样增加功率 浅谈无刷电机的特点

  外部保持不动的部分叫定子(stator),它含有两个或多个永磁极。而中间转动的部分是转子(rotor),转子由绕组(windings)组成并且与换向器(commutator)相连接。绕组使转子的磁极与定子的永磁极相反,异性磁极相互吸引,使转子运动,直至与定子的永磁极对齐。当转子刚好达到对齐位置时,电刷(brushes)移过换向器的连接处,激活下一组绕组,使电机继续运动。

  那无刷(Brushless)电机又与之有何不同呢?顾名思义,无刷电机是没有电刷和换向器的电机,也可称作无换向器电机。无刷电机的转子为永磁体而定子由多个绕组组成。相当于是将传统直流电机的结构从内到外翻转。绕组被连接到控制电路,控制电路代替了换向器的作用,负责激活相应的合适的绕组。绕组按照旋转的方向被逐个激活,被激活的定子绕组的磁极吸引转子的磁极,在达到对齐位置时转换。

  无刷直流电机可根据定子绕组的数量配置为单相、双相、三相。其中三相应用最广。

  这张简略的对比图很好的展示了一般直流电机和无刷电机的结构差异。

  无刷电机怎样增加功率 浅谈无刷电机的特点

  它有什么优势?

  那么无刷电机的优势何在呢?

  首先,没有了电刷和换向器,传统直流电机被限制向高速大容量电机发展的几个因素,如换向火花、换向器的机械强度、电刷磨损等问题都通过改变换向条件的方法得到了很好的解决。没有滑动接触也就解决了换向火花的问题,使其能在易爆环境中使用。无刷的结构也提高了效率,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%。

  其二,可以低速大功率运行,可以省去减速机直接驱动大的负载;转矩特性优异,中、低速转矩性能好,启动转矩大,启动电流小;无级调速,调速范围广,过载能力强等。

  再有,耐颠簸震动,噪音低,震动小,运转平滑,寿命长。

  广泛应用

  具备这些优势,使得无刷电机在生产生活中被广泛运用。

  随着无刷电机生产设计和控制水平的提升,它被更加广泛地应用于各个领域。概括来说主要有三种用途:持续负载应用、可变负载应用、定位应用。

  大到航空航天的机械臂控制、陀螺仪与舵机驱动,或是汽车工业领域中的油泵控制、电控制器、发动机控制等,小到日常生活中的吸尘器、搅拌机、电吹风机、摄像机和家用电风扇等其他家用电器,或是数码相机、激光打印机、复印机、传真机、录音机、LD影碟机和碎纸机等办公设备的驱动,都能看到无刷电机的身影。

  还有一个不得不提的,近年来备受关注的应用是,无人机、飞行器领域。大疆无人机的成功使航拍系统普及到平常百姓家,人们也开始越来越关注这一新兴产业。

  结语

  关于无刷电机的相关介绍就到这了,如有不足之处欢迎指正。

相关阅读推荐:关于无刷电机能稳定工作的解决方案

相关阅读推荐:无刷电机和有刷电机有什么区别

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发表于 10-11 08:00 117次 阅读
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Trinamic大功率步进电机的完美电流控制

TRINAMIC发布了全新的高性能步进电机驱动器TMC2160。该多功能芯片结合强大的外部MOSFE....

的头像 章鹰 发表于 10-10 14:23 1202次 阅读
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Pocket IO与电机驱动器控制Fischertechnik机器人的操作

将平板电脑作为控制盘,观看MAXREFDES150 Pocket IO™与MAX14870电机驱动器....

的头像 Maxim视频 发表于 10-10 03:50 349次 观看
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MAXREFDES150 Pocket IO的作用介绍

观看MAXREFDES150 Pocket IO™通过读取传感器输入以及驱动轮子,控制循迹机器人。P....

的头像 Maxim视频 发表于 10-09 03:05 371次 观看
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Silent Switcher2技术保障自动驾驶和自动化的安全性

进入自动驾驶和汽车电动化时代,安全的定义范围和内涵进一步得到扩充和强化,这不仅体现在汽车主动、被动安....

的头像 牵手一起梦 发表于 10-07 21:13 1256次 阅读
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电机选型经典计算公式和电机选择步骤及伺服电机选型实例免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是电机选型经典计算公式和电机选择步骤及伺服电机选型实例免费下载。

发表于 09-29 08:00 157次 阅读
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