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为了实现更高效的运行,直流电机对驱动技术有哪些要求?

2024-07-03

简介:直流电机广泛应用于我们的日常生活中,从小家电到大型工业汽车设备。有大量的直流电机。直流电机一般分为绕线磁场直流电机和永磁场直流电机两大类。


有刷直流电机和无刷直流电机

作为经常提到的两种电机,两者最大的区别就是电刷。有刷直流电机采用永磁力作为定子,线圈绕在转子上,通过碳刷和换向器的机械作用来传递能量。这就是为什么它被称为有刷直流电机,而无刷直流电机的转子和定子之间没有换向器等机械部件。


有刷直流电机的衰落是由于作为电机开关的高性能功率器件在控制方式上更加实用、更加经济、可靠,取代了有刷电机的优势。其次,无刷直流电机没有电刷磨损,在电气噪声和机械噪声、能效、可靠性和寿命方面更有优势。


然而,有刷电机仍然是低成本应用的可靠选择。使用正确的控制器和开关,可以获得良好的性能。由于几乎不需要电子控制装置,整个电机控制系统将相当便宜。此外,它还可以节省布线和连接器所需的空间,并降低电缆和连接器的成本,这在不需要能源效率的应用中非常划算。


直流电机和驱动器

电机和驱动器密不可分,特别是近年来,市场变化对电机驱动器提出了更高的要求。首先,对可靠性有很高的要求。各种保护功能是必要的,并且需要内置电流限制来在电机启动、停止或堵转时控制电机的电流。这些都是可靠性的增强。


通过速度控制、相位控制实现的电机旋转数字控制技术、执行器所需的高精度定位控制技术等高效驱动控制算法是高性能电机应用系统开发不可或缺的。这就需要设计人员能够轻松使用的高效驱动控制算法。而现在很多厂商都会直接将算法硬件化,应用到驱动IC中,这样更方便设计人员使用。便捷的驱动设计现在比较流行。


稳定性还需要驱动技术的支持。驱动波形的优化对于降低电机噪声和振动有很大影响。适合各种电机磁路的励磁驱动技术会大大降低电机工作时的稳定性。除此之外,就是对更低功耗、更高效率的不断追求。


半桥驱动是直流电机的典型驱动方式,其作用是通过功率管产生交流触发信号,从而产生大电流,进一步驱动电机。与全桥相比,半桥驱动电路的成本相对较低,并且更容易形成。半桥电路容易出现波形恶化和振荡转换之间的干扰。全桥电路较昂贵、较复杂,且不易产生漏电。


流行的PWM驱动已经是直流电机中广泛使用的驱动方案。原因之一是它可以降低驱动电源的功耗,得到越来越广泛的应用。现在许多电机 PWM 解决方案在改善宽占空比、频率覆盖范围和降低功耗方面已达到较高水平。


当有刷电机采用PWM驱动时,开关损耗会随着PWM频率的增加而增加。当通过提高频率来减小电流纹波时,需要平衡频率和效率。无刷电机的正弦波励磁PWM驱动在效率方面也是一个优秀的解决方案,尽管它更复杂。


概括

随着终端市场功能需求的变化,对直流电机性能和能效的要求逐渐提高。无论是使用有刷直流电机还是无刷直流电机,都需要根据场景的需求选择合适的驱动技术,以实现更可靠、稳定、高效的电机运行。

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