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无刷电机有待更进一步 多种功能的单封装将起重要作用

--无刷电机有待更进一步 多种功能的单封装将起重要作用

供稿:中国工控网 2009/11/26 14:31:00

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  • 关键词: 电机 传感器 控制器
  • 摘要:相对于有百年历史的有刷电机而言,无刷电机更干净、纤小和轻便,并正在稳步快速地向前发展。对于它们稳定且不断增加的受欢迎程度,仅以“是时候了”来概括显然过于保守。

      相对于有百年历史的有刷电机而言,无刷电机更干净、纤小和轻便,并正在稳步快速地向前发展。对于它们稳定且不断增加的受欢迎程度,仅以“是时候了”来概括显然过于保守。
      就在两年前,无刷电机还远比有刷电机昂贵。但受惠于设计技术和材料技术的进步,其价格急剧降低。如今,两种电机技术之间的成本差异只有10%。而最显著的转变则是设计人员开始紧密结合工业应用进行工作。传统上,这被认为属于硬核式有刷电机的应用领域,因为“干净”的工作环境并不是最重要的。但现在,由于成本门槛的降低,无刷电机不断获得新的应用。
      有刷和无刷电机之间最显著的区别是是否配置有常见的电刷-换向器(Brush-Commutator)。过去一个世纪以来,有刷直流电机的换向一直是通过石墨电刷与安装在转子上的环形换向器相接触来实现的。
      而无刷电机则通过霍尔传感器(Hallsensor)把转子位置反馈回控制电路,使其能够获知电机相位换向(顺序)的准确时间。大多数无刷电机生产商生产的电机都具有三个霍尔效应定位传感器。由于无刷电机没有电刷,故也没有相关接口,因此更干净,声学噪声更小,事实上无需维护,寿命更长。
      那么,还有什么是有待更进一步的呢?尽管电机业对无刷电机优势的认识日益加深,但迄今工作仍只限于开发上述的无刷电机霍尔传感器控制电子元件。
      目前对电机驱动盒和电机驱动卡开发的需求十分急迫,它们能为设计人员提供微控制器、可编程能力和驱动器,并把所有这些功能都集成在一个单一封装内。不论是在数字还是模拟模式下,本质上是这种集成方式完成各种电机应用必需的换向。没有这种集成,无刷电机就不起作用。
      在选择最佳驱动器时,脉宽调制(PWM)IC正逐渐作为一种首选技术受到认可。最佳驱动器的选择仅取决于效率。线性电路的缺点在中端开始突显,此时输出电平为50%左右。在这种输出电平时,旁路元件的阻抗等于负载阻抗,这意味着放大器产生的热量等于供给负载的功率!简言之,当以中等功率等级驱动电阻式负载时,线性控制电路出现50%的最低效率。
      现在让我们考虑一个PWM解决方案。在PWM控制系统中,模拟输入电平被转换为可变占空比开关驱动信号。从一个电气状态切换到另一个状态的过程,也就是OFF和ON之间的变化,被称为“调制”,这也是这项技术被称为“脉宽调制”的原因。刚开始占空比为零,即一直处于OFF状态,当电机开始旋转时,占空比通常随之增加,直至电机达到应用所需的速度和/或转矩为止。问题仍然是,还有什么是有待更进一步的呢?
    具有控制无刷电机所必需的特定功能的微控制器,以及向电机提供能源并构成微控制器与无刷电机之间接口的PWMIC驱动器已开始问世。但为了向设计人员提供他们眼下迫切需要的集成式无刷控制电路功能,该领域仍有大量工作有待完成。


 

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