直流無刷電機(jī)與普通直流有刷電機(jī)和交流感應(yīng)電機(jī)比較,直流無刷電機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)特征是:
⑴經(jīng)電子控制換相獲得類似直流電機(jī)的運(yùn)行特性,有較好的可控性、寬調(diào)速范圍。
⑵需要轉(zhuǎn)子位置反饋信息和電子多相逆變驅(qū)動(dòng)器。
⑶本質(zhì)上是交流電機(jī),由于沒有電刷和換向器的火花、磨損問題,可工作于高速,可得到較高的可靠性,工作壽命長(zhǎng),無須經(jīng)常維護(hù)。
⑷采用永磁產(chǎn)生氣隙磁場(chǎng),功率因數(shù)高,轉(zhuǎn)子的損耗和發(fā)熱低,有較高的效率。有資料對(duì)比,7.5KW異步電機(jī)效率為86.4%,同容量的直流無刷電機(jī)效率可達(dá)92.4%。
⑸必須有電子控制部分,所以總成本比直流無刷電機(jī)和交流感應(yīng)電機(jī)高。
盡管成本高,但永磁直流無刷電機(jī)性能有明顯優(yōu)勢(shì)。近年來,經(jīng)業(yè)者的努力,隨著永磁材料和電力半導(dǎo)體器件成本的降低,直流無刷電機(jī)市場(chǎng)已不斷擴(kuò)展,在許多電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)中,永磁直流無刷電機(jī)已經(jīng)并正在不斷地取代永磁直流有刷電機(jī)和交流感應(yīng)電機(jī),獲得越來越廣泛的應(yīng)用。
直流有刷電機(jī)有優(yōu)異的控制性能,但其換向器與電刷是致命的缺陷。直流無刷電機(jī)以電子換相取代直流有刷電機(jī)的機(jī)械換向又保留直流有刷電機(jī)的基本特性。原來使用直流有刷電機(jī)的許多場(chǎng)合,逐步被直流無刷電機(jī)所取代,包括航空航天和軍事裝備中的控制系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)、信息處理和計(jì)算機(jī)系統(tǒng),醫(yī)療設(shè)備,以至民用的音響影像產(chǎn)品。
交流感應(yīng)電機(jī)在家用和工業(yè)驅(qū)動(dòng)中占據(jù)的絕對(duì)地位正在受到直流無刷電機(jī)的挑戰(zhàn)。如新一代的空調(diào)、洗衣機(jī)、電冰箱、吸塵器以至電風(fēng)扇出現(xiàn)采用直流無刷電機(jī)的趨勢(shì)。工業(yè)變速驅(qū)動(dòng)中變壓變頻控制的交流感應(yīng)電機(jī)逐漸被永磁直流無刷電機(jī)矢量控制所取代,變頻器被被無刷控制器所取代。新一代電梯曳引機(jī)控制系統(tǒng)就是一個(gè)明顯的例子。儀器設(shè)備中采用的小型交流風(fēng)機(jī)大量被尺寸更小、效率更高的直流無刷電機(jī)取代。
在數(shù)字運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中,步進(jìn)電機(jī)由于可直接數(shù)字控制和開環(huán)控制曾經(jīng)得到長(zhǎng)足發(fā)展。今天它只能在一些要求不高的小功率系統(tǒng)中應(yīng)用。而在要求高精度、高速度、高可靠性數(shù)控系統(tǒng)中,采用永磁直流無刷電機(jī)的閉環(huán)交流伺服系統(tǒng)已經(jīng)成為主流。
但應(yīng)當(dāng)指出,直流無刷電機(jī)也有不足之處,主要是:
⑴需要電子控制器才能夠工作,增加了技術(shù)復(fù)雜性和制作成本;
⑵需要位置傳感器,增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和成本,降低了可靠性;
⑶轉(zhuǎn)子永磁材料限制了電機(jī)使用環(huán)境溫度,不適用于高溫場(chǎng)合;
⑷有明顯的轉(zhuǎn)矩波動(dòng),限制了電機(jī)在高性能伺服系統(tǒng)、低速度紋波系統(tǒng)中的應(yīng)用。
直流無刷電機(jī)的主要缺點(diǎn)是成本較高。這主要不是因?yàn)橹绷鳠o刷電機(jī)本身,其實(shí)與直流有刷電機(jī)或交流感應(yīng)電機(jī)相比,直流無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)還是比較簡(jiǎn)單的。在某些應(yīng)用中,直流無刷電機(jī)成本較高是由于它需要驅(qū)動(dòng)電路。對(duì)于那些電機(jī)只作動(dòng)力源而不需要調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的應(yīng)用場(chǎng)合,驅(qū)動(dòng)電路成了額外的成本負(fù)擔(dān)。對(duì)于單速應(yīng)用,交流感應(yīng)電機(jī)是最合適的。但是直流無刷電機(jī)有更高的效率和更小的尺寸、更快速的響應(yīng)和可以軟起動(dòng)等優(yōu)點(diǎn),它為許多行業(yè)提供一種更具吸引力的選擇,逐步被接受。
對(duì)于調(diào)速控制系統(tǒng)或位置控制系統(tǒng)來說,不管采用哪種電機(jī),電子驅(qū)動(dòng)器總是需要的,這時(shí)采用直流無刷電機(jī)可能是性價(jià)比更高的解決方案。例如,與電子變頻器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)相比,改換以直流無刷電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器可提供更便宜、更精確、調(diào)速范圍更寬的控制。因此,從磁盤驅(qū)動(dòng)器到數(shù)控機(jī)床,已全部采用了直流無刷電機(jī)技術(shù)。
隨著相關(guān)技術(shù)和自身技術(shù)進(jìn)步,直流無刷電機(jī)這些存在的問題已得到重視,并正在獲得改善。例如,新技術(shù)的采用,找到了許多抑制齒槽轉(zhuǎn)矩和換相轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的方法;開發(fā)了無位置傳感器控制技術(shù)和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小的正弦波驅(qū)動(dòng)技術(shù),電子控制器成本大幅度降低等。