無刷直流電動機在電動自行車上的應(yīng)用
摘要:雙層振動篩無刷直流電動機因其無電刷和機械換向器,不需要減速裝置,噪聲低等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于電動自行車中,本文著重分析了無刷直流電動機的工作原理及結(jié)構(gòu)、控制技術(shù),以及在電動自行車中的應(yīng)用特點。
關(guān)鍵詞:無刷直流電動機;煤粉振動篩原理及結(jié)構(gòu);控制技術(shù)
隨著我國改革開放的深入和社會生產(chǎn)力的發(fā)展,人們生活節(jié)奏的加快,活動范圍的不斷擴(kuò)大,人們希望獲得一種輕便快捷、簡單安全的交通工具。前幾年,人們選擇了燃油助動車,但由于燃油助動車采用小容量二沖程汽油發(fā)動機為動力,其廢氣排放濃度是一般轎車的3-5倍,其污染問題引起了社會各界和主管部門的高度重視。在上海、蘇州等大中城市,于1996年便開始禁止燃油助動車上牌照。而電動自行車因為輕便、快捷,適應(yīng)了現(xiàn)代人追求環(huán)保、效率、安全的需要,所以受到了廣大消費者的普遍歡迎,得以再度興起。1998年我國電動自行車的年產(chǎn)量約6萬輛,1999年產(chǎn)量翻番,達(dá)13萬輛,主要生產(chǎn)集中在華東地區(qū)。進(jìn)入2000年以來,不少地區(qū)的銷售情況也十分喜人,市場前景廣闊。電動自行車并不是簡單地在自行車上加上電池和電動機,而是包括電池、控制系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電機四大塊,并且采用了很多的新技術(shù)和新材料。單從其驅(qū)動裝置———電機來看就有很高的技術(shù)含量。電動自行車的電機FU型板式輸送鏈經(jīng)過十多年的發(fā)展,曾經(jīng)有變頻電機、開關(guān)磁阻電機、有刷直流電機、無刷電機等多種驅(qū)動方案。經(jīng)過市場驗證,目前較為成熟的有兩大類:一類是帶減速齒輪的有刷電機,有盤式結(jié)構(gòu)和圓柱結(jié)構(gòu)兩種;另一類是不帶減速齒輪的直接驅(qū)動的無刷直流電機。
1 工作輸送鏈條原理與結(jié)構(gòu)
1.1 工作原理一般所說的直流電動機是指具有換向器和電刷的直流電動機。在這種電動機中定子側(cè)安裝固定主磁極和電刷,轉(zhuǎn)子側(cè)安放電樞繞組和換向器。直流電源的篩分電能通過電刷和換向器進(jìn)入電樞繞組,產(chǎn)生電樞電流,電樞電流與主磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,帶動負(fù)載。然而由于電刷和換向器的存在,結(jié)果產(chǎn)生了一系列致命的弱點:a、結(jié)構(gòu)復(fù)雜,可靠性差,故障多,需要維護(hù),維護(hù)又困難,壽命短。b、換向火花形成電磁干擾。無刷直流電動機就是在保留有刷直流電動機的優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上,為去除電刷和換向器而研究開發(fā)的。由于無刷直流電動機沒有電刷和換向器,它的繞組里電流的通、斷是通過電子換向電路及功率放大器實現(xiàn)的。要在電動機中產(chǎn)生恒定方向的電磁轉(zhuǎn)矩,就應(yīng)使電樞電流隨磁場位置的變化而變化。為實現(xiàn)這一點,就需要確認(rèn)磁極與繞組之間的相對位置信息。一般采用位置傳感器來完成,由位置傳
感器將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號,然后去驅(qū)動功率器件,控制相應(yīng)繞組電流的通、斷。與有刷直流電動機不同,無刷直流電動機的永久磁鋼磁極安放在轉(zhuǎn)子上,而電樞繞組安裝在定子上。位置傳感器也有相ZS直線振動篩應(yīng)的兩部分,轉(zhuǎn)動部分和電動機本體中轉(zhuǎn)子同軸連接(轉(zhuǎn)動部分通常由電機轉(zhuǎn)子代替),固定部分與定子相連。
圖1 無刷直線電動機原理示意不銹鋼振動篩圖
1.2 螺旋輸送器結(jié)構(gòu)電動自行車的電機受體積和成本
限制,通常制成盤式電動機,安裝在車輪制沙設(shè)備的輪轂內(nèi),輪轂由輻條與車圈連接,直接帶動車輪轉(zhuǎn)動。由工作原理可知,無刷直流電動機除電動機本體外,還包括位置傳感器和電子開關(guān)線路(即控制器)。如圖2所示。
電磁電機振動給料機圖2 無刷直流電動機基本組成框圖
2 鄂式破碎機控制技術(shù)
2.1 位置提升機械傳感器
由工作原理可知,位置傳感器在無刷直流電動機中起著測定轉(zhuǎn)子磁極位置的作用,為邏輯開關(guān)電路提供正確的換相信息。由于電動自行車的電機安裝在輪轂內(nèi),對電機的尺寸和位置傳感器體積的要求都比較高,考慮傳感器的體積和性能,通常采用的傳感器是磁敏式開關(guān)式傳感器,目前使用最廣泛的是霍爾元件集成電路?;魻栐歉鶕?jù)霍爾效應(yīng)制成的,即當(dāng)有電流渡過和有磁場穿過霍爾元件時,元件內(nèi)會產(chǎn)生霍爾電勢,在磁場位置變化時霍爾電勢會完全反映石頭粉碎機磁場的變化,這樣就可起到傳感位置的作用,根據(jù)轉(zhuǎn)子磁極的位置來產(chǎn)生位置信號。為提高霍爾元件的驅(qū)動功率和工作可靠性,通常將霍爾元件與其他集成電路相結(jié)合構(gòu)成一個開關(guān)型霍爾集成電路,在不增加電路封裝體積的情況下,其輸出信號可直接驅(qū)動功率晶體管。目前還出現(xiàn)了利用電機定子繞組的反電動勢作為轉(zhuǎn)子磁鋼的位置信號,經(jīng)數(shù)字電路處理,并送給邏輯開關(guān)電路去控制電機的換向,由于它省去了位置傳感器,使得電機的結(jié)構(gòu)更加緊湊,近年來的應(yīng)用日趨廣泛。
2.2 驅(qū)動控制電路
如圖3所示,驅(qū)動控制電路包括,位置信號處理電路,各相信號邏輯分配電路,功率放大電路,保護(hù)電路。
圖3 驅(qū)動電路示意圖
3 應(yīng)用特點及常見故障
3.1 應(yīng)用特點
無刷直流電動機之所以被廣泛應(yīng)用于電動自行車,是因為它與傳統(tǒng)的有刷直流電動機相比具有以下二方面的優(yōu)勢。(1)壽命長、免維護(hù)、可靠性高。在有刷直流電動機中,由于電機轉(zhuǎn)速較高,電刷和換向器磨損較快,一般工作1000小時左右就需更換電刷。另外其減速齒輪箱的技術(shù)難度較大,特別是傳動齒輪的潤滑問題,是目前有刷方案中比較大的難題。所以有刷電機就存在噪聲大、效率低、易產(chǎn)生故障等問題。因此無刷直流電動機的優(yōu)勢很明顯。(2)效率高、節(jié)能。一般而言,因無刷直流電動機沒有機械換向的磨擦損耗及齒輪箱的消耗,以及調(diào)速電路損耗,效率通常可高于85%,但考慮到實際設(shè)計中的最高性價比,為減少材料消耗,一般設(shè)計為76%。而有刷直流電動機的效率由于齒輪箱和超越離合器的消耗,通常在70%左右。
3.2 常見故障
無刷直流電動機的常見故障通常從其三個組成部分來檢查。在不清楚故障部位時,首先應(yīng)該檢查電動機本體,其次是位置傳感器,最后檢查驅(qū)動控制電路。在電動機本體中,可能出現(xiàn)的問題是:A、電動機繞組接觸不良,斷線或短路。會造成電動機不轉(zhuǎn);電動機在某些位置能夠起動,而在某些位置不能起動;電動機運行不平衡。B、電動機主磁極退磁,會使電動機轉(zhuǎn)矩明顯小,而空載轉(zhuǎn)速高、電流大。在位置傳感器上常見問題是霍爾元件損壞、接觸不良、位置變化,都會使電動機輸出轉(zhuǎn)矩變小,嚴(yán)重時會使得電動機不動或在某一點來回振動。在驅(qū)動控制電路中最容易出現(xiàn)故障的是功率晶體管,即由于長期過載、過電壓或短路使功率晶體管損壞。以上是對無刷電動機的常見故障進(jìn)行的簡單分析,在電動機實際運行時問題會是多種多樣的,檢查者應(yīng)注意在沒有確切把握情況時,不能隨意通電,以免造成電動機的其他器件損壞。
4 結(jié)束語
我國有關(guān)政府部門為解決能源和環(huán)保問題,鼓勵電動自行車項目的開發(fā)和研制,為使電動車的開發(fā)和生產(chǎn)納入標(biāo)準(zhǔn)化、法制化管理,1997年6月中國輕工總會發(fā)布了《電動自行車安全通用技術(shù)條件》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn);1999年5月國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布了《電動自行車通用技術(shù)條件》國家標(biāo)準(zhǔn),這將為電機技術(shù)的進(jìn)步和規(guī)?;a(chǎn)提供了條件。同時無刷直流電動機以其優(yōu)越的性能在電動自行車設(shè)計中被廣泛的應(yīng)用,無刷直流電動機的發(fā)展也將成為一個不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。
參考文獻(xiàn)
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