歐立生，馬小芳
摘要：直流無刷電動機既具有交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠等一系列優(yōu)點，又具備直流電動機的運行效率高、調(diào)速性能好等諸多特點。結(jié)合直流無刷電動機在紡織機械中的廣泛應(yīng)用，說明了直流無刷電動機在紡織機械設(shè)備的應(yīng)用前景非常廣闊。
關(guān)鍵詞：直流無刷電動機；無刷電機驅(qū)動器；梳棉機；絡(luò)筒機
0 引言
直流無刷電動機是一種機械與電子相結(jié)合的一體化產(chǎn)品，它利用先進的電子換相取代了傳統(tǒng)直流電動機的機械換相，從而從根本上解決了直流電動機的因為電刷的存在而帶來的噪聲、火花、無線電干擾、壽命短及需經(jīng)常維護等致命弱點。直流無刷電動機仍保持了傳統(tǒng)直流電動機良好的動、靜態(tài)調(diào)速特性，且結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、易于控制。其應(yīng)用已從最初的軍事工業(yè)，迅速向航空航天、醫(yī)療、紡織機械、信息、家電以及工業(yè)自動化等領(lǐng)域發(fā)展。
隨著紡織機械技術(shù)的發(fā)展和需要，現(xiàn)在的紡織機械上如絡(luò)筒機、梳棉機及無紡布等需要大量的調(diào)速及控制電機作為原動力。目前紡織機械上需要調(diào)速的場合，多采用直流電動機或者異步電動機加變頻器來實現(xiàn)，在精度要求較高的場合，多采用伺服電機進行控制。眾所周知，傳統(tǒng)的直流電動機均采用電刷以機械方法進行換向，因而存在相對的機械摩擦，由此帶來了火花、壽命短以及需經(jīng)常維護等致命弱點，從而大大地限制了它的應(yīng)用范圍。由于異步電動機的結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，目前在工業(yè)中大多數(shù)都采用異步電動機作為原動力。但為了對其速度進行控制，必須配以合適的變頻器，從而大大提高了整個調(diào)速系統(tǒng)的成本，而且異步電動機本身的特點決定了其控制精度不高，更值得一提的是異步電動機在較低頻(小于5 Hz)運行時，異步電動機多抖動的厲害，以致無法使用。
由于直流無刷電動機既具有交流電動機的結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電動機的運行效率高、調(diào)速性能好等諸多特點，而且轉(zhuǎn)子采用永磁結(jié)構(gòu)，沒有勵磁損耗，提高了電動機的效率。因此該類電動機在紡織機械設(shè)備的應(yīng)用前景非常廣闊。
1直流無刷電機的系統(tǒng)組成和顯著特點
直流無刷電動機是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，它是由電動機本體、位置檢測器、逆變器和控制器組成的自同步電動機系統(tǒng)或自控式變頻同步電動機，如圖1所示。位置檢測器檢測轉(zhuǎn)子磁極的位置信號，控制器對轉(zhuǎn)子位置信號進行邏輯處理并產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)信號，開關(guān)信號以一定的順序觸發(fā)逆變器巾的功率開關(guān)器件，將電源功率以一定的邏輯關(guān)系分配給電動機定子各相繞組，使電動機產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。
直流無刷電動機的特點：
與感應(yīng)電動機相比，直流無刷電動機具有更大的功率密度、更高的效率和更好的控制性能，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)由于采用高性能永磁材料，直流無刷電動機轉(zhuǎn)子體積得以減小，丌J以具有較低的慣性、更快的響應(yīng)速度、更高的轉(zhuǎn)矩／慣量比。
(2)由于沒有轉(zhuǎn)子損耗，電無需定子勵磁電流分量，所以直流無刷電動機具有較高的效率和功率密度。對于同等容量輸出，感應(yīng)電動機需要更大功率的整流器和逆變器(3)南于沒有轉(zhuǎn)子發(fā)熱，直流無刷電動機也無需考慮轉(zhuǎn)子冷卻問題。
(4)盡管感應(yīng)電動機系統(tǒng)應(yīng)用較為普遍和成熟，但由丁其非線性本質(zhì)，控制系統(tǒng)極為復雜永磁同步電動機把交流電動機復雜的磁場定向控制轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子位置定向控制，而直流無刷電動機則進一步將其簡化為離散六狀態(tài)的轉(zhuǎn)子位置控制，也無需坐標變換。與永磁同步電動機相比，直流無刷電動機也具有明顯的優(yōu)勢：
(1)直流無刷電動機采用方波電流供電，可以提供更高的轉(zhuǎn)矩／體積比，相同條件下輸出轉(zhuǎn)矩大15％。
(2)在電動機中產(chǎn)生梯形波的磁場分布和梯形波的感應(yīng)電動勢要比產(chǎn)生正弦波的磁場分布和正弦變化的電動勢簡單，因此直流無刷電動機結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低。
(3)對于永磁同步電動機，由于定子電流是轉(zhuǎn)子位置的正弦函數(shù)，系統(tǒng)需要高分辨率的位置傳感器，構(gòu)造復雜，價格昂貴．
(4)產(chǎn)生方波電壓和電流的變頻器比產(chǎn)生正弦波電壓和電流的變頻器簡單，控制也簡單得多，因此直流無刷電動機控制簡單、控制器成本較低。
2直流無刷電機在紡織機械中的應(yīng)用
隨著微電子技術(shù)和電力電子器件等技術(shù)的發(fā)展，紡織機械設(shè)備的傳動結(jié)構(gòu)變得越來越簡單，原先整體式的機械傳動由現(xiàn)在的分部電氣驅(qū)動代替，其精度、穩(wěn)定性和自動化程度有了極大的提高。拿紡織機械的自動絡(luò)筒機來說吧，宏大公刊生產(chǎn)的Es—PRON-M型絡(luò)筒機的單錠部分只有一臺200瓦的變頻電動機作為單錠驅(qū)動，而意大利sAVIO公司已投放市場的0R10N絡(luò)筒機單錠由一個無刷直流電動機和五個步進電動機來驅(qū)動。通過這樣的改進使得所需加工的機械部件數(shù)量減少，設(shè)備維護簡單，設(shè)備運行的穩(wěn)定性提高。同樣梳棉機也朝著這個趨勢發(fā)展，如：意大利馬佐里公司生產(chǎn)的c50l梳棉機單元組已發(fā)展到11個電動機驅(qū)動，其中變頻電動機4個，直流無刷電動機3個，三相異步電動機4個。
另外新型無紡布沒備每臺需交流伺服電動機就有8臺之多。其它如包裝機械、造紙機械、印染機械、針織機械等機械行業(yè)也多是如此。
就紡織機械用控制電動機的性價比而言，直流無刷電動機一般較交流伺服電動機、變頻電動機、步進電動機等特殊電動機高，目前優(yōu)良的直流無刷電動機的調(diào)速范同可達I：300，其速度跟蹤響應(yīng)精度在毫秒級左右。就紡織機械沒備而言，直流無刷電動機的優(yōu)異性能完全可以取代變頻電動機，在價格基本相當?shù)幕A(chǔ)上，能顯著提高其設(shè)備的工作性能；也呵以取代很大一部分交流伺服電動機，有很多設(shè)備用直流見刷電動機便能滿足要求，而且價格會降低很多，如新型無紡布設(shè)備每臺所需交流伺服電動機8臺，從同外進口需花費近50萬元，而采用直流尤刷電動機，完全滿足要求，化費至少可降低一半。
直流無刷電動機具有控制性能好、結(jié)構(gòu)簡單、效率高、調(diào)速范圍大、易維護壽命長、無線電干擾小等優(yōu)點，在大多數(shù)場合上應(yīng)用較之三相異步電動機和直流電動機要好的多。****梳棉機的自調(diào)勻整部分、壓輥部分、原用交流伺服電動機的罔條器部分止在準備選用直流無刷電動機，另外加之梳棉機c501的三種直流無刷電動機、意大利馬佐里公司牛產(chǎn)的絡(luò)筒機二種、ORION絡(luò)筒機的一種、清梳聯(lián)設(shè)備上至少可選用兩種等等，單就紡織機械上使用的直流無刷電動機不下十種。絡(luò)簡機直流無刷電動機額定功率約為200w，調(diào)速范圍1300 r／min～700Or／m，已經(jīng)在21c，oRION，PoLAR等機型廣泛應(yīng)用。梳棉機自調(diào)勻整用直流無刷電動機額定功率370w，凋速范圍200r／min～2400r／min，正反轉(zhuǎn)控制。
隨著電機材料、制造工藝的提高和電力電子器件的發(fā)展，直流無刷電機和控制器成本的逐步降低，直流無刷電機將在越來越多的紡織機械廣泛應(yīng)用。
3結(jié)語 從技術(shù)、市場的這兩方面來說，結(jié)合產(chǎn)學研的優(yōu)勢，現(xiàn)在進入直流無刷電動機的領(lǐng)域是完全切實可行的，我們要加大對這方面投入的力度和速度，并逐步使之產(chǎn)業(yè)化，為民族丁業(yè)做出貢獻。直流無刷電動機是隨著電力電子元器件技術(shù)和永磁材料技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來的，其優(yōu)異的可控性能及較低的成本，必將成為現(xiàn)代紡機機械不可缺少的驅(qū)動設(shè)備之 |
