德國(guó)馮哈伯FAULHABER直流電機(jī)工作原理
德國(guó)馮哈伯FAULHABER直流電機(jī)工作原理如下:
將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置。電動(dòng)機(jī)定子提供磁場(chǎng),直流電源向轉(zhuǎn)子的繞組提供電流,換向器使轉(zhuǎn)子電流與磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩保持方向不變。根據(jù)是否是否配置有常用的電刷-換向器可以將直流電動(dòng)機(jī)分為兩類,包括有刷直流電動(dòng)機(jī)和無刷直流電動(dòng)機(jī)。
無刷直流電機(jī)是近幾年來隨著微處理器技術(shù)的發(fā)展和高開關(guān)頻率、低功耗新型電力電子器件的應(yīng)用,以及控制方法的優(yōu)化和低成本、高磁能級(jí)的永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展起來的一種新型直流電動(dòng)機(jī)。
無刷直流電機(jī)既保持了傳統(tǒng)直流電機(jī)良好的調(diào)速性能又具有無滑動(dòng)接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)及噪聲低等優(yōu)點(diǎn),因而在航空航天、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、電動(dòng)汽車、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得了廣泛應(yīng)用。
按照供電方式的不同,無刷直流電機(jī)又可以分為兩類:方波無刷直流電動(dòng)機(jī),其反電勢(shì)波形和供電電流波形都是矩形波,又稱為矩形波永磁同步電動(dòng)機(jī);正弦波無刷直流電動(dòng)機(jī),其反電勢(shì)波形和供電電流波形均為正弦波直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體,電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力,當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場(chǎng)平行時(shí),再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場(chǎng)方向?qū)⒏淖?,因此此時(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸,從而線圈上的電流方向也改變,產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變,所以電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動(dòng)勢(shì),靠換向器配合電刷的換向作用,使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱?dòng)勢(shì)的原理。
感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向按右手定則確定(磁感線指向手心,大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向,其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向)。
導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩,這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針方向,企圖使電樞逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩(例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩),電樞就能按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來。
直流無刷電機(jī)的控制原理,要讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來,首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應(yīng)到的電機(jī)轉(zhuǎn)子所在位置,然后依照定子繞線決定開啟(或關(guān)閉)換流器(inverter)中功率晶體管的順序,inverter中之AH、BH、CH(這些稱為上臂功率晶體管)及AL、BL、CL(這些稱為下臂功率晶體管),使電流依序流經(jīng)電機(jī)線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用,如此就能使電機(jī)順時(shí)/逆時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到hall-sensor感應(yīng)出另一組信號(hào)的位置時(shí),控制部又再開啟下一組功率晶體管,如此循環(huán)電機(jī)就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)直到控制部決定要電機(jī)轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管(或只開下臂功率晶體管);要電機(jī)轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反。
基本上功率晶體管的開法可舉例如下:AH、BL一組→AH、CL一組→BH、CL一組→BH、AL一組→CH、AL一組→CH、BL一組,但絕不能開成AH、AL或BH、BL或CH、CL。此外因?yàn)殡娮恿慵傆虚_關(guān)的響應(yīng)時(shí)間,所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯(cuò)時(shí)間要將零件的響應(yīng)時(shí)間考慮進(jìn)去,否則當(dāng)上臂(或下臂)尚未關(guān)閉,下臂(或上臂)就已開啟,結(jié)果就造成上、下臂短路而使功率晶體管燒毀。
當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來,控制部會(huì)再根據(jù)驅(qū)動(dòng)器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號(hào)變化的速度加以比對(duì)(或由軟件運(yùn)算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關(guān)導(dǎo)通,以及導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)短。速度不夠則開長(zhǎng),速度過頭則減短,此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機(jī)轉(zhuǎn)速快或慢的方式,如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達(dá)到較精準(zhǔn)速度控制的核心。
高轉(zhuǎn)速的速度控制必須考慮到系統(tǒng)的CLOCK 分辨率是否足以掌握處理軟件指令的時(shí)間,另外對(duì)于hall-sensor信號(hào)變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、 實(shí)時(shí)性。至于低轉(zhuǎn)速的速度控制尤其是低速起動(dòng)則因?yàn)榛貍鞯膆all-sensor信號(hào)變化變得更慢,怎樣擷取信號(hào)方式、處理時(shí)機(jī)以及根據(jù)電機(jī)特性適當(dāng)配置控制參數(shù)值就顯得非常重要?;蛘咚俣然貍鞲淖円詄ncoder變化為參考,使信號(hào)分辨率增加以期得到更佳的控制。電機(jī)能夠運(yùn)轉(zhuǎn)順暢而且響應(yīng)良好,P.I.D.控制的恰當(dāng)與否也無法忽視。之前提到直流無刷電機(jī)是閉回路控制,因此回授信號(hào)就等于是告訴控制部電機(jī)轉(zhuǎn)速距離目標(biāo)速度還差多少,這就是誤差(Error)。知道了誤差自然就要補(bǔ)償,方式有傳統(tǒng)的工程控制如P.I.D.控制。但控制的狀態(tài)及環(huán)境其實(shí)是復(fù)雜多變的,若要控制的堅(jiān)固耐用則要考慮的因素恐怕不是傳統(tǒng)的工程控制能掌握,所以模糊控制、專家系統(tǒng)及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。
德國(guó)馮哈伯FAULHABER直流電機(jī)工作原理如下:
1.FAULHABER S/G
貴金屬換向直流微電機(jī)
該產(chǎn)品系列突出的特點(diǎn),是其轉(zhuǎn)子為無鐵心的自承式斜繞組漆包線 構(gòu)成。由此產(chǎn)生的低重量可使慣性小化。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無齒槽效應(yīng),這些電 機(jī)因而具有*的動(dòng)態(tài)性。
緊湊、低功耗、確的低噪聲換向信號(hào),以及控制簡(jiǎn)單,使得該產(chǎn)品具 有的市場(chǎng)適用性,如電動(dòng)手持裝置、泵、自動(dòng)化技術(shù)、光學(xué)和設(shè)備 制造。
2.FAULHABER SR
貴金屬換向直流微電機(jī)
SR系列結(jié)構(gòu)緊湊,貴金屬換向結(jié)合同樣緊湊的高分辨率編碼器技術(shù), 再結(jié)合各種高精度行星和直齒輪減速箱,為精密定位控制提供了 的組合。
此類換向系統(tǒng)的特征在于體積小、接觸電阻低,換向信號(hào)確且低 噪,非常適用于低電流負(fù)載的系統(tǒng)和電池供電的應(yīng)用。
3.FAULHABER CXR
碳刷直流微電機(jī)
CXR系列尺寸小巧,同時(shí)具有高功率、堅(jiān)固耐用和高可控等特性,這是由 碳刷換向、高質(zhì)量釹磁體和久經(jīng)考驗(yàn)的FAULHABER轉(zhuǎn)子共同實(shí)現(xiàn)的。
4.FAULHABER CR
碳刷直流微電機(jī)
高度穩(wěn)定且低磨損的碳刷,*的釹磁體,以及FAULHABER轉(zhuǎn)子繞組 中高的銅占比,為CR系列提供了巨大的動(dòng)力。19至224 mNm的持續(xù) 輸出轉(zhuǎn)矩引以為傲,非常適用于頻繁啟?;蛑芷谛赃^載的運(yùn)行工況。得 益于高的功率密度,以及的動(dòng)態(tài)性和低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,CR是整個(gè) FAULHABER有刷電機(jī)中強(qiáng)大的產(chǎn)品系列。
5.FAULHABER SR-Flat
扁平直流和直流減速電機(jī)
貴金屬換向結(jié)合*的扁平線圈技術(shù),SR-扁平系列中所使用的三個(gè)扁 平自承式銅繞組,讓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用于其有限的空間成為可能。這些電 機(jī)憑借其強(qiáng)力的稀土磁體,提供0.8 W至4 W的連續(xù)輸出功率并了 低的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
其他型號(hào):
FAULHABER 3257G024CR
FAULHABER 3257G048CR3257G
FAULHABER 3557K006C
FAULHABER 3557K009C
FAULHABER 3557K012C
FAULHABER 3557K020C
FAULHABER 3557K024C