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无传感器的无刷直流电机技术让电动工具在恶劣环境中如虎添翼

2021-03-19 14:58:45     来源:老赵说制造        

【哔哥哔特导读】有刷直流电机凭借其出色的转矩速度特性和易于控制的特性,将有刷直流电机用于此类应用,当采用有刷直流电机来控制电流时。

近年来,电动工具,也称为电动手动工具,已被应用在机械和机械工业的许多领域。由于它们的方便和易于操作,它们已被广泛应用于汽车维修,建筑和家庭维修以及植物和花园修剪中。电动工具设计中的技术性能和方便操作变得越来越重要,包括诸如更小尺寸,更鲁棒的操作,更高的电池电压驱动能力和更高的速度能力等因素。

无刷直流电机

有刷直流电机凭借其出色的转矩速度特性和易于控制的特性,将有刷直流电机用于此类应用,当采用有刷直流电机来控制电流时,需要换向器电刷的机械系统,电动工具需要具有正向和反向旋转以及以不同速度操作的能力。随着时间的推移,电刷需要更频繁的维护和更换,这意味着有刷直流电机的使用寿命很短,这些缺点可以通过使用无刷电机来克服,例如开关磁阻电机(SRM)和无刷直流(BLDC)电机。

出乎意料的是,BLDC电机具有与有刷直流电机几乎相同的转矩-速度特性。无刷直流电机比有刷直流电机具有更高的效率和更小的尺寸,而开关磁阻电机与无刷电机类型相似。电机不使用任何永磁体,其转子仅包含铁。它具有较低的制造成本以及坚固性,并且可以以极高的速度运行。与永磁电机相比,它的转矩-速度特性可以更容易地适应应用要求。由于在其转子上未安装永磁体,这意味着仅基于绕组会产生磁场,从而导致铜损增加。开关磁阻电机可以很容易地在低速下获得平稳的转矩,但是它们在最大的工作速度范围内具有最大的纹波转矩,这会在直流电源中产生较大的纹波电流,考虑到其小尺寸和功率密度,无刷直流电机的性能要高于开关磁阻电机。

无刷直流电机具有梯形反电动势波形,通常需要霍尔效应位置传感器来识别逆变器开关操作的转子位置,这导致成本增加并降低其可靠性,霍尔传感器对温度变化和恶劣环境敏感,并且传感器安装要求精度,另外,不存在位置传感器可以节省其体积受限的应用的空间。对于高速BLDC电机,换向信号可能会具有较大的延迟,在较大的速度范围内,该延迟可能会超过90电度。高速无传感器电机驱动器需要满足两个要求:无传感器换向信号的产生以及减小实际换向信号与理想换向信号之间的换向误差,该误差必须尽可能小,线对线之间的反电动势的换向信号的无传感器算法。

对于无刷直流电机驱动器,无传感器控制已成为一个重要问题,为了解决这些问题,在过去的三十年中,许多研究已经提出了许多用于无刷直流电机的无传感器驱动解决方案,这些方法可以分类为:反电动势测量的方法电动势积分方法空转二极管导通检测方法定子三次谐波电压分量的检测平均端电压测量的检测方法。

无传感器控制技术不需要虚拟的电机中性点电压,降低了共模噪声,不需要具有可能引起电路复杂性的相位偏移的电路。它不仅有助于解决安装有霍尔效应位置传感器的电机驱动器的缺点,例如由于温度变化和恶劣环境而导致的性能下降,还可以降低转子位置的总体成本,并减少噪声抑制并提高电机驱动系统的稳定性。

结论

对于恶劣环境中的高速应用,传感器系统很可能会遇到可靠性方面的潜在问题,而无传感器选项则更为合适。随着电子功率器件的飞速发展和深入普及,采用了无传感器控制技术,控制器的体积和成本都降低了。结合无刷电机体积小,重量轻,效率高,寿命长等特点,已广泛应用于高端工业级和专业的锂电工具领域。

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