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无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机比较,全方位分析

2018-10-23 09:28:22

无刷直流永磁电动机与有刷直流永磁电动机的异同及适用性




典型的内转子结构的无刷直流永磁电动机(BLDCM)与其相对应的传统有刷直流永磁电动机(PMDCM))相比较,由于消除了电/换向器的机械接触,原先在里面的旋转电枢变成外面的静止电枢,原先在外面的静止永磁体磁极却变成了里面的旋转永磁体转子。




经过这样的内外交替变换之后,使电动机具有比较高的力矩/惯量比值,能够提供比较大的输出功率、比较长的寿命和比较高的可靠性、比较高的运行速度等。因此,从考虑电动机性能的观点出发,无刷直流永磁电动机将成为最佳的选择。从考虑成本的角度出发,当按照应用的总成本来评价时,即在产品的总寿命上计算,无刷直流永磁电动机有时也是最佳的选择。




造价与寿命对比分析




一台销售价格在40元至45元左右的典型有刷直流永磁电动机在主要力能指标方面可以等效于一台销售价格在150元左右的无刷直流永磁电动机。显然,40元至45元左右的有刷直流永磁电动机的价格低于等效的无刷直流永磁电动机。然而,这是电动机的初始成本,不是总成本。如果有刷直流永磁电动机仅能维持2000h,而采用无刷直流永磁电动机的最终产品的寿命是20000h,则有刷直流永磁电动机要被更换10次,总成本为400元至450元(还没有计及停工和维修的费用)。显而易见,150元左右的无刷直流永磁电动机,实际上是更经济有效的解决方法,因为它将维持到产品的整个寿命。




性能对比分析




无刷直流永磁电动机(以下简称BLDCM)与有刷直流永磁电动机(以下简称PMDCM)的一般性比较,主要从换向、维护、机械特性、效率、体积功率等11个方面进行对双分析。






●换向


BLDCM借助转子位置传感器实现电子换向;


PMDCM由电刷和换向器进行机械换向。




●维护


BLDCM由于没有电刷和换向器,很少需要维护


PMDCM需要周期性维护




●机械(速度/力矩特性


BLDCM平(硬),在负载条件下能在所有速度上运行;


PMDCM中等平(中等硬),在较高速度上运行时,电刷摩擦增加,有用力矩减小。




●效率


BLDCM由于没有电刷压降,所以效率高;


PMDCM中等。




●输出功率/外形尺寸之比


BLDCM由于电枢绕组设置在与机壳相连的定子上,容易散热。这种优异的热传导特性允许减小电动机的尺寸,所以输出功率外形尺寸之比高;


PMDCM中等/低。电枢产生的热量消散在气隙内,这样增加了气隙温度,从而限制了输出功率外形尺寸之比。




●转动惯量


BLDCM转动惯量低。因为永磁体设置在转子上,改善了动态响应;


PMDCM转动惯量高,限止了动态特性。




●速度范围


BLDCM比较宽。没有电/换向器给于的机械限制;


PMDCM比较窄,存在电刷给于的机械限制。




●电气噪声


BLDCM低;PMDCM电刷的电弧将对附近的设备产生电磁干扰。




●制造价格


BLDCM比较高,PMDCM比较低。




●控制


BLDCM控制复杂且价格较贵;PMDCM控制简单和价格适宜。




●控制要求


BLDCM:为了使电动机运转必须要有控制器,但同样的控制器可用于变速控制;


PMDCM:对于一个固定的速度而言,不需要控制器;有变速要求的时候才需要控制器。




●综合情况对比


当然,在那些短时工作的,或者工作寿命不长的应用场合,不管是民用产品还是军用产品,甚至在某些宇航技术领域内,没有控制器的有刷直流永磁电动机,只要借助现代科技和先进制造技术就能够完善地解决电刷换向器的机械接触问题,它将具有比无刷直流永磁电动机更高的运行可靠性,而成为用户优先选用的产品。




直流电机故障检查和分析



直流电动机是将直流电能转换为机械能的电动机。由于直流电动机具有良好的调速性能,在电力拖动中被广泛应用,直流电动机的常见故障及其检查判定方法。






电枢绕组接地故障




电枢绕组接地故障是直流电动机绕组最常见的故障。电枢绕组接地故障一般常发生在槽口处和槽内底部,对其的判定可采用绝缘电阻表法或校验灯法。






用绝缘电阻表测量电枢绕组对机座的绝缘电阻时,如阻值为零则说明电枢绕组接地;采用毫伏表法进行判定时,若被测换向片与电动机轴之间有一定电压数值,则说明该换向片所连接的绕组元件未接地;相反,若读数为零,则说明该换向片所连接的绕组元件接地。




电枢绕组短路故障




若电枢绕组严重短路,会将电动机烧坏。若只有个别线圈发生短路时,电动机仍能运转,只是使换向器表面火花变大,电枢绕组发热严重,若不及时发现并加以排除,则最终也将导致电动机烧毁。因此,当电枢绕组出现短路故障时,就必须及时予以排除。








电枢绕组短路故障主要发生在同槽绕组元件的匝间短路及上下层绕组元件之间的短路,查找短路的常用方法有:




①  路测试器法。将短路测试器接通交流电源后,置于电枢铁心的某一槽上,将断锯条在其他各槽口上面平行移动,当出现较大幅度的振动时,则该槽内的绕组元件存在短路故障。








② 毫 伏表法。将6.3V交流电压(用直流电压也可以)加在相隔K/2或K/4两换向片上(K为换向片数),用毫伏表的两支表笔依次接触到换向器的相邻两换向片上,检测换向器的片间电压。




在检测过程中,若发现毫伏表的读数突然变小,则说明与该两换向片相连的电枢绕组元件有匝间短路。若在检测过程中,各换向片问电压相等,则说明没有短路故障。








电枢绕组断路故障




这也是直流电动机常见故障之一。实践经验表明,电枢绕组断路点一般发生在绕组元件引出线与换向片的焊接处。造成的原因有:一是焊接质量不好,二是电动机过载、电流过大造成开焊。这种断路点一般较容易发现,只要仔细观察换向器升高片处的焊点情况,再用螺钉旋具或镊子拨动各焊接点,即可发现。




若断路点发生在电枢铁心槽内部,或者不易发现的部位,则可用毫伏表检查,将6~12V的直流电源连接到换向器上相距K/2或K/4的两换向片上,用毫伏表测里各相邻两换向片间的电压,并逐步依次进行测量。有断路的绕组所连接的两换向片被毫伏表跨接时,有读数指示,而且指针发生剧烈跳动。若毫伏表跨接在完好的绕组所连接的两换向片上时,指针将无读数指示。