电机

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关于电机控制方案,DSP、MCU和FPGA各有其优特点。DSP因为数据处理能力强、运算速度快,适用于高端复杂的电机系统控制,但它依赖于软件算法的成熟度和稳定性,对开发者的要求比较高。FPGA通过集成逻辑电路及专用电机驱动电路,能够很好地适用于客户化的电机驱动,但在电机控制的通用性方面略有不足。MCU通常侧重于I/O接口的数量和可编程存储器的大小,非常适用于有大量的I/O操作的场合,所以广泛应用在低成本,低功耗和对精度要求不高的系统中。但由于本身处理能力有限,应用的场合受到了比较大的限制。

电机对能耗的贡献率在美国接近50%,因此降低电机能耗能有效地提高能源利用率,而采用先进的微控制器(MCU)技术来实现电机控制是一种有效的方法。降低能耗的一个主要对象是电机,它消耗了美国总能耗的大约50%。家庭里随便都可以找到超过50个电机,一般会有70到80个,在工业领域,工厂自动控制对电机的利用也很广泛。

MCU技术的最新进展使得电机能在更低的成本下更高效地运行。在某些市场上,这能加快从机电向电子控制的转变,从而能实现变速电机控制以优化电机的工作效率,并在器件的层面上降低所有应用的成本。低成本无刷直流电机控制MCU与经常应用在电机控制中的有刷电机相比,MCU控制的无刷直流(BLDC)电机消除了刷子磨损和弧形机构,这样电机的寿命本质上仅仅受限于轴承的寿命。此外,基于MCU的BLDC电机系统的优势还包括高效率、高转矩-惯量比、更高的速度性能、低噪声、更好的热效率和低EMI特性。

利用专门设计用于电机控制的大批量生产的8位MCU是一种解决数字电机控制问题的非常低成本方法。由于具有高达10MIPS的性能和运动控制专用硬件(包括中心准直的14位PWM、一个运动反馈模块以及一个高速ADC),以前需要很贵处理器的应用现在可以使用低成本的8位MCU解决。

某些MCU里的三相PWM控制,如PIC18F4431,可以用硬件提供一个BLDC的所有三项控制,尽量减少必须开发和调试的软件。高达8个可用的PWM通道,通常只需要6个来驱动三相电机。因此,剩下的两个通道可以用作其他功能,而不需要额外的器件。作为MCU的主要部分的带积分编码器接口的运动反馈模块减少了器件数量和系统成本。  

具有采样率为每秒200K的ADC的MCU可提供闭环控制所必要的速度。两个不同通道的同时采用使得对电压和电流同时采样成为可能。在测量闭环电机控制中后端电动势(EMF)时需要这样的快速转换,在上升或下降沿使ADC与PWM同步的能力使切换噪声最小化。总之,这些模块使得不需要外部电机控制器件,如高速ADC和位置编码器。  

在很多电机控制应用中,故障安全操作(fail-safe operaTIon)非常重要。带有故障安全时钟监视器(一个内部RC振荡器,可以在晶振产生故障的时候用作备用时钟)的MCU使设计工程师可以用能提供高可靠性的数字控制。像在PWM上的可编程停滞时间(deadTIme)延时使切换噪声最小化,可以减少数周的开发时间,并满足关键的程序最终期限要求以使新产品得以面市。在所有的情况下,带有可靠闪存的MCU提供快速面市的可能,以及在安装之前或在使用中根据要求变化来调整的灵活性。市场推动因素及解决方案家用电子设备中的电子电机控制要求、工业和汽车市场促进了对具有先进的电机控制外设的MCU的需求。

在家电市场部分,需要性能提高的电机控制来满足政府规划标准,例如美国的环境保护机构的能源之星计划,该计划促进厂商推出高效能家电。洗衣机是高性能电机控制的一个重要的领域。直接驱动的洗衣机消除了电机轴与洗衣机搅动器之间的传动带,允许不同的速度和搅动器模式。一个生产商的完全重新设计的洗衣机与传统的洗衣机相比较,减少消耗38%的电量和17%的水。电机控制MCU根据洗衣量和类型调整电机的功率。然而,家电用户依然对最初的购买价格很敏感,因此生产商必须不断降低它们的开发和生产成本,以使更先进的电器能为更多的消费者所接受。

在家电中,专门为低成本电机控制应用设计的8位MCU集成了能尽量减少额外器件的功能。在电路板上的电机PWM、故障安全时钟监视器和高可靠的闪存条件下,最新的MCU简化了家电电机控制的设计,能实现低成本目标。  

在工业应用中,电力成本和装配操作的停工时间会降低厂商的收益。关于电机性能提升的控制如何直接影响效率和收益的一个工业例子就是:将一个工业抽水机中的阀用一个带有基于MCU的可变速(VSD)系统替换。对于抽水机或风扇,功耗与轴的速度立方根成正比,当轴速度降低10%,流量降低10%,功耗降低27%。如果速度降低20%,功耗降低49%。通过使用MCU可变速电机控制,而不是恒速电机阀来减少流量,已经证明对于工业应用中的离心抽水机、风扇和吹风机来说可以得到25-40%的能量节省。

工业应用的效益是明显的,使用MCU驱动的变速电机控制依赖于其他因素,例如灵活性和可靠性——这些因素能避免故障或检修带来的停工。带有闪存和EEPROM的MCU提供能通过可再编程特性,在当需要升级或控制程序要求改变的时候来解决工业用户要求的灵活性。带16KB闪存和256B EEPROM的MCU在8位MCU中提供了足够的存储器来处理在工业环境中可能需要的很多改变。同样重要的是,Microchip公司的闪存采用的PMOS电子可擦除的单元处理技术一般具有数据存储单元能承受1百万次擦/写循环,数据可以保持超过40年的性能。已有的汽车电机应用包括采用电机来打开和关闭车窗和车门,以及定位车座。由于这些应用的使用频率很低,因此对低效率并不敏感,但利用率高的应用,例如乘客温度环境控制和引擎箱的风扇,则不断地消耗汽车有限的电能。电机控制MCU使得环境控制扇只以一个能保持舒适温度的速度运转,这样使噪声最小化,并减少功率消耗。

在很多情况下,电机控制MCU必须使用控制区域网络(CAN)或本地互连网络(LAN)来连接到汽车网络。对于车体电子,现在使用低成本LIN协议来减少整体系统成本。在一些MCU系列中,可以发现一个支持LIN1.2的USART模块,同时提供在起始位的自动唤醒和波特检测(baud detect)。

随着控制算法在所有细分市场变得越来越复杂,数字电机控制器的性能从MCU上升到DSP层次。数字信号控制器(DSC)带来了更高的性能和价格可接受的、对设计工程师友好的、MCU技术用作更成熟的电机控制设计,包括那些具有向量控制的应用。DSC工作速度高达30MIPS,带有高达144KB的闪存和电机控制专用的集成外设实现了更先进的、新的电机控制应用。采用基于DSP和DSC的电子电机控制,家电产业控制和汽车不仅工作效率更高、提供更多功能,而且价格更容易接受。

电动工具类应用从交流(AC)电机向无刷直流电机(BLDC)转移,例如电钻头、电锯和割草机等产品。通常,为专业人员和消费者开发电动工具的这类客户并不具备电机控制软件知识,因此,他们依靠MCU供应商来提供电机控制固件。我们也看到了对更高性能电机控制的更多新需求,如用于无人驾驶直升机和电扇等新兴使用案例的正弦波(Sine Wave)控制和磁场定向控制(FOC)。MCU的技术进展定会给电机的节能带来新的可能性。

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电机启动电流到底有多大?

电机的启动电流是额定电流的多少倍说法不一,很多都是根据具体情况来说的。如说十几倍的、6~8倍的、5~8倍的、5~7倍的等。

一种是说法说在启动瞬间(即启动过程的初始时刻)电机的转速为零时,这时的电流值应该是它的堵转电流值。

对最经常使用的Y系列三相异步电动机,在JB/T 10391 《Y系列三相异步电动机》标准中就有明确的规定。其中5.5kW电机的堵转电流与额定电流之比的规定值如下:

同步转速 3000 时,堵转电流与额定电流之比为7.0;

同步转速 1500 时,堵转电流与额定电流之比为7.0;

同步转速 1000时,堵转电流与额定电流之比为6.5;

同步转速 750 时,堵转电流与额定电流之比为6.0。

5.5kW电机功率比较大,功率小些的电动机启动电流和额定电流比值要小些,所以电工教材和很多地方都是说异步电动机启动电流是额定工作电流的4~7倍。

为什么电机起动电流大?起动后电流又小了呢?

这里我们有必要从电机启动原理和电机旋转原理的角度来理解:

当感应电动机处在停止状态时,从电磁的角度看,就像变压器,接到电源去的定子绕组相当于变压器的一次线圈,成闭路的转子绕组相当于变压器被短路的二次线圈;定子绕组和转子绕组间无电的的联系,只有磁的联系,磁通经定子、气隙、转子铁芯成闭路。

当合闸瞬间,转子因惯性还未转起来,旋转磁场以最大的切割速度——同步转速切割转子绕组,使转子绕组感应起可能达到的最高的电势,因而,在转子导体中流过很大的电流,这个电流产生抵消定子磁场的磁能,就象变压器二次磁通要抵消一次磁通的作用一样。

定子方面为了维护与该时电源电压相适应的原有磁通,遂自动增加电流。因为此时转子的电流很大,故定子电流也增得很大,甚至高达额定电流的4~7倍,这就是启动电流大的缘由。

启动后电流为什么小:随着电动机转速增高,定子磁场切割转子导体的速度减小,转子导体中感应电势减小,转子导体中的电流也减小,于是定子电流中用来抵消转子电流所产生的磁通的影响的那部分电流也减小,所以定子电流就从大到小,直到正常。

减小电动机启动电流的方法有哪些?

常见减小电动机启动电流的启动方法有直接启动,串电阻启动,自耦变压器启动,星三角减压启动及变频器启动的方法来减小对电网的影响。

直接启动

直接启动就是将电机的定子绕组直接接入电源,在额定电压下起动,具有起动转矩大、起动时间短的特点,也是最简单、最经济和最可靠的起动方式。全压起动时电流大,而起动转矩不大,操作方便,起动迅速,但是这种启动方式对电网容量和负载要求比较大,主要适用于1W以下的电机启动。

串电阻启动

电机串电阻启动,也就是降压启动的一种方法。在启动过程中,在定子绕组电路中串联电阻,当启动电流通过时,就在电阻上产生电压降,减少了加在定子绕组上面的电压,这样就可以达到减小启动电流目的。

自耦变压器启动

利用自耦变压器的多抽头减压,既能适应不同负载起动的需要,又能得到更大的起动转矩,是一种经常被用来起动较大容量电动机的减压起动方式。它的最大优点是起动转矩较大,当其绕组抽头在80%处时,起动转矩可达直接起动时的64%,并且可以通过抽头调节起动转矩。

星三角减压启动

对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说,如果在起动时将定子绕组接成星形,待启动完毕后再接成三角形,就可以降低启动电流,减轻它对电网的冲击。这样的启动方式称为星三角减压起动,或简称为星三角启动。采用星三角启动时,启动电流只是原来按三角形接法直接启动时的1/3。在星三角启动时,启动电流才2-2.3倍。

这就是说采用星三角启动时,启动转矩也降为原来按三角形接法直接起动时的1/3。适用于无载或者轻载启动的场合。并且同任何别的减压启动器相比较,其结构最简单,价格也最便宜。除此之外,星三角启动方式还有一个优点,即当负载较轻时,可以让电动机在星形接法下运行。此时,额定转矩与负载可以匹配,这样能使电动机的效率有所提高,并因之节约了电力消耗。

变频器启动

变频器是现代电动机控制领域技术含量最高,控制功能最全、控制效果最好的电机控制装置,它通过改变电网的频率来调节电动机的转速和转矩。因为涉及到电力电子技术,微机技术,因此成本高,对维护技术人员的要求也高,因此主要用在需要调速并且对速度控制要求高的领域。

来源:网络

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普通电机为啥不能当变频电机使用?

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普通电机只能在工频附近长时间工作,而变频电机则可以长时间在严重高于,或者是低于工频的条件下进行工作。普通电机和变频电机的散热系统不同。普通电机的散热系统和转速是息息相关的,或者说,电机的转速快,散热系统就效果好,电机转速慢,散热效果就会大打折扣,而变频电机则不存在这个问题。

★什么叫电机?

答:电机是将电池电能转换成机械能,驱动电动车车轮旋转的部件。

★什么叫绕组?

答:电枢绕组是直流电机的核心部分,是铜质漆包线绕制的线圈。当电枢绕组在电机的磁场中旋转都会产生电动势。

★什么叫磁场?

答:在永磁体或电流周围所发生的力场及凡是磁力所能达到的空间或磁力作用的范围。

★什么叫磁场强度?

答:定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线1/2米远处的磁场强度为1A/m(安培 / 米,国际单位制SI);在CGS单位制(厘米-克 -秒)中,为纪念奥斯特对电磁学的贡献,定义载有1安培电流的无限长导线在距离导线0.2厘米远处的磁场强度为10e(奥斯特),10e=1/4.103/m,磁场强度通常用H表示。

★什么叫安培定则?

答:用右手握住导线,让伸直的大拇指的方向跟电流方向一致,那么弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。

★什么叫磁通?

答:磁通又叫磁通量:设在匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面,磁场的磁感应强度为B,平面的面积为S,我们定义磁感应强度B与面积S的乘积,叫做穿过这个面的磁通量。

★什么是定子?

答:有刷或无刷电机工作时不转的部分。轮毂式有刷或无刷无齿电机的电机轴叫做定子,此种电机可以叫做内定子电机。

★什么是转子?

答:有刷或无刷电机工作时转动的部分。轮毂式有刷或无刷无齿电机的外壳叫做转子,此种电机可以叫外转子电机。

★什么叫碳刷?

答:有刷电机里面顶在换相器表面,电机转动的时候,将电能通过转相器输送给线圈,由于其主要的成分是碳,称为碳刷,它是易磨损的。应定期维护更换,并清理积碳。

★什么是刷握?

答:在有刷电机里面盛装并保持碳刷位置的机械导槽。

★什么是换相器?

答:有刷电机里面,具有相互绝缘的条状金属表面,随电机转子转动时,条状金属交替接触电刷的正负极,实现电机线圈电流方向的正负交替变化,完成有刷电机线圈的换相。

★什么是相序?

答:无刷电机线圈的排列顺序。

★什么是磁钢?

答:一般用于称呼高磁场强度的磁性材料,电动车电机都采用钕铁錋稀土磁钢。

★什么叫电动势?

答:由电机的转子切割磁力线而产生,其方向与外加电源相反,故称为反电动势。

★什么是有刷电机?

答:电机工作时,线圈和换向器旋转,磁钢和碳刷不转,线圈电流方向的交替变化是靠随电机转动的换向器和电刷来完成的。在电动车行业有刷电机分为高速有刷电机和低速有刷电机。有刷电机和无刷电机有很多区别,从字上可以看出有刷电机有碳刷,无刷电机没有碳刷。

★什么是低速有刷电机?有何特点?

答:在电动车行业中,低速有刷电机是指轮毂式低速大转矩无齿轮传动有刷直流电动机,电机定转子相对转速就是车轮的转速。定子上的磁钢为5~7对,转子电枢的槽数为39~57个。由于电枢绕组固定在轮子外壳内,借助转动的外壳,热量容易散发。转动的外壳又编织着36根辐条,更有利热的传导。

★有刷有齿电机的特点?

答:有刷电机中因为有电刷,其主要隐患就是“电刷磨损”,用户应该注意到有刷电机又分为有齿和无齿两种。目前许多厂家选用有刷有齿电机,它是一种高速电机,所谓“有齿”就是通过齿轮减速机构,将电机转速调低(因国标规定电动车时速不得超过20公里,故电机转速应在170转/每分钟左右)。由于是高速电机通过齿轮减速,其特点是启动时骑行者感觉动力强劲,而且爬坡能力较强。但是电动轮毂是封闭的,只是在出厂前加注了润滑剂,用户很难进行日常保养,而且齿轮本身也有机械磨损,一年左右因润滑不足导致齿轮磨损加剧,噪音增大,使用时电流也增大,影响电机和电池寿命。

★什么是无刷电机?

由于控制器提供不同电流方向的直流电,来达到电机里面线圈电流方向的交替变化。无刷电机的转子和定子之间没有电刷和换向器。

★电机如何实现换相 ?

答:无刷或有刷电机在转动时,电机里面线圈的通电方向需要交替变换,从而达到电机能连续转动。有刷电机的换相靠换相器和电刷共同完成,无刷电机靠控制器来完成。

★什么是缺相?

答:无刷电机或无刷控制器的三相电路中,有一相不能工作。缺相分主相位缺相和霍尔缺相。表现为电机抖动不能工作,或转动无力且噪音大。控制器在缺相状态下工作是很容易烧毁的。

★电机常见的种类有哪几种?

答:常见的电机有:有刷有齿轮毂电机、有刷无齿轮毂电机、无刷有齿轮毂电机、无刷无齿轮毂电机、侧挂电机等。

★从电机的种类上怎么区分是高低速电机?

答:A有刷有齿轮毂电机、无刷有齿轮毂电机属于高速电机;B有刷无齿轮毂电机、无刷无齿轮毂电机属于低速电机。

★电机的功率是怎么定义的?

答:电机的功率是指电机所输出的机械能与电源所提供的电能之比。

★为什么要选择电机的功率?选择电机功率的意义何在?

答:电机额定功率的选择是一个很重要很复杂的问题。负载时,如果电机额定功率过大,电机就经常处于轻载运行,电机本身的容量得不到充分的发挥,变成“大马拉小车”,同时电机运行效率低、性能不好,都会增加运行费用。反过来,电机额定功率要求得小,那便是“小马拉大车”,电机电流超过额定电流,电机内耗损加大,效率低时小事,重要的是影响电机的寿命,即使过载不多,电机的寿命也会减少较多;过载较多,会破坏电机绝缘材料的绝缘性能甚至烧毁。当然,电机额定功率小,可能根本就拖动不了负载,会使电机长时间处于启动状态而过热损坏。所以应该严格按照电动车运行情况选定电机的额定功率。

★一般直流无刷电机为什么要有三个霍尔?

答:简要的说,直流无刷电机为了能转动,必须使定子线圈的磁场和转子永久磁体的磁场之间始终存在一定的角度。转子转动的过程也就是转子磁场方向改变的过程,为了使二者磁场存在角度,到一定的程度后,定子线圈的磁场方向必须改变。那么怎么知道要改变定子磁场的方向了呢?那就靠那三个霍尔了。可以认为那三个霍尔肩负着告诉控制器何时改变电流方向的任务。

★无刷电机霍尔的耗电量大致范围是多少?



答:无刷电机霍尔的耗电量大致范围是6mA-20mA不等。

★一般电机在多高的温度下能够正常工作?电机最多能够承受多高的温度?

答:如果测量电机盖的温度超过环境温度25度以上时,表明电机的温升已经超出了正常的范围,一般电机温升应该在20度以下。一般电机线圈是由漆包线绕而成,而漆包线在温度高于150度左右时其漆膜会因为温度过高而脱落,造成线圈短路。当线圈温度在150度以上时电机外壳所表现出的温度在100度左右,所以如果以其外壳温度为依据则电机所承受的最高温度为100度。

★电机的温度应在20摄氏度以下,即电机端盖的温度超过环境温度应小于20摄氏度,但电机发热超过20摄氏度的原因是什么?

答:电机发热的直接原因是由于电流大引起的。一般可能是线圈短路或开路、磁钢退磁或电机效率低等造成,正常情况则是电机长时间大电流运转。

★什么原因导致电机会发热?这是一个怎样的过程?

答:电机负载运行时电机内有功率损耗,最终都将变成热能,这就会使电机温度升高,超过了周围环境温度。电机温度比环境温度高出的值称为升温。一旦有了升温,电机就要向周围散热;温度越高、散热越快。当电机单位时间发出的热量等于散出的热量时,电机温度不再增加,而保持着一个稳定不变的温度,即处于发热与散热平衡的状态。

★一般电机允许温升是多少?电机的温升对电机中的哪个部分影响最大?是怎么定义的?

答:电机负载运行时,从尽量发挥它的作用出发,所带负载即输出功率越大越好(若不考虑机械强度)。但是输出功率越大、损耗功率越大,温度越高。我们知道,电机内耐温最薄弱的东西是绝缘材料,如漆包线。绝缘材料耐温有个限度,在这个限度内,绝缘材料的物理、化学、机械、电气等各方面性能都很稳定,其工作寿命一般约为20年。超过这个限度,绝缘材料的寿命就急剧缩短,甚至会烧毁。这个温度限度,称为绝缘材料的允许温度。绝缘材料的允许温度,就是电机的允许温度;绝缘材料的寿命,一般就是电机的寿命。

环境温度随时间、地点而异,设计电机时规定取40摄氏度为我国标准环境温度。因此绝缘材料或电机的允许温度减去40摄氏度即为允许温升,不同绝缘材料的允许温度是不一样的,按照允许温度的高低,电机常用的绝缘材料为 A 、 E 、 B 、 F 、 H 五种。按环境温度为40摄氏度计算,这五种绝缘材料及其允许温度和允许温升如下表所示:


★怎样测量无刷电机的相角?

答:接通控制器电源,由控制器给霍尔元件供电,就可以检测到无刷电机的相角了。方法如下:用万能表的+20V直流电压档,并将红表笔接+5V线,黑笔分别测量三个引线的高低电压,按60度及120度电机的换相表对照即可。

★为什么任意一台直流无刷控制器和直流无刷电机不能随意接上就能正常转动起来?为什么直流无刷会有倒相序之说?

答:一般来说直流无刷电机在实际运动中是这样一个过程:电机转动 ---- 转子磁场方向改变 ---- 当定子磁场方向和转子磁场方向的夹角到60度电角度时 ---- 霍尔信号改变 ---- 相线电流方向改变 ---- 定子磁场向前跨越60度电角度---- 定子磁场方向和转子磁场方向夹角为120度电角度---- 电机继续转动。这样我们就明白了,霍尔有六种正确的状态。当特定的霍尔告诉控制器时,控制器就有特定的相线输出状态。所以倒相序就是要完成这样的一个任务,就是使定子的电角度始终按一个方向以60度电角度步进。

★如果60度的无刷控制器用在120度的无刷电机上会有什么状况?反之又如何?

答:都会倒至缺相现象,不能正常转动;但捷能所采用的控制器是一种智能型无刷控制器能够自动识别60度电机或120度电机,从而可以兼容适配二种电机,使得维修更换更加方便。

★直流无刷控制器和直流无刷电机怎样能倒出正确的相序?

答:第一步要保证霍尔线的电源线和地线与控制器上相对应的线插好,而三个电机霍尔线与三个电机线对控制器的接法共有 36种,最简单而笨的方法是每种状态逐一试验。换接时可以不断电进行,但一定要仔细,也要有一定的次序。要注意每次拧转不要太大,如果电机转动不顺利,则这种状态就是不对的,转把拧的太大就有损控制器,如果出现反转的情况,在知道控制器的相序的情况下就是把控制器霍尔线a、c互换,点击线A相与B相互换,即可倒为正转。最后验证接得正确方法是大电流运转时正常。

★如何用120度无刷控制器控制60度电机?

答:在无刷电机霍尔信号线b相与控制器采样信号线之间加方向线路即可。

★有刷高速电机和有刷低速电机有什么直观上的区别?

答:A. 高速电机有超越离合器,往一个方向转轻松,往另一个方向转费尽;低速电机双向转斗一样轻松。

B. 高速电机的车转动时噪音较大,低速电机转动噪音较小。有经验的人很容易凭耳朵识别。

★什么是电机的额定运行状态?

答:在电机运行时,若各个物理量都与它的额定值一样,就称为额定运行状态,在额定运行状态下工作,电机能可靠的运行,并具有最好的综合性能。

★电机的额定转矩是怎么计算出来的?

答:点击轴上输出的额定转矩可以用T2n表示,其大小是输出的机械功率额定值除以转交速度的额定值,即T2n=Pn 其中Pn的单位为W、Nn的单位为r/min、T2n单位是N.M, 如果PNM单位用KN,系数9.55改为9550。

故可以得出如果在电机额定功率相等的条件下,电机的转速低其转矩越大。

★电机的启动电流是怎么定义的?

答:一般要求电机的启动电流不能超过其额定电流的 2~5 倍,这也是为什么在对控制器上作限流保护的一个重要原因。

★市场上销售的电机转速为什么越来越高?及有何影响?

答:供应商方面提速可以降低成本,同样是低速点击,速度高了线圈匝数就少了,也省了硅钢片,磁钢数目也少了,购买者认为高速就好。

额定速度工作时,其功率不变,但在低速区时效率明显低了,也就是启动无力。

效率低,需要用大电流启动,骑行时电流也大,对控制器的限流要求大,对电池也不好。

★出现电机异常发热情况怎么维修?
答:维修处理的方法一般为更换电机,或进行维修保。

★电机的空载电流大于参考表极限数据时表明电机出现了故障,产生的原因有哪些?怎么维修?

答:点击内部机械摩擦大;线圈局部短路;磁钢退磁;直流电机换相器积碳。维修处理的方法一般那为更换电机,或更换碳刷,清理积碳。

★各种电机的无故障最大极限空载电流是多少?

电机形式 额定电压 24V 时 额定电压 36V 时
侧挂电机 2.2A 1.8A
高速有刷电机 1.7A 1.0A
低速有刷电机 1.0A 0.6A
高速无刷电机 1.7A 1.0A
低速无刷电机 1.0A 0.6A

★电机空转电流如何测量?

答:将万用表置于20A档位,将红黑表笔窜连接在控制器的电源输入端。打开电源,再电机不转的情况下,记录下此时万用表的最大电流A1 。转动转把,使电机高速空载转动10s以上,等待电机转速稳定后,开始观察并记录此时万用表的最大数值A2。电机空载电流=A2-A1 。

★电动车常用电机的比较:


★如何识别电机的好坏?关键看哪些参数?

答:主要是空载电流和骑行电流的大小,与正常值对比,及电机效率和扭矩的高低,以及电机的噪声、振动和发热量,最好的方法是用测功机测试效率曲线。

★180W和250W电机有何区别?对控制器有何要求?

答:250W的骑行电流大,对控制器的功率余量及可靠性要求较高。

★为什么在标准环境下,电动车的骑行电流会因电机的额定不同而不同?

答:众所周知,标准条件下,以额定负载160W来计算,在250W的直流电机上骑行电流为 4—5A左右,而在350W直流电机上骑行电流略高一些。举个例子:如果电池电压为48V,两个电机250W和350W,其额定效率点都为80%,则250W电机的额定工作电流为6.5A左右,而350W电机的额定工作电流为9A左右。而一般电机的效率点是工作电流偏离额定工作电流越远,其值越小,同在4—5A的负载情况下,在250W的电机效率为70%,350W的电机效率为60%,则在5A的负载下,250W的输出功率为48V*5A*70%=168W,350W的输出功率为48V*5A*60%=144W。

350W电机为了使输出功率满足骑行要求即达到168W(差不多是额定负载),则只有使电源增加,从而使效率点增高。

★为什么在同样的环境下, 350W的电机要比250W的电机的电动车的续行里程短?

答:由于同样的环境下, 350W电机的电动车骑行电流大所以在电池一样的情况下,其续行里程会短。

★对于电动助力车厂家应该怎么去选择电机?根据什么去选择电机?

答:对于电动车来说其电机选择的最关键因素是电机额定功率的选择。

电机额定功率选择一般分为三个步骤:

第一步,计算负载功率P。

第二步,根据负载功率,预选电机的额定功率及其他。

第三步,校核预选电机。一般先校核发热温升,再校核过载能力,必要时校核启动能力。都通过了,预选的电机便选定了;通不过从第二步重新进行,直到通过为止。

切忌在满足负载的要求下,电机的额定功率越小越经济。

第二步做好后,要根据环境温度的不同进行温度校正,额定功率是在国家标准环境温度为40摄氏度前提下进行的。若环境温度常年都较低或都比较高,未来充分利用电机的容量,应对电机的额定功率进行修正。例如常年温度偏低,电机世纪额定功率应比标准规定Pn高,相反,常年温度偏高的,应降低额定功率使用。

总体来说,在环境温度确定的情况下,选择电动车的电机应根据电动车的骑行状态来定,电动车的骑行状态越能使电机接近额定工作状态越好,而电动车的骑行状态一般是根据路况而定的。如天津市路面平整,则小功率电机足够;如果要用较大功率的电机,则会造成能源的浪费,造成续行里程短。如果在重庆山路多,则适宜用功率较大的电机。

★ 60度直流无刷电机比120度直流无刷电机更有劲,对吗?为什么?

答:从市场发现在和很多客户沟通的时候,普遍存在着这样一个谬误!认为60度电机比 120度有劲。我们认为这大概是生产60度无刷电机厂家的一种宣传。从无刷电机的原理上以及事实证明,其实60度电机也好, 120度电机也罢!所谓度数只是用来告诉无刷控制器什么时候该让惦记的哪两根相线导通而已。根本没有谁比谁更有劲之说! 240度和300度也是一样,没有谁比谁更有劲之说。

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电动机应用广泛,下面为您揭晓目前电动机重要的七大应用领域:

1、电气伺服传动领域

在要求速度控制和位置控制(伺服)的场合,特种电机的应用越来越广泛。开关磁阻电动机、永磁无刷直流电动机、步进电动机、永磁交流伺服电动机、永磁直流电动机等都已在数控机床、工业电气自动化、自动生产线、工业机器人以及各种军、民用装备等领域获得了广泛应用。如交流伺服电机驱动系统应用在凹版印刷机中,以其高控制精度实现了极高的同步协调性,使这种印刷设备具有自动化程度高、套准精度高、承印范围大、生产成本低、节约能源、维修方便等优势。在工业缝纫机中,随着永磁交流伺服电动机控制系统、无刷直流电动机控制系统、混合式步进电动机控制系统的大量使用,使工业缝纫机向自动化、智能化、复合化、集成化、高效化、无油化、高速化、直接驱动化方向快速发展。

2、信息处理领域

信息技术和信息产业以微电子技术为核心,通信和网络为先导,计算机和软件为基础。信息产品和支撑信息时代的半导体制造设备、电子装置(包括信息输入、存储、处理、输出、传递等环节)以及通信设备(如硬盘驱动器、光盘驱动器、软盘驱动器、打印机、传真机、复印机、手机等)使用着大量各种各样的特种电机。信息产业在国内外都受到高度重视,并获得高速发展,信息领域配套的特种电机全世界年需求量约为 15 亿台(套),这类电机绝大部分是永磁直流电动机、无刷直流电动机、步进电动机、单相感应电动机、同步电动机、直线电动机等。

3、交通运输领域

目前,在高级汽车中,为了控制燃料和改善乘车舒适感以及显示装置状态的需要,要使用 40~50 台电动机,而豪华轿车上的电机可达 80 多台,汽车电气设备配套电机主要为永磁直流电动机、永磁步进电动机、无刷直流电动机等。作为 21 世纪的绿色交通工具,电动汽车在各国受到普遍重视,电动车辆驱动用电机主要是大功率永磁无刷直流电动机、永磁同步电动机、开关磁阻电动机等,这类电机的发展趋势是高效率、高出力、智能化。国内电动自行车近年来发展迅猛,电动自行车主要使用线绕盘式永磁直流电动机和永磁无刷直流电动机驱动;此外,特种电机在机车驱动、舰船推进中也得到了广泛应用,如直线电动机用于磁悬浮列车、地铁列车的驱动。

4、家用电器领域

目前,工业化国家一般家庭中约使用 50~100 台特种电机,电机主要品种为:永磁直流电动机、单相感应电动机、串励电动机、步进电动机、无刷直流电动机、交流伺服电动机等。为了满足用户越来越高的要求和适应信息时代发展的需要,实现家用电器产品节能化、舒适化、网络化、智能化,家用电器的更新换代周期很快,对配套的电机提出了高效率、低噪声、低振动、低价格、可调速和智能化的要求。家用电器行业用电机正进行着更新,以高效永磁无刷直流电动机为驱动的家用电器正代表着家用电器业发展的方向。如目前流行的高效节能变频空调和冰箱就采用永磁无刷直流电动机驱动其压缩机及风扇。洗衣机采用低噪声多极扁平永磁无刷直流电动机,可省去原有的机械减速器而直接驱动滚筒,实现无级调速,是目前洗衣机中的高档产品。吸尘器中采用永磁无刷直流电动机替代原用的单相串励电动机,具有体积小、效率高、噪声低、寿命长等优点。

5、消费电子领域

电唱机、录音机、VCD 视盘和 DVD 视盘等影音设备以及高级智能玩具和娱乐健身设备配套电机主要为永磁直流电动机、印制绕组电动机、线绕盘式电动机、无刷直流电动机等。录像机、摄像机、数码照相机等电子消费品需要量大,产品更新换代快,这类产品所配电机属精密型,制造加工难度大,尤其是进入数字化后,对电机提出了更新、更高的要求。

6、国防领域

军用特种电机及组件产品门类繁多,规格各异,有近万个品种,其基本功能有:机械位置传感与指示,信号变换与计算,运动速度检测与反馈,运动装置驱动与定位,速度、加速度、位置精确伺服控制,计时标准及小功率电源等。基于其特殊性能、特殊功能和特殊工作环境的要求,大量吸收相关学科的最新技术成就,特别是新技术、新材料和新工艺的应用,催生了许多新结构、新原理电机,具有鲜明的微型化、数字化、多功能化、智能化、系统化和网络化特征。

如传统鱼雷舵机均采用液压机械式驱动系统驱动舵面,为鱼雷提供三轴动力以控制航向、深度与横滚,实现所设计的鱼雷弹道;目前国内外新型鱼雷已经采用电舵机,早期电舵机多使用有刷直流伺服电动机,但有刷伺服电动机固有的缺点给电舵机系统的可靠运行带来了诸多问题。而应用体积小、质量轻、功率密度大、力能指标高并具有良好伺服性能和动态特性的稀土永磁无刷直流电动机则很好地满足了鱼雷电舵机系统的特殊使用要求。

目前国防领域重点应用和发展的特种电机是永磁交流伺服系统;永磁无刷直流电动机;高频高精度双通道旋转变压器;微、轻、薄永磁直流力矩电动机;高精度角位传感电动机;步进电动机及驱动器;低惯量直流伺服电动机;永磁直流力矩测速机组;驱动电机加减速器组件;超声波电动机;直线和直接驱动电动机等。

7、特殊用途领域

一些特殊领域应用的各种飞行器、探测器、自动化装备、医疗设备等使用的电机多为特种电机或新型电机,包括从原理上、结构上和运行方式上都不同于一般电磁原理的电机,主要为低速同步电动机、谐波电动机、有限转角电动机、超声波电动机、微波电动机、电容式电动机、静电电动机等。如将一种厚度为0.4 mm 的超薄型超声波电动机应用于微型直升机;将微型超声波电动机应用于手机的照相系统中等。

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1、定子绕组绝缘击穿、短路

(1)定子绕组受潮。对于长期停用或经较长时间检修的发电机、投入运行前应测量绝缘电阻,不合格者不准投入运行。受潮发电机要进行烘干处理。

(2)绕组本身缺陷或检修工艺不当,造成绕组绝缘击穿或机械损伤。应按规定的绝缘等级选择绝缘材料,嵌装绕组及浸漆干燥等要严格按工艺要求进行。

(3)绕组过热。绝缘过热后会使绝缘性能降低,有时在高温下会很快造成绝缘击穿。应加强日常的巡视检查,防止发电机各部分发生过热而损坏绕组绝缘。

(4)绝缘老化。一般发电机运行15~20年以上,其绕组绝缘老化,电气性能变化,甚至使绝缘击穿。要做好发电机的检修及预防性试验,若发现绝缘不合格,应及时更换有缺陷的绕组绝缘或更换绕组,以延长发电机的使用寿命。

(5)发电机内部进入金属异物,在检修发电机后切勿将金属物件、零件或工具遗落到定子膛中;绑紧转子的绑扎线、紧固端部零件,以不致发生由于离心力作用而松脱。

(6)过大电压击穿:

①线路遭受雷击,而防雷保护不完善。应完善防雷保护设施。

②误操作,如在空载时,将发电机电压升得过高。应严格按操作规程对发电机进行升压,防止误操作。

③发电机内部过电压,包括操作过电压、弧光接地过电压和谐振过电压等,应加强绕组绝缘预防性试验,及时发现和消除定子绕组绝缘中存在的缺陷。

2、定子铁芯松驰

由于制造装配不当,铁芯没有紧固好。如果是整个铁芯松驰,对于小型发电机,可用两块小于定子绕组端部内径的铁板,穿上双头螺栓,收紧铁芯。待恢复原形后,再将铁芯原来夹紧螺栓紧因。如果局部性铁芯松弛,可先在松弛片间涂刷硅钢片漆,再在松弛部分打入硬质绝缘材料即可。

3、铁芯片间短路

(1)铁芯叠片松弛,当发电机运转时铁芯产生振动而损坏绝缘;铁芯片个别地方绝缘受损伤或铁芯局部过热,使绝缘老化,就按原计划条中的方法进行处理。

(2)铁芯片边缘有毛刺或检修时受机械损伤。应用细锉刀除去毛刺,修整损伤处,清洁表面,再涂上一层硅钢片漆。

(3)有焊锡或铜粒短接铁芯,应刮除或凿除金属熔接焊点,处理好表面。

(4)绕组发生弧光短路,也可能造成铁芯短路,应将烧损部分用凿子清除后,处理好表面。

4、发电机过热

(1)发电机没有按规定的技术条件运行,如定子电压过高,铁损增大;负荷电流过大,定子绕组铜损增大;频率过低,使冷却风扇转速变慢,影响发电机散热;功率因数太低,使转子励磁电流增大,造成转子发热。应检查监视仪表的指示是否正常。如不正常,要进行必要的调节和处理,使发电机按照规定的技术条件运行。

(2)发电机的三相负荷电流不平衡,过载的一相绕组会过热;若三相电流之差超过额定电流的10%,即属于严重蛄相电流不平衡,三相电流不平衡会产生负序磁场,从而增加损耗,引起磁极绕组及套箍等部件发热。应调整三相负荷,使各相电流尽量保持平衡。

(3)风道被积尘堵塞,通风不良,造成发电机散热困难。应清除风道积尘、油垢、使风道畅通无阻。

(4)进风温度过高或进水温度过高,冷却器有堵塞现象。应降低进风或进水温度清除冷却器内的堵塞物。在故障未排除前,应限制发电机负荷,以降低发电机温度。

(5)轴承加润滑脂过多或过少,应按规定加润滑脂,通常为轴承室的1/2~1/3(转速低的取上限,转速高的取下限),并以不超过轴承室的70%为宜。

(6)轴承磨损。若磨损不严重,使轴承局部过热;若磨损严重,有可能使定子和转子摩擦,造成定子和转子避部过热。应检查轴承有无噪音,若发现定子和转子摩擦,应立即停机进行检修或更换轴承。

(7)定子铁芯绝缘损坏,引起片间短路,造成铁芯局部的涡流损失增加而发热,严重时会使定子绕组损坏。应立即停机进行检修。

(8)定子绕组的并联导线断裂,使其他导线的电流增大而发热。应立即停机进行检修。

5、发电机中性线对地有异常电压

(1)正常情况下,由于高次谐波影响或制造工艺等原因造成各磁极下的气隙不均、磁势不等而出现的很低电压,若电压在一至数伏,不会有危险,不必处理。

(2)发电机绕组有短路或对地绝缘不良,导致电设备及发电机性能变坏,容易发热,应及时检修,以免事故扩大。

(3)空载时中性线对地无电压,而有负荷时出现电压,是由于三相不平衡引起的,应调整三相负荷使其基本平衡。

6、发电机电流过大

(1)负荷过大,应减轻负荷。

(2)输电线路发生相间短路或接地故障,应对线路进行检修,故障排除后即可恢复正常。

7、发电机端电压过高

(1)与电网并列的发电机电网电压过高,应降低并列的发电机的电压。

(2)励磁装置的故障引起过励磁,应及时检修励磁装置。

8、功率不足

由于励磁装置电压源复励补偿不足,不能提供电枢反应所需的励磁电流,使发电机端电压低于电网电压,送不出额定无功功率,应采取下列措施:

(1)在发电机与励磁电抗器之间接入一台三相调压器,以提高发电机端电压,使励磁装置的磁势逐渐增大。

(2)改变励磁装置电压磁通势与发电机端电压的相位,使合成总磁通势增大,可在电抗器每相绕组两端并联数千欧、10W的电阻。

(3)减小变阻器的阻值,使发电机的励磁电流增大。

9、发电机失去剩磁,

起动时不能发电

(1)停机后经常失去剩磁,是由于励磁机磁极所用的材料接近软钢,剩磁较少。当停机后励磁绕组没有电流时磁场就消失,应备有蓄电池,在发电前先进行充磁。

(2)发电机的磁极失去磁性,应在绕组中通入比额定电流大的直流电流(时间很短)进行充磁,即能恢复足够的剩磁。

10、自动励磁装置的

励磁电抗器温度过高

(1)电抗器线圈局部短路,应检修电抗器。

(2)电抗器磁路的气隙过大,应调整磁路气隙。

11、发电机起动后,

电压升不起来

(1)励磁回路断线,使电压升不起来。应检查励磁回路有无断线,接触是否良好。

(2)剩磁消失,如果励磁机电压表无批示说明剩磁消失,应对励磁机充磁。

(3)励磁机的磁场线圈极性接反,应将它的正、负连接线对换。

(4)在发电机检修中做某些试验时误把磁场线圈通以反向直流电,导致剩磁消失或反向,应重新进行充磁。

文章来源:伺服与运动控制

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干货:电机的常见小故障汇总

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电机为什么会产生轴电流?为什么一般电机不能用于高原地区?电机为什么不宜轻载运行?电机过热的原因有哪些?久置不用的电机投入前需要做哪些工作?为什么不能任意起动寒冷环境中的电机?电机三相电流不平衡的原因有哪些?

在人类社会发展中使用工具、能量动力,是发展程度的标志。发电机、电动机使人类社会发展中脱离了人力畜力及水力火力的现场,支撑着我们现代生活的方方面面,随着科学技术的发展对电机的性能提出了更高的要求,你是怎样对电机进行测试的呢?

一、电机的分类

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置,它的主要作用是把电能转换为机械能,作为用电器或各种机械的动力源。目前电机可以分为两类,一类是需要驱动器驱动的,包括无刷电机、伺服电机、变频;另一类就是比较传统的电机,不用驱动器驱动的,只要给个直流电或者工频交流电就能驱动的,像直流电机、三相/单相异步电机,图1为电机的分类。

如何对电机进行高效分析?
图1 电机的分类

二、电机传统的测试方法

测功机是电机的主要测量设备,最初测功机只是针对电机的输入电压、电流、输出转速、扭矩进行测量,计算出电机的输入输出功率和效率。但随着电机行业的飞速发展,电机测试项目越来越多,传统的测功机已无法满足测试需求。图2为传统的测功机。

如何对电机进行高效分析?
图2 传统的测功机

传统的测功机所存在的问题如下所述:
  •  加载、测试响应慢,只能满足稳态测试需要,无法实现瞬态参数测量;
  •  仅支持三相电信号测量,无法实现对电机及电机驱动器的系统性联调测试;
  •  精度与带宽不足,无法满足电机变频控制PWM信号的测试需要;
  •  电参数测试方面且不具备分析功能,无法对谐波、不平衡度等参数进行测量。

三、当前电机测试方法

随着电机行业的飞速发展,电机测试项目越来越多,测功机的功能也随之丰富起来,电机行业当前需要对电机与驱动器进行完整的测试与性能分析,电机性能分析,驱动器分析以及对控制特性瞬态波形与控制响应的分析,传统的测功机是无法做到的,电机测试可以分为两大类,即工厂试验和研发试验,图3为电机行业测试的新需求。

如何对电机进行高效分析?
图3 电机行业测试新需求

  •  利用PA功率分析仪,可对电机的输入电参数进行高精度测量;
  •  配合电机传感器,PA功率分析仪可对电机的输出机械特性参数进行测量,并求出其机械功率大小;
  •  PA功率分析仪还可提供矢量图、谐波、周期分析等特色功能,全方位分析电机的性能特性。

下图为电机测试图:

如何对电机进行高效分析?
图4 电机测试示意图

如何对电机进行高效分析?

如何对电机进行高效分析?

PA功率分析仪特色功能:
  •  500次谐波分析;
  •  两路矢量图实时直观显示两路三相信号的不平衡度,相位差等参数;
  •  16项趋势参数线同时查看;
  •  FFT分析;自定义公式波形运算;
  •  电机输入功率进行积分;
  •  周期分析等等。

转自:ZLG致远电子

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