選擇合適的電動機和電動機控制在工業(yè)應用中可以產(chǎn)生更高的效率,節(jié)省板空間,降低設計復雜性。
電動機將電能轉換為機械能,在各種工業(yè)和機器人應用中發(fā)揮著至關重要的作用。因為電動機是?全球用電量約45% ,條例和標準近年更新,減少電力損耗,提高電動機的能源效率。
在工業(yè)或機器人應用中,將正確的電動機和電動機驅動器或控制器組合在一起,可以產(chǎn)生更好的性能和效率,同時節(jié)省板材空間,降低設計復雜性。這里是不同電動機類型的快照和新電動機驅動器和控制器的抽樣。
工業(yè)應用汽車
電動機在工業(yè)自動化和機器人技術中至關重要。它們將電能轉換為旋轉或直線運動,作為機械運動的主要來源。
在這些應用中,電動機驅動機器人手臂、傳送帶和各種設備。這樣就能夠精確控制速度、扭矩和定位。
它們的作用對于要求高精度、可重復性和高效率的任務至關重要,例如裝配、焊接、包裝和材料處理。通過精簡生產(chǎn)和提高操作效率,電動機在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮著至關重要的作用。
工業(yè)和機器人應用中使用了幾種電動機,每種電動機都有其獨特的特性和性能。下面是一些最常用的電動機類型.
刷直流電動機
直流電動機由于簡單、易于控制,在機器人領域得到了廣泛的應用。直流電動機的主要優(yōu)點是能夠通過簡單的調(diào)節(jié)電壓或電流來提供變速和轉矩輸出。
刷直流電動機是最基本的直流電動機,具有簡單的設計轉子(電熱),在定子(磁場)內(nèi)旋轉。刷和換向器被用來為電熱繞組提供電流。
在控制方面,一個帶有脈沖寬度調(diào)制的單開關拓撲結構可以用來改變電動機的電壓,從而在只需要一個方向旋轉的情況下調(diào)節(jié)其轉速。當需要定位或雙向旋轉時(即:當需要定位或雙向旋轉時,將采用帶有壓水管控制的全H型橋。,當伺服在工業(yè)自動化應用中使用時)。
在低功率應用中,電動機控制、閘門驅動和保護功能通常被集成到電動機中。H型橋梁是利用離散的低壓電力MOSIFT和大功率應用的閘門驅動器建造的。
感應電動機
由于其耐久性和處理大功率負載的能力,感應電動機在工業(yè)應用中常用。最常見的交流型交流電動機,其工作原理是通過定子的電磁感應誘導轉子中的電流。
這些電動機可以處理從幾瓦到數(shù)百千瓦的功率。它們簡單、堅固,廣泛應用于工業(yè)應用,如泵、輸送機和大型機械。感應電動機的轉速由交流電源的頻率決定,除非與變頻率驅動器一起使用,否則它們在轉速控制上的靈活性就會降低。
交流感應電動機可分為單相電動機和多相電動機兩類。由于其精度更高,后者(典型的三相感應電動機)是工業(yè)市場上使用最廣泛的電動機。
一種三相交流感應電動機,由三個定子繞組組成,每個繞組通常分為兩部分,轉子繞組用端圈短路。當電流通過定子兩側的線圈流動時,形成一個雙極電磁鐵,從而形成一個雙極電動機。在每一個電磁鐵上應用一個相,提供了一個足夠強大的旋轉磁場,可以使轉子移動。
更多的繞組會導致電機中的極,這需要更復雜的調(diào)節(jié),但允許更精確的轉子定位。然而,增加極計數(shù)需要更復雜的控制技術。
標準驅動配置包括三個半橋,每個半橋向定子提供一個辛波電壓。該配置使用功率MOSIFT或IGBts與高壓閘門驅動器相結合,或使用集成三個半橋以及相關閘門驅動器的電源模塊。
可以使用標量算法來調(diào)整電壓,從而確定每赫茲的相位頻率或電壓。先進的算法,包括矢量控制和面向場控制(FOC),被用來調(diào)節(jié)高性能電動機的多相頻率,在三相感應電動機中越來越普遍。
BDC電動機和多功能車輛管理系統(tǒng)
永磁同步電動機和無刷直流電動機雖然在設計和操作上密切相關,但在控制方式上有所不同。兩者都提供高效率,良好的扭矩特性和精確的控制,使它們適合各種要求高的工業(yè)和機器人應用。
在同步電動機中,傳統(tǒng)拉絲電動機中的機械換向器被電子換向系統(tǒng)所取代。在機器人技術中,B最不發(fā)達國家馬達通常用于驅動機器人手臂、驅動器和關節(jié),需要高效率和精確的控制。在工業(yè)自動化中,它們被用于輸送帶、數(shù)控機床和其他需要速度控制和低維護的應用。
通過將定子繞組中的電流與轉子位置同步切換,實現(xiàn)了對雙峰電機的控制。這使B最不發(fā)達國家的馬達適合于閉環(huán)(即:,梯形或正弦)控制的應用,其中對轉子位置和速度的反饋是關鍵的精度。
PMSM是一種交流電動機,使用的永磁嵌入轉子,消除了轉子繞組的需要。與BDH電動機一樣,它與定子產(chǎn)生的旋轉磁場同步工作,這意味著轉子的速度與定子磁場的頻率相匹配。
PMS是高效率的,特別是在滿負荷下,提供一個固定的轉矩輸出在給定的速度,并運行的聲音噪音和振動比B最不發(fā)達國家電機少。它們被用于工業(yè)應用,如機床、壓縮機和泵。在機器人技術中,PMS被用于機器人手臂中,在機器人手臂中需要平穩(wěn)的操作和精細的動作控制。
控制PMSM通常需要FOC或矢量控制,這是更復雜的,但提供更好的轉矩和速度調(diào)節(jié)比梯形控制在最不發(fā)達國家電機。FOC允許通過將定子電流分解為兩個部件來獨立控制電機的磁通量和轉矩:一個用于磁場,另一個用于產(chǎn)生轉矩。PMS通常是用逆變器控制的,逆變器可以調(diào)節(jié)電動機的電壓和電流,傳感器(如編碼器)的反饋用來調(diào)整轉子的位置和轉速。
步進電機
這些機電裝置將電脈沖轉化為精密的機械運動。它們廣泛應用于需要精確控制位置、速度和轉矩的應用中。單極步進電動機,只允許在一個方向上運動,更容易驅動,但提供較低的轉矩。
雙極步進電動機在允許雙向運動和提供更高的轉矩的同時,還需要更復雜的驅動電路,通常采用H橋拓撲結構。
SRMS
同步磁阻電動機(SRMS)在汽車、機器人和可再生能源等各種工業(yè)應用中獲得了越來越大的吸引力,因為與傳統(tǒng)的感應電動機相比,它們的性能和效率都很高。
他們簡單,無磁設計減少能源損失和提高可靠性。此外,它們能夠在低速度下提供高轉矩,加上精確的控制和減少熱量生成,使它們成為能源敏感環(huán)境和應用的理想選擇,在這些環(huán)境中,長期的操作成本節(jié)約至關重要。
雖然它們可能需要更先進的控制系統(tǒng),但最近的技術進步大大降低了這種復雜性,使其成為廣泛工業(yè)應用的可行和有吸引力的選擇。
效率比較
盡管效率隨負載條件、工作速度和電動機設計的不同而不同,但不同類別的電動機一般可按效率分類:
· 最高效率:戰(zhàn)略成果管理和方案管理系統(tǒng)
· 中速效率:最不發(fā)達國家和感應電機
· 低效率:刷直流和步進電機
盡管PMS以極高的效率著稱,但SRMS通過增加轉矩和提高速度能力,實現(xiàn)了更高的效率。
近年來電動機技術的進步大大提高了機器人技術和工業(yè)應用的效率。高效率的電動機設計、改進的材料和先進的控制算法等創(chuàng)新能夠提高節(jié)能、精度和性能。
這些改進降低了熱損失,提高了轉矩控制.它們還能夠提供更緊湊和輕量級的電動機,使自動化系統(tǒng)更快、更可靠和更具成本效益。
ABB是第一個在無磁鐵SynRM設計中提供預期的IE6效率水平的制造商。該電機是ABB在2011年推出的SynRM技術的最新進展。
SynRM將永磁電機的性能與感應電機的簡單性和維護性等優(yōu)點相結合，具有巨大的能源效率，保證了較短的回收期。轉子不使用磁鐵和繞組，導致的功率損失可以忽略不計。該設計也不使用稀土金屬，并確保了高度的可用性，因為廣泛的可用性的適當?shù)淖兯衮寗悠鳎蕴峁┍匾目刂乒δ堋?
司機和控制員
將控制信號轉換為提供給電動機的電力,電動機驅動器作為低功率控制信號與大功率電動機之間的接口,提供驅動電動機速度、方向和扭矩所需的電壓和電流。
另一方面,電動機控制器負責控制電動機操作背后的邏輯和決策。他們生成的控制信號發(fā)送給馬達驅動器.電動機控制器可以是相當復雜的,實現(xiàn)先進的算法精確的電動機控制,如速度調(diào)節(jié),轉矩控制和運動曲線。
隨著能源效率變得越來越重要,電動機驅動程序正在優(yōu)化,以減少電力損耗,例如使用低電阻寬間隙功率MOSIFT、先進的控制算法和主動功率管理功能。
此外,電動機驅動器和控制器越來越多地將更多的功能集成到一個單一的芯片中。推動這一趨勢的是對更緊湊、更具成本效益的解決辦法的渴望,這減少了對外部組件的需求。集成解決方案通常將驅動和控制功能以及通信接口、診斷和保護功能結合起來。
下面是一些最近引入的電動機驅動器和控制器的例子。
今年早些時候,微芯片技術公司。發(fā)起?數(shù)字信號控制器(DSC)基于電機驅動器 將控制器、閘門驅動器和通信接口集成為一個單片機的系列。這些設備包括一個DSAS33DSC,一個三相MOSFET門驅動和一個可選的LIN或CANFD收發(fā)器。
解決方案可以減少電機控制電路中元件的數(shù)量,在印刷電路板上騰出有價值的空間,并減少設計的復雜性。電動機驅動器將包括在摩托車臺開發(fā)套件,微芯片的FOC軟件開發(fā)套件。
模擬設備公司提供了一系列廣泛的電動機和運動控制解決方案,包括適合步進電機、B最不發(fā)達國家電機和直流電機的特立尼達系列電動機驅動器和控制器控制器。阿迪的?TMC6200 例如,是一個大功率閘門驅動器(高達100A線圈電流與外部N-通道MOSIFT),適合于PMSM伺服或B最不發(fā)達國家電動機,功率從幾瓦到千瓦不等。
它使用六個外部MOSFET和兩個或三個傳感電阻器,實現(xiàn)了整個高電壓的FC驅動系統(tǒng)的12V,24V或48V,包括在線電流傳感器放大器可編程放大。該設備具有SPI診斷接口,加上短路和過熱保護等安全功能。
工程師們可以利用特立尼達運動控制語言集成開發(fā)環(huán)境(tmcl-ide)開發(fā)應用程序。圖形用戶界面提供了簡單參數(shù)配置、實時數(shù)據(jù)可視化以及利用TMcL開發(fā)和調(diào)試獨立應用程序的功能。
下載文檔
