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德國馮哈伯FAULHABER直流電機工作原理
2022-12-6 閱讀(926)
德國馮哈伯FAULHABER直流電機工作原理如下:
將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能的轉(zhuǎn)動裝置。電動機定子提供磁場，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機分為兩類，包括有刷直流電動機和無刷直流電動機。
無刷直流電機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用，以及控制方法的優(yōu)化和低成本、高磁能級的永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展起來的一種新型直流電動機。
無刷直流電機既保持了傳統(tǒng)直流電機良好的調(diào)速性能又具有無滑動接觸和換向火花、可靠性高、使用壽命長及噪聲低等優(yōu)點，因而在航空航天、數(shù)控機床、機器人、電動汽車、計算機外圍設(shè)備和家用電器等方面都獲得了廣泛應用。
按照供電方式的不同，無刷直流電機又可以分為兩類：方波無刷直流電動機，其反電勢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機；正弦波無刷直流電動機，其反電勢波形和供電電流波形均為正弦波直流電機里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖?，因此此時轉(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，所以電機能保持一個方向轉(zhuǎn)動。
直流發(fā)電機的工作原理就是把電樞線圈中感應的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑怼?br/>感應電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運動方向，其他四指的指向就是導體中感應電動勢的方向）。
導體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個力矩，這個力矩在旋轉(zhuǎn)電機里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時針方向，企圖使電樞逆時針方向轉(zhuǎn)動。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)矩以及其它負載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時針方向旋轉(zhuǎn)起來。
直流無刷電機的控制原理，要讓電機轉(zhuǎn)動起來，首先控制部就必須根據(jù)hall-sensor感應到的電機轉(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)電機線圈產(chǎn)生順向(或逆向)旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉(zhuǎn)動。當電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到hall-sensor感應出另一組信號的位置時，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到控制部決定要電機轉(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。此外因為電子零件總有開關(guān)的響應時間，所以功率晶體管在關(guān)與開的交錯時間要將零件的響應時間考慮進去，否則當上臂(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。
當電機轉(zhuǎn)動起來，控制部會再根據(jù)驅(qū)動器設(shè)定的速度及加/減速率所組成的命令(Command)與hall-sensor信號變化的速度加以比對(或由軟件運算)再來決定由下一組(AH、BL或AH、CL或BH、CL或……)開關(guān)導通，以及導通時間長短。速度不夠則開長，速度過頭則減短，此部份工作就由PWM來完成。PWM是決定電機轉(zhuǎn)速快或慢的方式，如何產(chǎn)生這樣的PWM才是要達到較精準速度控制的核心。
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間，另外對于hall-sensor信號變化的資料存取方式也影響到處理器效能與判定正確性、 實時性。至于低轉(zhuǎn)速的速度控制尤其是低速起動則因為回傳的hall-sensor信號變化變得更慢，怎樣擷取信號方式、處理時機以及根據(jù)電機特性適當配置控制參數(shù)值就顯得非常重要?；蛘咚俣然貍鞲淖円詄ncoder變化為參考，使信號分辨率增加以期得到更佳的控制。電機能夠運轉(zhuǎn)順暢而且響應良好，P.I.D.控制的恰當與否也無法忽視。之前提到直流無刷電機是閉回路控制，因此回授信號就等于是告訴控制部電機轉(zhuǎn)速距離目標速度還差多少，這就是誤差(Error)。知道了誤差自然就要補償，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)境其實是復雜多變的，若要控制的堅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)絡也將被納入成為智能型P.I.D.控制的重要理論。
德國馮哈伯FAULHABER直流電機工作原理如下:
1.FAULHABER S/G
貴金屬換向直流微電機
該產(chǎn)品系列突出的特點，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。運轉(zhuǎn)時無齒槽效應，這些電 機因而具有*的動態(tài)性。
緊湊、低功耗、確的低噪聲換向信號，以及控制簡單，使得該產(chǎn)品具 有的市場適用性，如電動手持裝置、泵、自動化技術(shù)、光學和設(shè)備 制造。
2.FAULHABER SR
貴金屬換向直流微電機
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，換向信號確且低 噪，非常適用于低電流負載的系統(tǒng)和電池供電的應用。
3.FAULHABER CXR
碳刷直流微電機
CXR系列尺寸小巧，同時具有高功率、堅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)考驗的FAULHABER轉(zhuǎn)子共同實現(xiàn)的。
4.FAULHABER CR
碳刷直流微電機
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^載的運行工況。得 益于高的功率密度，以及的動態(tài)性和低的轉(zhuǎn)動慣量，CR是整個 FAULHABER有刷電機中強大的產(chǎn)品系列。
5.FAULHABER SR-Flat
扁平直流和直流減速電機
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扁 平自承式銅繞組，讓驅(qū)動系統(tǒng)應用于其有限的空間成為可能。這些電 機憑借其強力的稀土磁體，提供0.8 W至4 W的連續(xù)輸出功率并了 低的轉(zhuǎn)動慣量。
其他型號：
FAULHABER 3257G024CR
FAULHABER 3257G048CR3257G
FAULHABER 3557K006C
FAULHABER 3557K009C
FAULHABER 3557K012C
FAULHABER 3557K020C
FAULHABER 3557K024C
