選擇合適的電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)控制在工業(yè)應(yīng)用中可以產(chǎn)生更高的效率,節(jié)省板空間,降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性。

電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,在各種工業(yè)和機(jī)器人應(yīng)用中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是?全球用電量約45% ,條例和標(biāo)準(zhǔn)近年更新,減少電力損耗,提高電動(dòng)機(jī)的能源效率。

在工業(yè)或機(jī)器人應(yīng)用中,將正確的電動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(shí)節(jié)省板材空間,降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性。這里是不同電動(dòng)機(jī)類型的快照和新電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制器的抽樣。

工業(yè)應(yīng)用汽車

電動(dòng)機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器人技術(shù)中至關(guān)重要。它們將電能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng),作為機(jī)械運(yùn)動(dòng)的主要來源。

在這些應(yīng)用中,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手臂、傳送帶和各種設(shè)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(fù)性和高效率的任務(wù)至關(guān)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(dòng)機(jī)在現(xiàn)代制造業(yè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

工業(yè)和機(jī)器人應(yīng)用中使用了幾種電動(dòng)機(jī),每種電動(dòng)機(jī)都有其獨(dú)特的特性和性能。下面是一些最常用的電動(dòng)機(jī)類型.

刷直流電動(dòng)機(jī)

直流電動(dòng)機(jī)由于簡單、易于控制,在機(jī)器人領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。直流電動(dòng)機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠通過簡單的調(diào)節(jié)電壓或電流來提供變速和轉(zhuǎn)矩輸出。

刷直流電動(dòng)機(jī)是最基本的直流電動(dòng)機(jī),具有簡單的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子(電熱),在定子(磁場)內(nèi)旋轉(zhuǎn)。刷和換向器被用來為電熱繞組提供電流。

在控制方面,一個(gè)帶有脈沖寬度調(diào)制的單開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以用來改變電動(dòng)機(jī)的電壓,從而在只需要一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)的情況下調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。當(dāng)需要定位或雙向旋轉(zhuǎn)時(shí)(即:當(dāng)需要定位或雙向旋轉(zhuǎn)時(shí),將采用帶有壓水管控制的全H型橋。,當(dāng)伺服在工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中使用時(shí))。

在低功率應(yīng)用中,電動(dòng)機(jī)控制、閘門驅(qū)動(dòng)和保護(hù)功能通常被集成到電動(dòng)機(jī)中。H型橋梁是利用離散的低壓電力MOSIFT和大功率應(yīng)用的閘門驅(qū)動(dòng)器建造的。

感應(yīng)電動(dòng)機(jī)

由于其耐久性和處理大功率負(fù)載的能力,感應(yīng)電動(dòng)機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中常用。最常見的交流型交流電動(dòng)機(jī),其工作原理是通過定子的電磁感應(yīng)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)子中的電流。

這些電動(dòng)機(jī)可以處理從幾瓦到數(shù)百千瓦的功率。它們簡單、堅(jiān)固,廣泛應(yīng)用于工業(yè)應(yīng)用,如泵、輸送機(jī)和大型機(jī)械。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由交流電源的頻率決定,除非與變頻率驅(qū)動(dòng)器一起使用,否則它們在轉(zhuǎn)速控制上的靈活性就會(huì)降低。

交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)可分為單相電動(dòng)機(jī)和多相電動(dòng)機(jī)兩類。由于其精度更高,后者(典型的三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī))是工業(yè)市場上使用最廣泛的電動(dòng)機(jī)。

一種三相交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī),由三個(gè)定子繞組組成,每個(gè)繞組通常分為兩部分,轉(zhuǎn)子繞組用端圈短路。當(dāng)電流通過定子兩側(cè)的線圈流動(dòng)時(shí),形成一個(gè)雙極電磁鐵,從而形成一個(gè)雙極電動(dòng)機(jī)。在每一個(gè)電磁鐵上應(yīng)用一個(gè)相,提供了一個(gè)足夠強(qiáng)大的旋轉(zhuǎn)磁場,可以使轉(zhuǎn)子移動(dòng)。

更多的繞組會(huì)導(dǎo)致電機(jī)中的極,這需要更復(fù)雜的調(diào)節(jié),但允許更精確的轉(zhuǎn)子定位。然而,增加極計(jì)數(shù)需要更復(fù)雜的控制技術(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)配置包括三個(gè)半橋,每個(gè)半橋向定子提供一個(gè)辛波電壓。該配置使用功率MOSIFT或IGBts與高壓閘門驅(qū)動(dòng)器相結(jié)合,或使用集成三個(gè)半橋以及相關(guān)閘門驅(qū)動(dòng)器的電源模塊。

可以使用標(biāo)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(jìn)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(dòng)機(jī)的多相頻率,在三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中越來越普遍。

BDC電動(dòng)機(jī)和多功能車輛管理系統(tǒng)

永磁同步電動(dòng)機(jī)和無刷直流電動(dòng)機(jī)雖然在設(shè)計(jì)和操作上密切相關(guān),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(jī)器人應(yīng)用。

在同步電動(dòng)機(jī)中,傳統(tǒng)拉絲電動(dòng)機(jī)中的機(jī)械換向器被電子換向系統(tǒng)所取代。在機(jī)器人技術(shù)中,B最不發(fā)達(dá)國家馬達(dá)通常用于驅(qū)動(dòng)機(jī)器人手臂、驅(qū)動(dòng)器和關(guān)節(jié),需要高效率和精確的控制。在工業(yè)自動(dòng)化中,它們被用于輸送帶、數(shù)控機(jī)床和其他需要速度控制和低維護(hù)的應(yīng)用。

通過將定子繞組中的電流與轉(zhuǎn)子位置同步切換,實(shí)現(xiàn)了對雙峰電機(jī)的控制。這使B最不發(fā)達(dá)國家的馬達(dá)適合于閉環(huán)(即:,梯形或正弦)控制的應(yīng)用,其中對轉(zhuǎn)子位置和速度的反饋是關(guān)鍵的精度。

PMSM是一種交流電動(dòng)機(jī),使用的永磁嵌入轉(zhuǎn)子,消除了轉(zhuǎn)子繞組的需要。與BDH電動(dòng)機(jī)一樣,它與定子產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場同步工作,這意味著轉(zhuǎn)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(fù)荷下,提供一個(gè)固定的轉(zhuǎn)矩輸出在給定的速度,并運(yùn)行的聲音噪音和振動(dòng)比B最不發(fā)達(dá)國家電機(jī)少。它們被用于工業(yè)應(yīng)用,如機(jī)床、壓縮機(jī)和泵。在機(jī)器人技術(shù)中,PMS被用于機(jī)器人手臂中,在機(jī)器人手臂中需要平穩(wěn)的操作和精細(xì)的動(dòng)作控制。

控制PMSM通常需要FOC或矢量控制,這是更復(fù)雜的,但提供更好的轉(zhuǎn)矩和速度調(diào)節(jié)比梯形控制在最不發(fā)達(dá)國家電機(jī)。FOC允許通過將定子電流分解為兩個(gè)部件來獨(dú)立控制電機(jī)的磁通量和轉(zhuǎn)矩:一個(gè)用于磁場,另一個(gè)用于產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。PMS通常是用逆變器控制的,逆變器可以調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的電壓和電流,傳感器(如編碼器)的反饋用來調(diào)整轉(zhuǎn)子的位置和轉(zhuǎn)速。

步進(jìn)電機(jī)

這些機(jī)電裝置將電脈沖轉(zhuǎn)化為精密的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。它們廣泛應(yīng)用于需要精確控制位置、速度和轉(zhuǎn)矩的應(yīng)用中。單極步進(jìn)電動(dòng)機(jī),只允許在一個(gè)方向上運(yùn)動(dòng),更容易驅(qū)動(dòng),但提供較低的轉(zhuǎn)矩。

雙極步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在允許雙向運(yùn)動(dòng)和提供更高的轉(zhuǎn)矩的同時(shí),還需要更復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)電路,通常采用H橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

SRMS

同步磁阻電動(dòng)機(jī)(SRMS)在汽車、機(jī)器人和可再生能源等各種工業(yè)應(yīng)用中獲得了越來越大的吸引力,因?yàn)榕c傳統(tǒng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相比,它們的性能和效率都很高。

他們簡單,無磁設(shè)計(jì)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(zhuǎn)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(yīng)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(guān)重要。

雖然它們可能需要更先進(jìn)的控制系統(tǒng),但最近的技術(shù)進(jìn)步大大降低了這種復(fù)雜性,使其成為廣泛工業(yè)應(yīng)用的可行和有吸引力的選擇。

效率比較

盡管效率隨負(fù)載條件、工作速度和電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)的不同而不同,但不同類別的電動(dòng)機(jī)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(dá)國家和感應(yīng)電機(jī)

· 低效率:刷直流和步進(jìn)電機(jī)

盡管PMS以極高的效率著稱,但SRMS通過增加轉(zhuǎn)矩和提高速度能力,實(shí)現(xiàn)了更高的效率。

近年來電動(dòng)機(jī)技術(shù)的進(jìn)步大大提高了機(jī)器人技術(shù)和工業(yè)應(yīng)用的效率。高效率的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)、改進(jìn)的材料和先進(jìn)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(jìn)降低了熱損失,提高了轉(zhuǎn)矩控制.它們還能夠提供更緊湊和輕量級的電動(dòng)機(jī),使自動(dòng)化系統(tǒng)更快、更可靠和更具成本效益。

ABB是第一個(gè)在無磁鐵SynRM設(shè)計(jì)中提供預(yù)期的IE6效率水平的制造商。該電機(jī)是ABB在2011年推出的SynRM技術(shù)的最新進(jìn)展。

SynRM將永磁電機(jī)的性能與感應(yīng)電機(jī)的簡單性和維護(hù)性等優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，具有巨大的能源效率，保證了較短的回收期。轉(zhuǎn)子不使用磁鐵和繞組，導(dǎo)致的功率損失可以忽略不計(jì)。該設(shè)計(jì)也不使用稀土金屬，并確保了高度的可用性，因?yàn)閺V泛的可用性的適當(dāng)?shù)淖兯衮?qū)動(dòng)器，以提供必要的控制功能。

司機(jī)和控制員

將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為提供給電動(dòng)機(jī)的電力,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為低功率控制信號(hào)與大功率電動(dòng)機(jī)之間的接口,提供驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)速度、方向和扭矩所需的電壓和電流。

另一方面,電動(dòng)機(jī)控制器負(fù)責(zé)控制電動(dòng)機(jī)操作背后的邏輯和決策。他們生成的控制信號(hào)發(fā)送給馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器.電動(dòng)機(jī)控制器可以是相當(dāng)復(fù)雜的,實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的算法精確的電動(dòng)機(jī)控制,如速度調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)矩控制和運(yùn)動(dòng)曲線。

隨著能源效率變得越來越重要,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)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(jìn)的控制算法和主動(dòng)功率管理功能。

此外,電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制器越來越多地將更多的功能集成到一個(gè)單一的芯片中。推動(dòng)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(qū)動(dòng)和控制功能以及通信接口、診斷和保護(hù)功能結(jié)合起來。

下面是一些最近引入的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制器的例子。

今年早些時(shí)候,微芯片技術(shù)公司。發(fā)起?數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)基于電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 將控制器、閘門驅(qū)動(dòng)器和通信接口集成為一個(gè)單片機(jī)的系列。這些設(shè)備包括一個(gè)DSAS33DSC,一個(gè)三相MOSFET門驅(qū)動(dòng)和一個(gè)可選的LIN或CANFD收發(fā)器。

解決方案可以減少電機(jī)控制電路中元件的數(shù)量,在印刷電路板上騰出有價(jià)值的空間,并減少設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器將包括在摩托車臺(tái)開發(fā)套件,微芯片的FOC軟件開發(fā)套件。

模擬設(shè)備公司提供了一系列廣泛的電動(dòng)機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制解決方案,包括適合步進(jìn)電機(jī)、B最不發(fā)達(dá)國家電機(jī)和直流電機(jī)的特立尼達(dá)系列電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器和控制器控制器。阿迪的?TMC6200 例如,是一個(gè)大功率閘門驅(qū)動(dòng)器(高達(dá)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(dá)國家電動(dòng)機(jī),功率從幾瓦到千瓦不等。

它使用六個(gè)外部MOSFET和兩個(gè)或三個(gè)傳感電阻器,實(shí)現(xiàn)了整個(gè)高電壓的FC驅(qū)動(dòng)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(shè)備具有SPI診斷接口,加上短路和過熱保護(hù)等安全功能。

工程師們可以利用特立尼達(dá)運(yùn)動(dòng)控制語言集成開發(fā)環(huán)境(tmcl-ide)開發(fā)應(yīng)用程序。圖形用戶界面提供了簡單參數(shù)配置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化以及利用TMcL開發(fā)和調(diào)試獨(dú)立應(yīng)用程序的功能。