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(shè)計復雜性。

電動機將電能轉(zhuǎn)換為機械能,在各種工業(yè)和機器人應用中發(fā)揮著至關(guān)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(qū)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(shè)計復雜性。這里是不同電動機類型的快照和新電動機驅(qū)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(shù)中至關(guān)重要。它們將電能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)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(qū)動機器人手臂、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、可重復性和高效率的任務至關(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,電動機在現(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(lǐng)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(zhuǎn)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(shè)計轉(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,一個帶有脈沖寬度調(diào)制的單開關(guān)拓撲結(jié)構(gòu)可以用來改變電動機的電壓,從而在只需要一個方向旋轉(zhuǎn)的情況下調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)速。當需要定位或雙向旋轉(zhuǎn)時(即:當需要定位或雙向旋轉(zhuǎn)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(qū)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(qū)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速由交流電源的頻率決定,除非與變頻率驅(qū)動器一起使用,否則它們在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子繞組用端圈短路。當電流通過定子兩側(cè)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(zhuǎn)磁場,可以使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子定位。然而,增加極計數(shù)需要更復雜的控制技術(shù)。

標準驅(qū)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(qū)動器相結(jié)合,或使用集成三個半橋以及相關(guān)閘門驅(qū)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(shè)計和操作上密切相關(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(shù)中,B最不發(fā)達國家馬達通常用于驅(qū)動機器人手臂、驅(qū)動器和關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子位置和速度的反饋是關(guān)鍵的精度。

PMSM是一種交流電動機,使用的永磁嵌入轉(zhuǎn)子,消除了轉(zhuǎn)子繞組的需要。與BDH電動機一樣,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,特別是在滿負荷下,提供一個固定的轉(zhuǎn)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(shù)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩:一個用于磁場,另一個用于產(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)電動機的電壓和電流,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。

步進電機

這些機電裝置將電脈沖轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)動,但提供較低的轉(zhuǎn)矩。

雙極步進電動機在允許雙向運動和提供更高的轉(zhuǎn)矩的同時,還需要更復雜的驅(qū)動電路,通常采用H橋拓撲結(jié)構(gòu)。

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(shè)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(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的控制系統(tǒng),但最近的技術(shù)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(shè)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(zhuǎn)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(shù)的進步大大提高了機器人技術(shù)和工業(yè)應用的效率。高效率的電動機設(shè)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(zhuǎn)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(shè)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(shù)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(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，導致的功率損失可以忽略不計。該設(shè)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?qū)動器，以提供必要的控制功能。

司機和控制員

將控制信號轉(zhuǎn)換為提供給電動機的電力,電動機驅(qū)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(qū)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(qū)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(zhuǎn)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(qū)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(qū)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(qū)動和控制功能以及通信接口、診斷和保護功能結(jié)合起來。

下面是一些最近引入的電動機驅(qū)動器和控制器的例子。

今年早些時候,微芯片技術(shù)公司。發(fā)起?數(shù)字信號控制器(DSC)基于電機驅(qū)動器 將控制器、閘門驅(qū)動器和通信接口集成為一個單片機的系列。這些設(shè)備包括一個DSAS33DSC,一個三相MOSFET門驅(qū)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(shè)計的復雜性。電動機驅(qū)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(shè)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(qū)動器和控制器控制器。阿迪的?TMC6200 例如,是一個大功率閘門驅(qū)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(qū)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(shè)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。