無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器工作原理是什么？

來(lái)源：深圳市鑫海文科技有限公司|發(fā)布時(shí)間：2019-02-18 20:51

無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器工作原理是什么？

無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器又叫執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器，或叫控制驅(qū)動(dòng)器。在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)執(zhí)行元件，它的作用是把信號(hào)（控制電壓或相位）變換成機(jī)械位移，也就是把接收到的電信號(hào)變?yōu)殡姍C(jī)的一定轉(zhuǎn)速或角位移。其容量一般在0.1-100W,常用的是30W以下。無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器有直流和交流之分。無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器又稱執(zhí)行驅(qū)動(dòng)器，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)器軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降，
無(wú)刷直流電機(jī)工作的基本原理與有刷直流電機(jī)相同; 即內(nèi)軸位置反饋。在有刷直流電機(jī)的情況下，使用機(jī)械換向器和電刷實(shí)現(xiàn)反饋。使用無(wú)刷直流電機(jī)，可以使用多個(gè)反饋傳感器實(shí)現(xiàn)。最常用的傳感器是霍爾傳感器和光學(xué)編碼器。
 
注意：當(dāng)載流導(dǎo)體暴露在磁場(chǎng)中時(shí)，電荷載體會(huì)受到基于導(dǎo)體兩側(cè)產(chǎn)生的電壓的作用力。
 
如果磁場(chǎng)方向反轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的電壓也會(huì)反轉(zhuǎn)。對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī)中使用的霍爾效應(yīng)傳感器，無(wú)論何時(shí)轉(zhuǎn)子磁極（N或S）通過(guò)傳感器附近，它們都會(huì)產(chǎn)生高或低電平信號(hào)，可用于確定軸的位置。在換向系統(tǒng)中 - 基于使用反饋傳感器識(shí)別的電機(jī)位置的換向系統(tǒng) - 三個(gè)電繞組中的兩個(gè)一次通電。

請(qǐng)問(wèn)交流無(wú)刷水泵電機(jī)和無(wú)刷直流無(wú)刷水泵電機(jī)在功能上有什么區(qū)別？答：交流無(wú)刷水泵要好一些，因?yàn)槭钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。直流無(wú)刷水泵是梯形波。但直流無(wú)刷水泵比較簡(jiǎn)單，便宜。
永磁交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器20世紀(jì)80年代以來(lái)，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠商相繼推出各自的交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器和無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流無(wú)刷水泵系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能無(wú)刷水泵系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來(lái)的直流無(wú)刷水泵面臨被淘汰的危機(jī)。90年代以后，世界各國(guó)已經(jīng)商品化了的交流無(wú)刷水泵系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波驅(qū)動(dòng)器無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)。交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。永磁交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器同直流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器比較，主要優(yōu)點(diǎn)有：
⑴無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。
⑵定子繞組散熱比較方便。
⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。
⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。⑸同功率下有較小的體積和重量。

一、交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器

交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步驅(qū)動(dòng)器相似，如圖1所示。其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc。所以交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器又稱兩個(gè)無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器。

交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通驅(qū)動(dòng)器相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長(zhǎng)；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子，如圖2所示。空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。

交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器在沒(méi)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器將反轉(zhuǎn)。

交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器的工作原理與分相式單相異步驅(qū)動(dòng)器雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器與單機(jī)異步驅(qū)動(dòng)器相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)：
1、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大
由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線，與普通異步驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩特性曲線2相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0＞1，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。

2、運(yùn)行范圍較寬
較差率S在0到1的范圍內(nèi)無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器都能穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
3、無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象

正常運(yùn)轉(zhuǎn)的無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器失去控制電壓后，它處于單相運(yùn)行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個(gè)相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個(gè)轉(zhuǎn)矩特性（T1－S1、T2－S2曲線）以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T－S曲線）如圖4所示，與普通的單相異步驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩特性（圖中T′－S曲線）不同。這時(shí)的合成轉(zhuǎn)矩T是制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，從而使驅(qū)動(dòng)器迅速停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器的輸出功率一般是0.1-100W。當(dāng)電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當(dāng)電源頻率為400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種。
交流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容量直流無(wú)刷水泵驅(qū)動(dòng)器相比，體積大、重量重，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)。