產(chǎn)業(yè)用無刷直流電機
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所以電動機繞組中的平均電流為：
Iav=（Vm-ELL）/2Ra（A）(3)
其中，Vm=δ·VDC是加在電動機線間電壓平均值，VDC是直流母線電壓，δ是調(diào)制波的占空比，Ra為每相繞組電阻。由此可以得到直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩：
Tm=δ·（VDC·Kt/2Ra）-Kt·（Keω/2Ra）
Kt、Ke是電動機的結(jié)構(gòu)常數(shù)，ω為電動機的角速度（rad/s），所以，在一定的ω時，改變占空比δ，就可以線性地改變電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，得到與他勵直流電動機電樞電壓控制相同的控制特性和機械特性。
無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速設(shè)定，取決于速度指令Vc的高低，如果速度指令最大值為+5V對應(yīng)的最高轉(zhuǎn)速：Vc（max）ónmax，那么，+5V以下任何電平即對應(yīng)相當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速n，這就實現(xiàn)了變速設(shè)定。
當(dāng)Vc設(shè)定以后，無論是負載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時，反饋電壓Vfb變小，調(diào)制波的占空比δ就會變大，電樞電流變大，使電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生加速度，直到電動機的實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止；反之，如果電動機實際轉(zhuǎn)速比指令轉(zhuǎn)速高時，δ減小，Tm減小，發(fā)生減速度，直至實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止?？梢哉f，無刷直流電動機在允許的電網(wǎng)波動范圍內(nèi)，在允許的過載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在1%左右，并可以實現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運行。
由于無刷直流電動機的勵磁來源于永磁體，所以不象異步機那樣需要從電網(wǎng)吸取勵磁電流；由于轉(zhuǎn)子中無交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，所以效率比同容量異步電動機高10%左右，一般來說，無刷直流電動機的力能指針（ηcosθ）比同容量三相異步電動機高12%-20%。
2.3與異步電動機的比較
.由于無刷直流電動機是以自控式運行的，所以不會象變頻調(diào)速下重載啟動的同步電動機那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組，也不會在負載突變時產(chǎn)生振蕩和失步。
中小容量的無刷直流電動機的永磁體，現(xiàn)在多采用高磁能積的稀土釹鐵硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁無刷電動機的體積比同容量三相異步電動機縮小了一個機座號。
近30年來針對異步電動機變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動機轉(zhuǎn)矩的，而無刷直流電動機的電流或電樞的端電壓，就是直接控制電動機轉(zhuǎn)矩的物理量。過去，由于稀土永磁體價格比較高等因素，限制了稀土永磁無刷直流電動機的應(yīng)用領(lǐng)域，但是隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，其價格已迅速下降，例如，我公司推出得BS系列無刷直流電動機的售價已與異步電動機和普通變頻器售價之和相差無幾。稀土永磁無刷直流電動機必將以其寬調(diào)速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢。
3稀土永磁無刷直流電動機的應(yīng)用
電動機的控制實際上是轉(zhuǎn)矩控制，電動機的體積大小決定于轉(zhuǎn)矩的大小，所以選用電動機時，除了有關(guān)安裝方式，防護等級以外，莫不以負載轉(zhuǎn)矩—穩(wěn)態(tài)負載轉(zhuǎn)矩TL和擾動轉(zhuǎn)矩ΔTL為中心來考慮電動機的選用。
(1)電動機的電磁轉(zhuǎn)矩TM決定了電動機的體積D2L
XTM=CMD2L
其中CM稱作電動機常數(shù)，它和電動機繞組絕緣等級、散熱條件等密切相關(guān)。
通常標定的電動機輸出功率PN是在額定轉(zhuǎn)速nN下連續(xù)輸出額定轉(zhuǎn)矩TN乘積關(guān)系，如果PN以（W）、T以（N·m）、nN以（r/min）表示，則
PN=0.1047TN·nN＝TN·ωN
ωN是電動機的額定角速度，(rad/s)
所以，選用電動機（特別是調(diào)速應(yīng)用的電動機）應(yīng)該說：在XX-XX轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)電動機的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩TN是多少，或者說：在最大工作轉(zhuǎn)速為XXr/min電動機額定功率是多少。
對一個調(diào)速比為D=nmax/nmin恒轉(zhuǎn)矩TL運行的調(diào)速電動機來說，它的輸出功率從Pmin=0.1047nminTL到Pmax=0.1047nmaxTL，如果D=100，則最大和最小輸出功率之比為100:1。對于無刷直流電動機來說，轉(zhuǎn)速增加后鐵耗和風(fēng)摩耗近似以轉(zhuǎn)速的平方關(guān)系增加，所以輸入功率增加比例更大。
(2)負載的最大轉(zhuǎn)矩
負載的等效轉(zhuǎn)矩，Teq不得超過電動機連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩，負載的最大轉(zhuǎn)矩不得超過電動機的允許過載轉(zhuǎn)矩,如圖5所示。
圖5負載的等效轉(zhuǎn)矩
(3)轉(zhuǎn)動慣量
減速比i是電動機轉(zhuǎn)速nM和負載轉(zhuǎn)速nL之比，在不計減速機構(gòu)效率時，兩方功率平衡TM·nM=TL·nL，所以i=nM/nL，i=TL/TM，減速機構(gòu)相當(dāng)于放大了電動機的轉(zhuǎn)矩，減小了電動機轉(zhuǎn)速。負載轉(zhuǎn)動慣量JL折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量JL’和電動機自身轉(zhuǎn)動的慣量JM之和是：JL’+JM=JL/i2+JM，如果負載質(zhì)量為m，以V為速度運動，則：
1/2mV2=1/2JLω2，JL=mV2/ω2
利用JL’=JL/i2,得JL’+JM=JL/i2+JM=J
(4)減速比i的選擇
任何瞬時，以下方程都成立
TM=TL+Bω+J·dω/dt
其中TM是電動機輸出轉(zhuǎn)矩，TL是負載和庫侖轉(zhuǎn)矩之和，B是阻尼系數(shù)，J是系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量，TL、B、J都是折算到電動機軸上的等效資料，ω是電動機的角速度。對于系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量J大的系統(tǒng)宜選擇大減速比i的減速機構(gòu)。對于要求加速快而J又顯著較大時，宜選用i=√JL/JM，就是選擇i，使負載折算轉(zhuǎn)動慣量JL’等于電動機轉(zhuǎn)動慣量JM。過大的J·dω/dt容易引起負轉(zhuǎn)速波動或震蕩，因此應(yīng)使ω緩變，避免ω突變；如果確需ω突變，則應(yīng)選用伺服型系統(tǒng)，而不應(yīng)選用任何一種類型的調(diào)速系統(tǒng)，如果J·dω/dt遠大于TL、Bω，則在停機時，無刷電動機將在發(fā)電機狀態(tài)工作，在這種狀態(tài)下，直流母線電壓會急劇增長，危及功率器件。為此需在直流母線上增加過壓放電電路或使指令電壓Vc緩變，使ωM逐漸降到安全角速度再切斷速度指令。否則，需另加制動器以適應(yīng)快速停轉(zhuǎn)的需要。對于頻繁啟動或正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)也應(yīng)遵守軟啟動、軟停止、再啟動的原則，并且要核算等效電流Ieq
Ieq=√∑Ii2·ti/∑ti≤IN
(5)多臺電動機的高速同步旋轉(zhuǎn)
無刷直流電動機適應(yīng)多臺電動機中高速同步旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速相差不超過1%。這時需多臺電動機共享一個速度指令，對于多臺電動機相距遠時，需用V/f-f/V變換技術(shù)來傳遞速度指令，防止速度指令電平Vc在傳遞中因衰減不同而引起指令誤差。
(6)恒張力（F）系統(tǒng)
恒張力（F）系統(tǒng)選用無刷直流電動機作為卷繞機構(gòu)動力時，電動機的最高轉(zhuǎn)速
ηmax=，電動機的最大轉(zhuǎn)矩Tmax=F·Dmax/2，其中Dmin和Dmax對應(yīng)卷筒的最小和最大直徑（m），V是卷繞物的線速度（m/min），F(xiàn)為恒張力（N），最大轉(zhuǎn)矩Tmax（N·m），負載功率P=FV/60（W）。
4-無刷直流電動機
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