工业电机和电机控制入门

选择合适的电动机和电动机控制在工业应用中可以产生更高的效率,节省板空间,降低设计复杂性。

电动机将电能转换为机械能,在各种工业和机器人应用中发挥着至关重要的作用。因为电动机是 全球用电量约45% ,条例和标准近年更新,减少电力损耗,提高电动机的能源效率。

在工业或机器人应用中,将正确的电动机和电动机驱动器或控制器组合在一起,可以产生更好的性能和效率,同时节省板材空间,降低设计复杂性。这里是不同电动机类型的快照和新电动机驱动器和控制器的抽样。

工业应用汽车

电动机在工业自动化和机器人技术中至关重要。它们将电能转换为旋转或直线运动,作为机械运动的主要来源。

在这些应用中,电动机驱动机器人手臂、传送带和各种设备。这样就能够精确控制速度、扭矩和定位。

它们的作用对于要求高精度、可重复性和高效率的任务至关重要,例如装配、焊接、包装和材料处理。通过精简生产和提高操作效率,电动机在现代制造业中发挥着至关重要的作用。

工业和机器人应用中使用了几种电动机,每种电动机都有其独特的特性和性能。下面是一些最常用的电动机类型.

刷直流电动机

直流电动机由于简单、易于控制,在机器人领域得到了广泛的应用。直流电动机的主要优点是能够通过简单的调节电压或电流来提供变速和转矩输出。

刷直流电动机是最基本的直流电动机,具有简单的设计转子(电热),在定子(磁场)内旋转。刷和换向器被用来为电热绕组提供电流。

在控制方面,一个带有脉冲宽度调制的单开关拓扑结构可以用来改变电动机的电压,从而在只需要一个方向旋转的情况下调节其转速。当需要定位或双向旋转时(即:当需要定位或双向旋转时,将采用带有压水管控制的全H型桥。,当伺服在工业自动化应用中使用时)。

在低功率应用中,电动机控制、闸门驱动和保护功能通常被集成到电动机中。H型桥梁是利用离散的低压电力MOSIFT和大功率应用的闸门驱动器建造的。

感应电动机

由于其耐久性和处理大功率负载的能力,感应电动机在工业应用中常用。最常见的交流型交流电动机,其工作原理是通过定子的电磁感应诱导转子中的电流。

这些电动机可以处理从几瓦到数百千瓦的功率。它们简单、坚固,广泛应用于工业应用,如泵、输送机和大型机械。感应电动机的转速由交流电源的频率决定,除非与变频率驱动器一起使用,否则它们在转速控制上的灵活性就会降低。

交流感应电动机可分为单相电动机和多相电动机两类。由于其精度更高,后者(典型的三相感应电动机)是工业市场上使用最广泛的电动机。

一种三相交流感应电动机,由三个定子绕组组成,每个绕组通常分为两部分,转子绕组用端圈短路。当电流通过定子两侧的线圈流动时,形成一个双极电磁铁,从而形成一个双极电动机。在每一个电磁铁上应用一个相,提供了一个足够强大的旋转磁场,可以使转子移动。

更多的绕组会导致电机中的极,这需要更复杂的调节,但允许更精确的转子定位。然而,增加极计数需要更复杂的控制技术。

标准驱动配置包括三个半桥,每个半桥向定子提供一个辛波电压。该配置使用功率MOSIFT或IGBts与高压闸门驱动器相结合,或使用集成三个半桥以及相关闸门驱动器的电源模块。

可以使用标量算法来调整电压,从而确定每赫兹的相位频率或电压。先进的算法,包括矢量控制和面向场控制(FOC),被用来调节高性能电动机的多相频率,在三相感应电动机中越来越普遍。

BDC电动机和多功能车辆管理系统

永磁同步电动机和无刷直流电动机虽然在设计和操作上密切相关,但在控制方式上有所不同。两者都提供高效率,良好的扭矩特性和精确的控制,使它们适合各种要求高的工业和机器人应用。

在同步电动机中,传统拉丝电动机中的机械换向器被电子换向系统所取代。在机器人技术中,B最不发达国家马达通常用于驱动机器人手臂、驱动器和关节,需要高效率和精确的控制。在工业自动化中,它们被用于输送带、数控机床和其他需要速度控制和低维护的应用。

通过将定子绕组中的电流与转子位置同步切换,实现了对双峰电机的控制。这使B最不发达国家的马达适合于闭环(即:,梯形或正弦)控制的应用,其中对转子位置和速度的反馈是关键的精度。

PMSM是一种交流电动机,使用的永磁嵌入转子,消除了转子绕组的需要。与BDH电动机一样,它与定子产生的旋转磁场同步工作,这意味着转子的速度与定子磁场的频率相匹配。

PMS是高效率的,特别是在满负荷下,提供一个固定的转矩输出在给定的速度,并运行的声音噪音和振动比B最不发达国家电机少。它们被用于工业应用,如机床、压缩机和泵。在机器人技术中,PMS被用于机器人手臂中,在机器人手臂中需要平稳的操作和精细的动作控制。

控制PMSM通常需要FOC或矢量控制,这是更复杂的,但提供更好的转矩和速度调节比梯形控制在最不发达国家电机。FOC允许通过将定子电流分解为两个部件来独立控制电机的磁通量和转矩:一个用于磁场,另一个用于产生转矩。PMS通常是用逆变器控制的,逆变器可以调节电动机的电压和电流,传感器(如编码器)的反馈用来调整转子的位置和转速。

步进电机

这些机电装置将电脉冲转化为精密的机械运动。它们广泛应用于需要精确控制位置、速度和转矩的应用中。单极步进电动机,只允许在一个方向上运动,更容易驱动,但提供较低的转矩。

双极步进电动机在允许双向运动和提供更高的转矩的同时,还需要更复杂的驱动电路,通常采用H桥拓扑结构。

SRMS

同步磁阻电动机(SRMS)在汽车、机器人和可再生能源等各种工业应用中获得了越来越大的吸引力,因为与传统的感应电动机相比,它们的性能和效率都很高。

他们简单,无磁设计减少能源损失和提高可靠性。此外,它们能够在低速度下提供高转矩,加上精确的控制和减少热量生成,使它们成为能源敏感环境和应用的理想选择,在这些环境中,长期的操作成本节约至关重要。

虽然它们可能需要更先进的控制系统,但最近的技术进步大大降低了这种复杂性,使其成为广泛工业应用的可行和有吸引力的选择。

效率比较

尽管效率随负载条件、工作速度和电动机设计的不同而不同,但不同类别的电动机一般可按效率分类:

· 最高效率:战略成果管理和方案管理系统

· 中速效率:最不发达国家和感应电机

· 低效率:刷直流和步进电机

尽管PMS以极高的效率著称,但SRMS通过增加转矩和提高速度能力,实现了更高的效率。

近年来电动机技术的进步大大提高了机器人技术和工业应用的效率。高效率的电动机设计、改进的材料和先进的控制算法等创新能够提高节能、精度和性能。

这些改进降低了热损失,提高了转矩控制.它们还能够提供更紧凑和轻量级的电动机,使自动化系统更快、更可靠和更具成本效益。

ABB是第一个在无磁铁SynRM设计中提供预期的IE6效率水平的制造商。该电机是ABB在2011年推出的SynRM技术的最新进展。

SynRM将永磁电机的性能与感应电机的简单性和维护性等优点相结合，具有巨大的能源效率，保证了较短的回收期。转子不使用磁铁和绕组，导致的功率损失可以忽略不计。该设计也不使用稀土金属，并确保了高度的可用性，因为广泛的可用性的适当的变速驱动器，以提供必要的控制功能。

司机和控制员

将控制信号转换为提供给电动机的电力,电动机驱动器作为低功率控制信号与大功率电动机之间的接口,提供驱动电动机速度、方向和扭矩所需的电压和电流。

另一方面,电动机控制器负责控制电动机操作背后的逻辑和决策。他们生成的控制信号发送给马达驱动器.电动机控制器可以是相当复杂的,实现先进的算法精确的电动机控制,如速度调节,转矩控制和运动曲线。

随着能源效率变得越来越重要,电动机驱动程序正在优化,以减少电力损耗,例如使用低电阻宽间隙功率MOSIFT、先进的控制算法和主动功率管理功能。

此外,电动机驱动器和控制器越来越多地将更多的功能集成到一个单一的芯片中。推动这一趋势的是对更紧凑、更具成本效益的解决办法的渴望,这减少了对外部组件的需求。集成解决方案通常将驱动和控制功能以及通信接口、诊断和保护功能结合起来。

下面是一些最近引入的电动机驱动器和控制器的例子。

今年早些时候,微芯片技术公司。发起 数字信号控制器(DSC)基于电机驱动器 将控制器、闸门驱动器和通信接口集成为一个单片机的系列。这些设备包括一个DSAS33DSC,一个三相MOSFET门驱动和一个可选的LIN或CANFD收发器。

解决方案可以减少电机控制电路中元件的数量,在印刷电路板上腾出有价值的空间,并减少设计的复杂性。电动机驱动器将包括在摩托车台开发套件,微芯片的FOC软件开发套件。

模拟设备公司提供了一系列广泛的电动机和运动控制解决方案,包括适合步进电机、B最不发达国家电机和直流电机的特立尼达系列电动机驱动器和控制器控制器。阿迪的 TMC6200 例如,是一个大功率闸门驱动器(高达100A线圈电流与外部N-通道MOSIFT),适合于PMSM伺服或B最不发达国家电动机,功率从几瓦到千瓦不等。

它使用六个外部MOSFET和两个或三个传感电阻器,实现了整个高电压的FC驱动系统的12V,24V或48V,包括在线电流传感器放大器可编程放大。该设备具有SPI诊断接口,加上短路和过热保护等安全功能。

工程师们可以利用特立尼达运动控制语言集成开发环境(tmcl-ide)开发应用程序。图形用户界面提供了简单参数配置、实时数据可视化以及利用TMcL开发和调试独立应用程序的功能。