歐立生，馬小芳

摘要：直流無刷電動機既具有交流電動機的結構簡單、運行可靠等一系列優點，又具備直流電動機的運行效率高、調速性能好等諸多特點。結合直流無刷電動機在紡織機械中的廣泛應用，說明了直流無刷電動機在紡織機械設備的應用前景非常廣闊。

    關鍵詞：直流無刷電動機；無刷電機驅動器；梳棉機；絡筒機

0  引言

直流無刷電動機是一種機械與電子相結合的一體化產品，它利用先進的電子換相取代了傳統直流電動機的機械換相，從而從根本上解決了直流電動機的因為電刷的存在而帶來的噪聲、火花、無線電干擾、壽命短及需經常維護等致命弱點。直流無刷電動機仍保持了傳統直流電動機良好的動、靜態調速特性，且結構簡單、運行可靠、易于控制。其應用已從最初的軍事工業，迅速向航空航天、醫療、紡織機械、信息、家電以及工業自動化等領域發展。

    隨著紡織機械技術的發展和需要，現在的紡織機械上如絡筒機、梳棉機及無紡布等需要大量的調速及控制電機作為原動力。目前紡織機械上需要調速的場合，多采用直流電動機或者異步電動機加變頻器來實現，在精度要求較高的場合，多采用伺服電機進行控制。眾所周知，傳統的直流電動機均采用電刷以機械方法進行換向，因而存在相對的機械摩擦，由此帶來了火花、壽命短以及需經常維護等致命弱點，從而大大地限制了它的應用范圍。由于異步電動機的結構簡單、價格低廉，目前在工業中大多數都采用異步電動機作為原動力。但為了對其速度進行控制，必須配以合適的變頻器，從而大大提高了整個調速系統的成本，而且異步電動機本身的特點決定了其控制精度不高，更值得一提的是異步電動機在較低頻(小于5 Hz)運行時，異步電動機多抖動的厲害，以致無法使用。

    由于直流無刷電動機既具有交流電動機的結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優點，又具備直流電動機的運行效率高、調速性能好等諸多特點，而且轉子采用永磁結構，沒有勵磁損耗，提高了電動機的效率。因此該類電動機在紡織機械設備的應用前景非常廣闊。

    1直流無刷電機的系統組成和顯著特點

直流無刷電動機是一種典型的機電一體化產品，它是由電動機本體、位置檢測器、逆變器和控制器組成的自同步電動機系統或自控式變頻同步電動機，如圖1所示。位置檢測器檢測轉子磁極的位置信號，控制器對轉子位置信號進行邏輯處理并產生相應的開關信號，開關信號以一定的順序觸發逆變器巾的功率開關器件，將電源功率以一定的邏輯關系分配給電動機定子各相繞組，使電動機產生持續不斷的轉矩。  

 直流無刷電動機的特點：

    與感應電動機相比，直流無刷電動機具有更大的功率密度、更高的效率和更好的控制性能，主要表現在以下幾個方面：

    (1)由于采用高性能永磁材料，直流無刷電動機轉子體積得以減小，丌J以具有較低的慣性、更快的響應速度、更高的轉矩／慣量比。

    (2)由于沒有轉子損耗，電無需定子勵磁電流分量，所以直流無刷電動機具有較高的效率和功率密度。對于同等容量輸出，感應電動機需要更大功率的整流器和逆變器(3)南于沒有轉子發熱，直流無刷電動機也無需考慮轉子冷卻問題。

    (4)盡管感應電動機系統應用較為普遍和成熟，但由丁其非線性本質，控制系統極為復雜永磁同步電動機把交流電動機復雜的磁場定向控制轉化為轉子位置定向控制，而直流無刷電動機則進一步將其簡化為離散六狀態的轉子位置控制，也無需坐標變換。與永磁同步電動機相比，直流無刷電動機也具有明顯的優勢：

    (1)直流無刷電動機采用方波電流供電，可以提供更高的轉矩／體積比，相同條件下輸出轉矩大15％。

    (2)在電動機中產生梯形波的磁場分布和梯形波的感應電動勢要比產生正弦波的磁場分布和正弦變化的電動勢簡單，因此直流無刷電動機結構簡單、制造成本低。

    (3)對于永磁同步電動機，由于定子電流是轉子位置的正弦函數，系統需要高分辨率的位置傳感器，構造復雜，價格昂貴．

    (4)產生方波電壓和電流的變頻器比產生正弦波電壓和電流的變頻器簡單，控制也簡單得多，因此直流無刷電動機控制簡單、控制器成本較低。

    2直流無刷電機在紡織機械中的應用

    隨著微電子技術和電力電子器件等技術的發展，紡織機械設備的傳動結構變得越來越簡單，原先整體式的機械傳動由現在的分部電氣驅動代替，其精度、穩定性和自動化程度有了極大的提高。拿紡織機械的自動絡筒機來說吧，宏大公刊生產的Es—PRON-M型絡筒機的單錠部分只有一臺200瓦的變頻電動機作為單錠驅動，而意大利sAVIO公司已投放市場的0R10N絡筒機單錠由一個無刷直流電動機和五個步進電動機來驅動。通過這樣的改進使得所需加工的機械部件數量減少，設備維護簡單，設備運行的穩定性提高。同樣梳棉機也朝著這個趨勢發展，如：意大利馬佐里公司生產的c50l梳棉機單元組已發展到11個電動機驅動，其中變頻電動機4個，直流無刷電動機3個，三相異步電動機4個。

    另外新型無紡布沒備每臺需交流伺服電動機就有8臺之多。其它如包裝機械、造紙機械、印染機械、針織機械等機械行業也多是如此。

    就紡織機械用控制電動機的性價比而言，直流無刷電動機一般較交流伺服電動機、變頻電動機、步進電動機等特殊電動機高，目前優良的直流無刷電動機的調速范同可達I：300，其速度跟蹤響應精度在毫秒級左右。就紡織機械沒備而言，直流無刷電動機的優異性能完全可以取代變頻電動機，在價格基本相當的基礎上，能顯著提高其設備的工作性能；也呵以取代很大一部分交流伺服電動機，有很多設備用直流見刷電動機便能滿足要求，而且價格會降低很多，如新型無紡布設備每臺所需交流伺服電動機8臺，從同外進口需花費近50萬元，而采用直流尤刷電動機，完全滿足要求，化費至少可降低一半。

    直流無刷電動機具有控制性能好、結構簡單、效率高、調速范圍大、易維護壽命長、無線電干擾小等優點，在大多數場合上應用較之三相異步電動機和直流電動機要好的多。****梳棉機的自調勻整部分、壓輥部分、原用交流伺服電動機的罔條器部分止在準備選用直流無刷電動機，另外加之梳棉機c501的三種直流無刷電動機、意大利馬佐里公司牛產的絡筒機二種、ORION絡筒機的一種、清梳聯設備上至少可選用兩種等等，單就紡織機械上使用的直流無刷電動機不下十種。絡簡機直流無刷電動機額定功率約為200w，調速范圍1300 r／min～700Or／m，已經在21c，oRION，PoLAR等機型廣泛應用。梳棉機自調勻整用直流無刷電動機額定功率370w，凋速范圍200r／min～2400r／min，正反轉控制。

    隨著電機材料、制造工藝的提高和電力電子器件的發展，直流無刷電機和控制器成本的逐步降低，直流無刷電機將在越來越多的紡織機械廣泛應用。

3結語