为什么使用整流器-逆变器来驱动交流电动机,而不是使用整流电流来驱动直流电动机?


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我了解使用整流器-逆变器系统驱动交流电动机而不是简单地将其插入市电的好处,因为它可以更好地控制其速度和性能。但我不明白的是:由于必须将原始交流电转换为直流电才能为逆变器电路供电,所以为什么不将此直流电直接发送到直流电动机,而是将其转换回交流电然后发送交流电机吗?

Answers:


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直流电动机实际上具有一个变量:您要给电动机提供多少功率?交流电动机有两个变量:功率和频率。我不是电机专家,但是我希望交流电机能够独立控制速度和转矩,而直流电机则不能。方向控制也是一个问题。交流电动机的方向可以通过向其供电的旋转方向来控制。直流电动机的方向很难控制。

更广泛地讲,所有电动机都可以运行,因为某处存在旋转磁场。该旋转要么在电动机内部产生(自换向),要么是因为馈入电动机的功率本身在旋转(外部换向)。直流电动机必须是自动换向的;DC绝对不旋转。

如何实现电机内部的换向?通常,要么有电刷,要么在电动机中内置了一个逆变器。刷子磨损了,我怀疑还有其他缺点。如果要将逆变器安装到电动机中,为什么不将其放置在电动机外部并更好地控制电动机呢?


使用H桥可以很容易地反转直流电动机。同样,您可以像在交流电动机中一样独立控制直流电动机中的转矩和速度。
埃里克

@Brad控制永磁励磁电机的方向非常容易。如果电动机是串联或并联励磁,则需要通过定子或转子反转电流方向。如果电动机混合励磁,则需要反转转子电流方向。所有这些都可以通过H桥完成,但必须以不同的方式连接,并且可能不是以恒定电压连接。
motoprogger 2014年

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第一段主要是错误的;它有太多的错误和术语混淆。其他两段都可以。
托德·里昂斯2014年

我希望进行更详细的更正,以改善答案并学习以供将来参考!
Stephen Collings 2014年

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@Brad-如果“磁场”不旋转,则电动机也不会旋转。这在一定程度上取决于您观察时的站立位置。在PMDC电动机中,磁场相对于电枢旋转,以使其相对于电枢保持静止定子
拉塞尔·麦克马洪

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由于交流电动机通常比直流电动机效率高得多,并且由于它们不需要与转子的电接触,因此也更加可靠。

请记住,BLDC电机实际上是内置驱动电路的交流电机。在较高功率水平下,将控制和驱动电路与电动机本身分开是有意义的。

而且,带有永磁(PM)转子的电动机具有有限的动力处理能力。在更高的功率水平下,甚至在电动汽车中也使用交流感应电动机。


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对于许多种交流电动机,旋转速度将与驱动电流的频率紧密相关。在许多情况下,以每秒转数为单位的旋转速度将是驱动频率的精确分数(以每秒循环数为单位)(例如1/3),或者是精确分数减去一定量的“滑移”(取决于驱动器)电压。尽管可以通过改变驱动电压来控制某些交流电动机的速度,从而允许产生不同程度的打滑,但改变驱动频率并尽量减少打滑更为有效。

还要注意,几乎所有能够完成少量工作的电动机都需要定期切换某些线圈中的电流极性。直流电动机和交流电动机一样。大多数直流电动机都使用机械换向器和电刷来进行这种切换。这些在需要维修或更换之前往往具有有限的使用寿命。有些人使用电子设备来切换实际的电动机电流,但实际上将它们变成“逆变器加交流电动机”的组合。


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可能有很多原因。最明显的是,PMDC电动机中的电刷会磨损,需要根据环境在2000-5000小时后更换。交流电动机(感应电动机和PMSM aka无刷电动机又称为BLDC电动机)可以持续20,000小时。因此,如果免维护操作很重要,则可能需要交流电动机。

其次,如果您要进行任何速度或转矩控制,那么直流电动机不会只有直流电。您将拥有PWM DC。而一旦你的电子产品要做到这一点,它不是那个太大的不同去PWM交流。

第三,许多现代感应电动机和PMSM控制器使用称为磁场定向控制的技术进行操作。这种控制方式使您既可以控制电动机在低速和高速时的平稳运行,又可以独立控制转矩和励磁场。您无法使用PMDC控件执行此操作,因为电刷/换向器会自动对齐磁场。因此,如果这对您很重要,则可以选择交流电而不是直流电动机。


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交流电动机的另一个优点是,它们不像直流电动机那样使用电刷和换向器。这些会产生大量的火花和宽带EM噪声。

在某些情况下,此类操作是非常非常不受欢迎的:)


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交流电动机比直流电动机更可靠。直流电动机通过电枢中流动的电流产生输出功率。直流电动机通过换向器和电刷将电流传递到电枢。当每个电刷断开与电枢的每个连续接触杆的连接时,电枢的电感会产生电弧。这会使电枢和电刷陷坑,使电刷粗糙。粗糙度会同时磨损电枢和电刷。当交流电动机使用电磁转子时,电流通过滑环和电刷连接到转子。滑环上的电刷没有开关。这避免了直流电动机遭受电弧产生的点蚀。滑环和电刷的使用寿命比直流电动机的电刷和换向器长很多倍。大多数交流电动机通过使用感应耦合,磁滞,或转子中的永磁体。无刷电机的使用寿命可能仅受轴承寿命的限制。

交流电动机比直流电动机更可控。直流电动机控制器可以改变定子的磁场或施加到电枢的电压或电流。交流电动机控制器可以更改定子电压,电流,频率或相位或转子电流。一些交流电动机可以改变定子上的磁极数。与等效功率水平的直流电动机相比,这使得交流电动机能够在更宽的运行速度范围内有效地将电能转化为动力。


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我没有提到的另一个方面是,三相交流电动机通过纯正弦波输入供电,可以在所有360度旋转中产生均匀的转矩。当每个转子磁极旋转超过其对应的定子磁极时,简单的直流电动机将经历转矩变化。例如,这可能是重要的考虑因素。

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