淺析無刷直流測速發電機的發展及其應用

王侖

摘 要：無刷直流測速發電機自誕生以來，就憑借其強大的功能得到了較為廣泛的應用。本文通過對無刷直流測速發電機自身優點的闡述，并且對目前主要的幾種電機測速方法進行了分析，探討了無刷直流測速發電機目前的發展趨勢和主要應用方法，希望通過本文的研究能夠更好的推動無刷直流測速發電機的發展，并對于當前電機測速方法的完善起到一定的積極作用。

關鍵詞：無刷直流測速發電機；測速方法；發展應用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.163

1 研究背景

伴隨著科學技術的發展，無論是工業還是軍事業，對于電機系統安全穩定性的要求不斷提高。無刷化已經成為了非常重要的發展趨勢，在很多自動控制裝置中得到了廣泛應用，并且對于電機的速度測速、速度監測、特別是對于自動變頻電動機的發展有著非常重要的作用。當前，很多高性能電機都以高速率、高穩定性作為研發前提，所以對于測速發動機的要求也相對較高，在這樣的背景下，無刷直流測速發電機憑借其優秀的性能，在諸多高性能電機得到了廣泛的應用。

在數控機床之中，對于電機供給速度的測試是整體測速環節中最為重要的部分之一。尤其是對于電機轉速、電機穩定性的要求越來越高，因此對電機轉速的檢測也越來越重要。雖然當前有很多檢測方法，根據不同的傳感器類型檢測方法各不相同。但是總結起來，最為主要的方式依然只有以下幾種：脈沖數字方式、電壓模擬方式、集成電路方式等。不同的測速方式需要匹配不同的外部環境，需要根據實際需求進行選擇。在對不同測速方法進行研究的過程中發現，目前基于無刷直流測速發電機的測試系統，能夠在很多環境下高效的完成測試任務，并且對比傳統的直流發電機和交流發電機有著二者無法比擬的優勢。

2 無刷直流測速發電機的優點

雖然目前關于測速發電機的選擇多種多樣，但是主要還是基于永磁直流測速發電機、交流測速發電機、無刷直流測速發電機三種為主。其中無刷直流測速發電機是一種相對較新的電動機，該電動機不僅僅在運行效率、調速性能等方面可以與直流電動機相匹敵。而且，在整體結構方面、運行可靠性方面、后期維護方面又具有交流電動機的優點，這使得無刷直流測速發電機的發展速度越來越快。

當前直流測速發電機雖然依然有著較為廣泛的應用，但是其可靠性問題、噪聲問題、干擾問題、穩定性問題等一直沒有得到根本性的解決。而交流電發電機雖然在穩定性方面相對較好，但是由于外部環境的限制，交流電發電機很難得到廣泛的應用。而無刷直流測速發電機，由于徹底改進了基礎裝置，對原有直流測速機的電刷部分進行改進，不僅有效的解決了直流發電機的噪音問題，更為重要的是大大提高了電機的穩定性，并且無刷直流測速發電機能夠更好的與新型發電機、新的測速方法進行更好的結合，進而更加匹配目前的高性能現代伺服系統的發展趨勢。

3 無刷直流測速類型及應用

（1）新型機電一體化方波無刷直流測速發電機。新型機電一體化方波直流測速發電機是基于無刷直流測速發電機技術的一種具有自動化功能的新型發電機，與無刷直流測速發電機相比，這種新型的發動機在多個方面進行改進。該發電機主要由以下兩大部分組成，分別為測速輸出電路，以及多相永磁交流發電機。其中的多相永磁交流發電機能夠輸出一種梯形波電勢，電勢幅值會隨著轉速的增加而增加，由于電勢密度較大因此能夠有效避免傳統的無刷直流測速發電機在電磁轉矩脈動方面的問題。除此之外其中的測速輸出電路也進行了大幅度的升級，在傳統的電路中增加了一個全新的電子模擬開關，配合系統中的預算放大器，使得傳統電路變為一種更為高效的加法放大電路。由于在新型機電一體化方波直流測速發電機中，配備的模擬開關，因此能夠對發電機所輸出電勢進行分時取樣，并及時反饋，再通過加法器的作用，進而形成一個穩定的測速信號。

（2）基于M/T法的智能數字測速法。通過情況下，如果要準確的對電動機轉速進行測量，需要在電動機的轉軸位置放置測速系統。但是，一些中小功率傳統的電動機無法進行工作。在這樣的環境下，可以使用無刷直流電動機進行工作，由于無刷直流電動機對于功率的要求不高，因此非常適合該工作環境，但是由于無刷直流電動機容量相對較小，沒有足夠的空間安裝以測速機為核心的測速系統，而如果利用測速脈沖發生器，又會受到設備轉速的影響。而M/T法測速則在一定程度上解決了這個問題。M/T法測速匯聚了M法以及T法的共同優點，由于電動機轉速與輸出脈沖頻率有所差異，而輸出頻率又與轉速成正比，因此基于M/T的無刷直流電動機測速電路能夠有效的在低功率的環境下進行工作。

（3）基于F/V技術的低速段測速法。無論是基于哪一種原理的脈沖測速機，都會有以下兩個主要配件，分別是編碼器與測速機。對于很多系統而言，對于測速系統還是基于對于速度的模擬反饋，這部分系統并不支持數字量反饋，這就導致基于M/T法的智能數字測速法的測速系統，最終還需要進行額外的D/A轉換，這會造成額外的成本支出，因此一些系統選擇通過F/V測速法直接獲得速度的模擬量，進而完成測速。在上文提及脈沖信號會隨著電機轉速的增加，信號變強，系統會通過一系列的轉換，最終獲得需要的模擬電壓。由于每轉脈沖數越多，測速越精確，因此基于F/V的測速方法能夠更加有效的在低速段進行工作。

4 結論

隨著科學技術的發展，無刷直流電動機憑借優秀的功能，逐漸的成為了目前應用潛力最大的高性能發動機之一，并且其后續開發能力相對較強，能夠在不同的場合下得到廣泛應用，并且由于目前控制技術以及計算機技術的飛速發展，無刷直流電動機必將向著數字化、自動化的趨勢發展。由于無刷直流電動機的特殊結構以及運行特點，使得該電動機能夠與多種先進的系統進行組合，進而形成更加高能的驅動系統。相信伴隨著技術的發展，無刷直流電動機在未來一定會獲得更加廣泛的發展空間。

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