空气净化器常用电机类型EC和AC

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EC直流风机是一种目前最新的高效节能风机。
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& P) u$ M- G* Z6 `4 @目前市场上空气净化器品牌很多，高端产品中，多数使用德国精心设计制造的一流EC (Electrically Commutated)电机和风扇。EC电机的基本原理是使用电子设备转换交流电为直流电来运行电机，运行更安静，消耗电量更少，产生更大的空气流。EC电机是一项最新的创新技术。

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什么是EC技术？

ECBLDC即电子整流无刷直流电机，与有刷直流电机采用的机械整流方式不同，其设计与同步电机类似（3相绕组、永磁转子等），但由绕组之间的电子整流器输出的直流电驱动。因此，该电机由直流电驱动，而控制器则由电网的交流电供电，控制器通过调节电流产生恰当的相位来控制电机的扭矩和转速。

竞争优势

§  经济：与电磁感应式交流电机相比，节能多达25%以上，耐用，且免维护。

§  比电磁感应式交流电机噪音低。

EC电机的好处

EC BLDC（电子整流无刷直流电机）具有超越其他类型电机的好处：

§  节能：与异步交流电机相比，由于没有滑差损耗，降低了热生成量（及热损耗），效率高于异步电机。

§  耐用：没有电刷的磨损及更换（非接触式电子整流），轴承是电机唯一的磨损件。

§  可变速：转速100%可控，允许电机的转速控制，转速不受电源频率的影响。

§  简单：整流及变电电子设备全部集成在电机内的一个单元上。

§  高扭矩：可从所有位置及两个方向启动全扭矩。

§  符合绿色（生态）设计2005/32/EC标准。

§  自动转速控制具有灵活定价的优势。

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EC风机

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定义
采用数字化无刷直流外转子电机的离心式风机。或者说，采用了EC电机的离心风机。EC （Electrical Commutation）电机为电源为直流电源、内置直流变交流（通过六个逆变模块）、采用转子位置反馈、三相交流、永磁、同步电机。（直流无刷只是电源品质和电机的表象，而不是电机的实质，EC电机实质上是三相交流永磁同步电机）
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优点
& f% w2 [# |' f2 Y1 }EC电机为内置智能控制模块的直流无刷式免维护型电机，自带RS485输出接口、0-10V传感器输出接口、4-20mA调速开关输出接口、报警装置输出接口及主从信号输出接口。该产品具有高智能、高节能、高效率、寿命长、振动小、噪声低以及可连续不间断工作等特点。
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特点
1 a% s& Y' B1 U$ g. b无刷直流电机由于省去了励磁用的集电环和电刷，在结构上大大简化。同时不但改善了电机的工艺性，而且电机运行的机械可靠性大为增强，寿命增加。
同时气隙磁密可大大提高，电机指标可实现最佳设计，其直接效果就是电机体积缩小，重量减轻。不仅如此，较其它电机而言，还具有非常优异的控制性能。这是因为：其一，由于永磁材料的高性能而使电机的力矩常数、转矩惯量比、功率密度等大大提高。通过合理设计又能使转动惯量、电气及机械时间常数等指标大大降低，作为伺服控制性能的主要指标有了很大改善。其二，现代永磁磁路的设计已较完善，加上永磁材料的矫顽力高，因而永磁电机的抗电枢反应及其抗去磁的能力大大加强，电机的控制参量随外部扰动影响大大减小。其三，由于用永磁体取代了电励磁，减少了励磁绕组及励磁磁场的设计，因而减少了励磁磁通、励磁绕组电感、励磁电流等诸多参数，从而直接减少了可控变量或参量。综合以上各因素可以说永磁电机具有优异的可控性。
目前大容量风机调节风量已有很多采用变频调速方式，这一类变频器主要依赖进口，价格昂贵。目前1kw以下功率等级的风机，特别是家用空调等的风机已有永磁无刷直流电机驱动，并采用调速调风量方式。1~10kw功率范围的风机用量巨大，基本采用感应电机驱动，并采用调节风口开度方式调节风量。对于这一功率范围内的风机，采用永磁无刷直流电机驱动替代原先的感应电机驱动具有巨大的优越性。
(1)损耗小、效率高
因为采用了永磁体励磁，消除了感应电机励磁电流产生的损耗；同时永磁无刷直流电动机工作于同步运行方式，消除了感应电机转子铁心的转频损耗。这两方面使永磁无刷直流电机的运行效率远高于感应电机，小容量电机的效率提高更明显。
(2)功率因数高
+ W7 z! c8 F0 H$ S  M& {( I由于无刷直流电机的励磁磁场不需要电网的无功电流，因此其功率因数远高于感应电机，无刷直流电机可以运行于1功率因数，这对小功率电机极为有利。无刷电机与感应电机相比不但额定负载时具有更高的效率和功率因数，而且在轻载时更具有优势。
9 x6 g/ ~6 k) Y(3)调速性能好、控制简单
与感应电机的变频调速相比，无刷直流电机的调速控制不但简单，而且具有更好的调速性能。
(4)逆变器容量低，因此逆变器成本低
无刷直流电动机需要矩形波电流，逆变器持续运行时的电流额定值指的就是这个矩形波的峰值。感应电机需要正弦波电流，逆变器持续运行时的电流额定值一般指的是这个正弦波的有效值。为保持逆变器对电动机电流的控制能力，逆变器直流电压与电动机感应电动势间应有足够的差值。因此无刷直流电动机梯形波感应电动势和感应电动机正弦波感应电动势可以达到的峰值都受到逆变器直流电压的限制。在这种情况下，若假定无刷直流电动机和感应电动机电流的峰值相等，则前者功率输出要比后者高出33%，也就是说，同一台整流器/逆变器可以驱动比感应电机输出功率高出33%的无刷直流电动机。

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电动机
简介无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点，广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。
无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流（即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换）。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。
位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。
采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机，其磁敏传感器件（例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等）装在定子组件上，用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。
% B7 Q( s) F5 }采用光电式位置传感器的无刷直流电动机，在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件，转子上装有遮光板，光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。
9 l* J( W* \- S+ ^5 F: n采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机，是在定子组件上安装有电磁传感器部件（例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等），当永磁体转子位置发生变化时，电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号（其幅值随转子位置而变化）。
优越性直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性能。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。
此外已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中，而且体积越来越小；像模拟/数字转换器(analog-to-digital converter，adc)、脉冲宽度调制(pulse wide modulator，pwm)…等。直流无刷电机即是以电子方式控制交流电机换相，得到类似直流电机特性又没有直流电机机构上缺失的一种应用。
控制结构直流无刷电机是同步电机的一种，也就是说电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(p)影响。在转子极数固定情况下，改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器)，控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载范围内当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。
电源部可以直接以直流电输入（一般为24V）或以交流电输入(110v/220 v)，如果输入是交流电就得先经转换器(converter)转成直流。不论是直流电输入或交流电输入要转入电机线圈前须先将直流电压由换流器(inverter)转成3相电压来驱动电机。换流器(inverter)一般由6个功率晶体管(q1～q6)分为上臂(q1、q3、q5)/下臂(q2、q4、q6)连接电机作为控制流经电机线圈的开关。控制部则提供pwm(脉冲宽度调制)决定功率晶体管开关频度及换流器(inverter)换相的时机。直流无刷电机一般希望使用在当负载变动时速度可以稳定于设定值而不会变动太大的速度控制，所以电机内部装有能感应磁场的霍尔传感器(hall-sensor)，作为速度之闭回路控制，同时也做为相序控制的依据。但这只是用来做为速度控制并不能拿来做为定位控制。
" A6 t5 J  U! o2 r! h$ b# [/ D8 b! r控制原理
要让电机转动起来，首先控制部就必须根据hall-sensor感应到的电机转子目前所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，如 下（图二）inverter中之ah、bh、ch(这些称为上臂功率晶体管)及al、bl、cl(这些称为下臂功率晶体管)，使电流依序流经电机线圈产生顺向(或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管)；要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。
; `- V" Y0 z0 M- e8 Q% @当电机转动起来，控制部会再根据驱动器设定的速度及加/减速率所组成的命令(command)与hall-sensor信号变化的速度加以比对(或由软件运算)再来决定由下一组(ah、bl或ah、cl或bh、cl或……)开关导通，以及导通时间长短。速度不够则开长，速度过头则减短，此部份工作就由pwm来完成。pwm是决定电机转速快或慢的方式，如何产生这样的pwm才是要达到较精准速度控制的核心。高转速的速度控制必须考虑到系统的clock 分辨率是否足以掌握处理软件指令的时间，另外对于hall-sensor信号变化的资料存取方式也影响到处理器效能与判定正确性、实时性。至于低转速的速度控制尤其是低速起动则因为回传的hall-sensor信号变化变得更慢，怎样撷取信号方式、处理时机以及根据电机特性适当配置控制参数值就显得非常重要。或者速度回传改变以encoder变化为参考，使信号分辨率增加以期得到更佳的控制。电机能够运转顺畅而且响应良好，p.i.d.控制的恰当与否也无法忽视。之前提到直流无刷电机是闭回路控制，因此回授信号就等于是告诉控制部现在电机转速距离目标速度还差多少，这就是误差(error)。知道了误差自然就要补偿，方式有传统的工程控制如p.i.d.控制。但控制的状态及环境其实是复杂多变的，若要控制的坚固耐用则要考虑的因素恐怕不是传统的工程控制能完全掌握，所以模糊控制、专家系统及神经网络也将被纳入成为智能型p.i.d.控制的重要理论。


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