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水下特种推进电机的类型选择

电动机类型的选择对动力系统以及航行器整体性能有较大影响,需要对不同电动机及其控制方式进行比较和分析。目前正在应用或开发的中小功率驱动电机主要有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。由这四类电动机所组成的驱动系统,其总体比较如表所示。

直流电动机具有结构简单的特点并有优良电磁转矩控制的特性,所以直到 20世纪80年代中期它仍是国内外的主要研发对象,目前直流驱动系统还在广泛的应用。但是普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花,不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用,其换向器维护困难,很难向大容量、高速度发展。此外,电火花产生的电磁干扰,对高度电子化的水下航行器来说将是致命的。此外,直流电动机价格较高、体积和重量大。随着控制理论和电力电子技术的发展,直流驱动系统与其它驱动系统相比,己处于劣势。

感应电动机是目前应用最广泛的电机,厂矿企业,交通工具,娱乐,科研农业生产,日常生活都离不开感应电动机。常见的有鼠笼式异步电动机,绕线式异步电动机和各种控制用电动机三大类。一般的感应电机有启动力矩小、过载能力低、体积大、效率低、调速不理想等缺点,在要求较高的场合下,往往不能满足要求。

永磁无刷电动机系统可以分为两类,一类是方波驱动的无刷直流电动机系统(BDCM),另一类是永磁同步电动机系统(PMSM),也称之为正弦波驱动的无刷直流电动机系统。BDCM系统不需要绝对位置传感器,一般采用霍尔元件或增量式码盘,也可以通过检测反电动势波形换相。PMSM系统一般需要绝对式码盘或旋转变压器等转子位置传感器。从磁铁所处不同位置的结构上看,永磁无刷电动机可以分成表面型、镶嵌型、深埋式等结构型式。

开关磁 阻电动机(SRM)目前己投入实际使用,SRM是没有任何形式的转子导体和永久磁铁的无刷电动机,它的定子磁极和转子磁极都是凸的。由于SRM具有集中的定子绕组和脉冲电流,其功率变换器可以采用更可靠的电路拓扑形式。SRM具有简单可靠、在较宽转速和转矩范围内高效运行、控制灵活、可四象限运行、响应速度快、成本较低等优点。但SRM有转矩波动大、噪声大、需要位置检测器、系统非线性特性等缺点。所以,目前应用还受到限制。 [1] 

可以看到,相对而言无刷直流电机结合了直流电机与交流同步电机的优点,具有体积小,寿命长,控制简单,调速精度高的特点,且不会失步。考虑到集成电机推进系统使用的特种电机在结构上受到了很大限制,并且推进系统对电机调速性能的要求,集成电机推进系统使用永磁直流无刷电机是比较适合的。


 

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