直流无刷水泵原理及发展Word下载.docx

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如何选择直流无刷水泵

客户在选择直流无刷水泵时,一定要认真了解以下的一些参数或将这些参数提供给我们:

1）规格型号:

选好系列与规格型号（25#系列,32#系列,38#系列,50#系列）

2）供电方式：

A.变压式开关电源供电；

电压与电流是多少

B.蓄电池供电;

电蓄容量安培/小时是多少

C.太阳能供电;

开路电压是多少;

短路电流是多大

3）电压等级:

A.4.5VDC;

6VDC;

9VDC;

12VDC;

15VDC;

24VDC

B.4.5VDC-24VDC任意一个电位上的电压;

4）功率大小:

0.65—120W

5）静态程和静态流量:

静态程---是指水泵工作没有水流出时,水上升的最大高度.

静态流量---是指水泵出水口不接任何水管时水平出水量;

例如:

要选一个程2米高时流出3升水的水泵,哪么这个水泵的静态程一定要大于3米,才有可能得到在2米高时的3升水（具体参考水泵运行VS曲线图或咨询我公司业务人员）

6）使用环境:

环境温度,环境湿度,通风状态;

使用在什么设备上;

是否潜水;

7.介质:

水;

油,防冻液等与介质温度;

酸碱的”PH”值.

8.水泵性能的选择:

怎样选购质量优良的直流无刷水泵

a.外观：

外观设计美观大方，制造精良；

b.电气性能：

振动小，噪音低，启动电流小，效率高，温升低；

c.结构：

安装操作简单，维护保修方便

d.专业正规的生产经销商：

三.直流无刷水泵安装与使用须知

1）水泵外壳与硬性物体接时,水泵的外壳或底部装上减震垫；

2）水泵进水口泵体与水平面平行安装为最正确安装效果；

3进出水口连接之胶管折角尽可能的不要小于90度；

4）水泵可以360度任意角度安装,但是应在订货时需与我公司技术部联系,以便出厂时将水泵调整在最工作状态；

5）远离强磁性物体环境；

6）不允许有铁磁杂质、颗粒进入磁力传动器和轴承摩擦；

7）输送易结晶或沉淀的介质后要与时冲洗（停泵后向泵腔灌注清水，运转1min后排放干净），以保障滑水泵使用寿命；

8）输送含有固体颗粒的介质时，应在泵流管入口处过滤。

9）电源的正负极不可接反;

10）水泵工作时进水口要低于水的水平面；

11）严禁水泵无水空载运行,会影水泵寿命和噪音,

12）水泵分有:

潜水泵;

非潜水泵;

水陆俩用三种形式；

安装时要特别注意。

各种微型水泵的特点

（一）、微型交流水泵：

1．交流水泵的换向是通过市电的50HZ的频率变化的，其转速很低，交流水泵里面没有电子元器件，可以耐高温，同样的扬程交流水泵的体积和功率是直流无刷水泵的3-5倍，交流水泵效率低20%，不易做成调速控制，功率一般在几百瓦以上。

2．优点：

价格便宜，生产厂家也比较多。

（二）、有刷直流水泵：

1．水泵工作时，转子上的换向器与碳刷磨擦，线圈和换向器旋转，磁铁和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随着电机转动的换向器和电刷来完成，只要电机转动碳刷就会产生磨损，电脑水泵运行到一定的时候，碳刷磨损间隙变大，声音也会随之增大，连续运行几百小时之后碳刷就不能起到换向的作用了。

价格低廉。

（三）、无刷电机式直流水泵：

　　电机式无刷直流水泵是采用无刷直流电机加上叶轮之后组成的。

电机的轴与叶轮连在一起，水泵的定子和转子之间是有间隙的，使用时间长了水会渗透进入电机里增加了电机烧坏的可能。

无刷直流电机已标准化，有专门的厂家大批生产，成本比较低，效率高。

（四）、无刷直流磁力驱动水泵：

　　无刷直流水泵采用了电子组件换向，无需使用碳刷换向，采用高性能耐磨工程塑料和石墨轴套，轴套通过注塑与磁铁连成整体也就避免了磨损，因此无刷直流水泵的寿命大大增强了。

磁力隔离式水泵的定子部分和转子部分完全隔离，定子和电路板部分采用环氧树脂灌封，100%防水，转子部分采用永磁磁铁，水泵机身采用环保材料，噪音低，体积小，性能稳定。

可以通过定子的绕线调节各种所需的参数，可以宽电压运行。

寿命长，噪音低可达35dB以下，可用于热水循环。

电机的定子和电路板部分采用环氧树脂灌封并与转子完全隔离，可以水下安装而且完全防水，水泵的轴心采用高性能瓷轴，精度高，抗震性好。

（五）微型直流水泵主要参数性能

25#系列：

1.电压围：

DC3.5v-12v;

2.最大静态扬程：

2m;

3.最大静态流量：

2L/H

4.最高介质温度≥100℃

5.卫生等级:

FDA.NSF

32#系列:

DC6v-24v;

3.5m;

190L/H

4.最高介质温度≤70℃

38#系列:

DC6v-24v;

8.5m;

720L/H

4.最高介质温度：

≤100℃

5.卫生等级“FDA”。

50#系列:

30m;

1700L/H

4.最高介质温度≤110℃

5.最高卫生等级“SGS”

特点：

1.环保节能,可做到食品级”FDA，NSF”.

2.使用寿命长,连续运行在20000小时

3.设计工艺独特,无需保养，体积小效率高，功耗低,;

4.水泵电机的定子和电路板部分采用环氧树脂灌封并与转子完全隔离，解决了电机式直流水泵长期潜水产生的漏水问题，可以水下安装而且完全防水

5.同一电压可以做出很多种参数，比如24V水泵可以做成扬程2米，也可以做成扬程7米。

水泵可以宽电压运行，比如24V的水泵可以在电压12V以下运行。

6.水泵的轴心采用高性能石墨轴套，精度高，抗震性好，由于水泵采用石墨轴套与氧化锆轴的精密配合，噪音小,25#系列水泵功率可以达到30分贝以下，几乎达到静音效果。

7.水泵中的三相无霍尔程序驱动直流水泵可以实现PWM调速，模拟信号输入调速，电位器手动调速，这样就做到无级调节流量与扬程，可以订做音乐喷泉。

三相直流水泵具有卡死保护，防反接保护。

8.水泵已根据需求配置4分管螺纹或6分管螺纹，满足特殊的需求。

9.多功能设计，可以潜水使用也可以放在外面（安装位置低于液面）

10.可定制并按照客户要求来设计水泵

11..铝合金外壳;

汽车级水最大介质温水可做到110度

（六）应用围：

　　可用于电脑水冷系统,太阳能喷泉,太阳能热水器,桌面喷泉，工艺品，咖啡机，饮水机，泡茶器，倒酒器，无土栽培，淋浴器，热水器加压,水暖床垫,热水循环，游泳池水循环过滤,洗脚冲浪按摩盆,冲浪按摩浴缸,汽车冷却循环系统,汽车零下35度冷启动,加油器,加湿器,空调机，洗衣机，医疗器械，冷却系统，卫浴产品。

.无刷直流水泵（离心泵）工作原理

　　无刷直流磁力驱动泵的磁铁与叶轮注塑成一体组成电机的转子，转子中间有直接注塑成型的轴套，通过高性能瓷轴固定在壳体中，电机的定子与电路板部分采用环氧树脂胶灌封于泵体中，定子与转子之间有一层薄壁隔离，无需配以传统的机械轴封，因而是完全密封。

电机的扭力是通过矽钢片（定子）上的线圈通电后产生磁场带动永磁磁铁（转子）工作运转。

　对磁体进行n（n为偶数）级充磁使磁体部分相互组成完整藕合的磁力系统。

当定子线圈产生的磁极与磁铁的磁极处于异极相对，即两个磁极间的位移角Φ＝0，此时磁系统的磁能最低；

当磁极转动到同极相对，即两个磁极间的位移角Φ＝2π/n，此时磁系统的磁能最大。

去掉外力后，由于磁系统的磁极相互排斥，磁力将使磁体恢复到磁能最低的状态。

于是磁体产生运动，带动磁转子旋转。

　　无刷直流水泵通过电子换向，无需使用碳刷，磁体转子和定子矽钢片都有多级磁场，当磁体转子相对定子旋转一个角度后会自动改变磁极方向，使转子始终保持同级排斥，从而使无刷直流磁力隔离泵有较高的转速和效率。

　　磁力隔离泵的定子与转子完全隔离，完全避免了传统的电机式无刷直流水泵存在的液体泄漏问题。

而且可以完全潜水使用并且完全防水，有效的提高了泵的使用寿命与性能。

直流无刷水泵电动机工作原理控制方法

序言

　　由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以与调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普与。

　　一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用围已遍与国民经济的各个领域以与人们的日常生活中。

其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。

由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以与寿命短等弱点，再加上制造成本高与维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。

　　针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。

经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。

上世纪70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以与高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。

三相直流无刷电动机的基本组成

　　直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。

其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,…）组成。

图1所示为三相两极直流无刷电机结构，

图1三相两极直流无刷电机组成

　　三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结，A、B、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。

位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相联结。

　　当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各项绕组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。

由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。

　　图2为三相直流无刷电动机半控桥电路原理图。

此处采用光电器件作为位置传感器，以三只功率晶体管V1、V2和V3构成功率逻辑单元。

图2三相直流无刷电动机

　　三只光电器件VP1、VP2和VP3的安装位置各相差120度，均匀分布在电动机一端。

借助安装在电动机轴上的旋转遮光板的作用，使从光源射来的光线一次照射在各个光电器件上，并依照某一光电器件是否被照射到光线来判断转子磁极的位置。

图3开关顺序与定子磁场旋转示意图

　　图2所示的转子位置和图3a）所示的位置相对应。

由于此时广电器件VP1被光照射，从而使功率晶体V1呈导通状态，电流流入绕组A-A’，该绕组电流同转子磁极作用后所产生的转矩使转子的磁极按图3中箭头方向转动。

当转子磁极转到图3b）所示的位置时，直接装在转子轴上的旋转遮光板亦跟着同步转动，并遮住VP1而使VP2受光照射，从而使晶体管V1截至，晶体管V2导通，电流从绕组A-A’断开而流入绕组B-B’，使得转子磁极继续朝箭头方向转动。

当转子磁极转到图3c）所示的位置时，此时旋转遮光板已经遮住VP2，使VP3被光照射，导致晶体管V2截至、晶体管V3导通，因而电流流入绕组C-C’，于是驱动转子磁极继续朝顺时针方向旋转并回到图3a）的位置。

　　这样，随着位置传感器转子扇形片的转动，定子绕组在位置传感器VP1、VP2、VP3的控制下，便一相一相地依次馈电，实现了各相绕组电流的换相。

在换相过程中，定子各相绕组在工作气隙所形成的旋转磁场是跳跃式的。

这种旋转磁场在360度电角度围有三种磁状态，每种磁状态持续120度电角度。

各相绕组电流与电动机转子磁场的相互关系如图3所示。

图3a）为第一种状态，Fa为绕组A-A’通电后所产生的磁动势。

显然，绕组电流与转子磁场的相互作用，使转子沿顺时针方向旋转；

转过120度电角度后，便进入第二状态，这时绕组A-A’断电，而B-B’随之通电，即定子绕组所产生的磁场转过了120度，如图3b）所示，电动机定子继续沿顺时针方向旋转；

再转120度电角度，便进入第三状态，这时绕组B-B’断电，C-C’通电，定子绕组所产生的磁场又转过了120度电角度，如图3c）所示；

它继续驱动转子沿顺时针方向转过120度电角度后就恢复到初始状态。

图4示出了各相绕组的导通顺序的示意图。

图4各相绕组的导通示意图

位置传感器

　　位置传感器在直流无刷电动机中起着测定转子磁极位置的作用，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，然后去控制定子绕组换相。

位置传感器种类较多，且各具特点。

在直流无刷电动机中常见的位置传感器有以下几种：

电磁式位置传感器、光电式位置传感器、磁敏式位置接近传感器。

　　电磁式位置传感器在直流无刷电动机中，用得较多的是开口变压器。

用于三相直流无刷电动机的开口变压器由定子和跟踪转子两部分组成。

定子一般有六个极，它们之间的间隔分别为60度，其中三个极上绕一次绕组，并相互串联后通以高频电源，另外三个极分别绕上二次绕组WA、WB、WC。

它们之间分别相隔120度。

跟踪转子是一个用非导磁材料做成的圆柱体，并在它上面镶一块120度的扇形导磁材料。

在安装时将它与电动机转轴相联，其位置对应于某一磁极。

一次绕组所产生的高频磁通通过跟踪转子上的到此材料耦合到二次绕组上，故在二次绕组上产生感应电压，而另外两相二次绕组由于无耦合回路同一次绕组相联，其感应电压基本为零。

随着电动机转子的转动，扇形片也跟着旋转，使之离开当前耦合一次绕组而向下一个一次绕组靠近。

就这样，随着电动机转子运动，在开口变压器二次绕组上分别感应出电压。

扇形导磁片的角度一般略大于120度电角度，常采用130度电角度左右。

在三相全控电路中，为了换相译码器的需要，扇形导磁片的角度为180度电角度。

同时，扇形导磁片的个数应同直流无刷电动机的极对数相等。

　　接近开关式位置传感器主要由谐振电路与扇形金属转子两部分组成，当扇形金属转子接近震荡回路电感L时，使该电路的Q值下降，导致电路正反馈不足而停振，故输出为零。

扇形金属转子离开电感元件L时，电路的Q值开始上升，电路又重新起振，输出高频调制信号，经二极管检波后，取出有用控制信号，去控制逻辑开关电路，以保证电动机正确换向。

　　光电式位置传感器前面已经讲过，是利用光电效应制成的，由跟随电动机转子一起旋转的遮光板和固定不动的光源与光电管等部件组成。

　　磁敏式位置传感器是指它的某些电参数按一定规律随周围磁场变化的半导体敏感元件。

其基本原理为霍尔效应和磁阻效应。

常见的磁敏传感器有霍尔元件或霍尔集成电路、磁敏电阻:

　　研究结果说明，在半导体薄片上产生的霍尔电动势E可用下式表示：

式中RH——霍尔系数（ 

）；

IH——控制电流（A）；

B——磁感应强度（T）；

d——薄片厚度（m）；

p——材料电阻率（Ω*s）；

u——材料迁移率（

）；

若在上式中各常数用KH表示，则有

E=KHIHB

　　霍尔元件产生的电动势很低，直接应用很不方便，实际应用时采用霍尔集成电路。

霍尔元件输出电压的极性随磁场方向的变化而变化，直流无刷电动机的位置传感器选用开关型霍尔集成电路。

　　磁阻效应是指元件的电阻值随磁感应强度而变化，根据磁阻效应制成的传感器叫磁阻电阻。

三相直流无刷电动机的运行特性

　　要十分精确地分析直流无刷电动机的运行特性，是很困难的。

一般工程应用中均作如下假定：

（1）电动机的气隙磁感应强度沿气隙按正弦分布。

（2）绕组通电时，该电流所产生的磁通对气隙所产生的影响忽略不计。

（3）控制电路在开关状态下工作，功率晶体管压降为恒值。

（4）各绕组对称，其对应的电路完全一致，相应的电气时间常数忽略不计。

（5）位置传感器等控制电路的功耗忽略不计。

　　由于假设转子磁钢所产生的磁感应强度在电动机气隙中是按正弦规律分布的，即B=BMsinθ。

这样，如果定子某一相绕组一持续的直流电流，所产生的转矩为

TM=ZDLBMrIsinθ

式中，ZD——每相绕组的有效导体数；

L——绕组中导线的有效长度，即磁钢长度；

r——电动机中气隙半径；

I——绕组相电流。

　　就是说某一相通以不变的直流后，它和转子磁场作用所产生的转矩也将随转子位置的不同而按正弦规律变化，如图5所示。

图5在恒定电流下的单相转矩

　　它对外负载讲，所得的电动机的平均转矩为零。

但在直流无刷电动机三相半控电路的工作情况下，每相绕组过1/3周期的矩形波电流。

该电流和转子磁场作用所产生的转矩也只是正弦转矩曲线上相当于1/3周期的一段，且这一段曲线与绕组开始通电时的转子相对位置有关。

显然在图6a所示的瞬间导通晶体管，则可产生最大的平均转矩。

因为在这种情况下，绕组通电120度的时间里，载流导体正好处在比较强的气隙磁场中。

所以它所产生的转动脉动最小，平均值较大。

习惯上把这一点选作晶体管开始导通的基准点，定为。

在=0度的情况下，电动机三相绕组轮流通电时所产生的总转矩如图6b所示。

图6三相直流无刷电动机半空桥转矩

　　如若晶体管的导通时间提前或滞后，则均将导致转矩的脉动值增加，平均值减小。

当=30度时，电动机的瞬时转矩过零点，这就是说，当转子转到某几个位置时，电动机产生的转矩为零，电动机起动时会产生死点。

当≥30度后，电动机转矩的瞬时值将出现负值，则总输出转矩的平均值更小。

因此，在三相半控的情况下，特别是在起动时，不宜大于30度，而在直流无刷电动机正常运行时，总是尽力把角调整到0度，使电动机产生的平均转矩最大。

当=0度时，可以求得输出转矩的平均值：

　　电动机在电动转矩的作用下转动后，旋转的转子磁场就要切割定子绕组，在各相绕组上感生出电动势，当其转速n不变时，该电动势波形也是正弦波，相位同转矩相位一致。

在本电路中，每相绕组在一个周期中只通电，因此仅在这期间对外加电压起作用。

所以对外加电压而言，感生电动势波形如图7所示。

图7三相直流无刷电动机半控电路的反电动势

　　同理可按下式求得感生电动势的平均值：

　　从上面的平均转矩和平均反电动势，便可求得直流无刷电动机稳定运行时的电压平衡方程式，为此首先定义反电动势系数和转矩系数：

　　对于某个具体的电动机，它们为常数。

当然，其大小同主回路的接法以与功率晶体管

四.水泵功能简易检测

客户收到我公司样品或批单，有条件可用流量压力计进行流量和程检测；

没有条件的可做简易检测

（一）外观目测：

检测水泵外观有无破损，流胶，脱线，露筋；

脏污；

（二）水泵参数检测：

根据我司提供的检测报告测试水泵的程和流量和户的要求求；

器准备：

a.可调稳压直流电源一台

b.水槽（箱）一个

c.量杯一个

d.塑胶透明软管一根，（透明软管的长短视水泵进出管径而定，如果以测程为主：

只要塑胶透明软管一根）

e.钮子开关一只

f.带夹子电源线红黑线各一个

g.计时表一个，测出每分钟的流量：

测量程时用标尺测水位实际高度

（三）;

测试器具的校准

1.将可调稳压直流电源接通交流电：

a、将电流旋钮调在电流的最大档位

b、将输出电压调在被测水泵的实际电压值上

2.在水槽（箱）放进水泵（潜水泵），将干净的自来水，慢慢的加入水槽，一直到超过水泵进水口的高度20CM以上

3.将塑胶软管插在水泵出水口，拉直塑胶软管，使塑胶软管与水平面垂直并固定好

4.将钮子开关串接在红色电线上并将带有夹子的红、黑电源线分别按在稳压电源的正负极（电源线的正负极千万不可接反）

5.使钮子开关打在断电状态，然后分别将有夹子的红、黑电源线接在水泵电源线的红（正），黑（负）电线上

6.检查以上各项安装工作，确定无误

（四）.测试

1.程测试；

a.钦动钮子开关，水泵即开始工作

b.观察稳压电源上的电流表和电压表读数；

电流，电压在设定值士5%之

c.观察水泵的上水高度，等水刚溢出测出高度

2.流量测试；

a.在将水泵正常工作后计时测试1分钟的流量，流量在设定值士5%升/小时？

b、水泵进水口无阻障物

c、软管不可有空气和汽泡，如有空气或汽泡，先关断水泵电源后，等待塑胶透明软管水位为零后，再一次上电测试观察。

d、软管与水泵出水口按触是否良好、无漏水现象

3.漏水试验:

a.将水泵的进出水口插塑胶透明软管长约10CM;

b.在水泵正常工作抽出水来后，将进水管保持在水中，用手紧紧地堵住出水口，并擦净水泵外面的水，看水泵是否有水滴出或水渗出来。

五.常见不良情况的处理

1.水泵上电不转无任何响声：

检查电源线路与接线。

2.水泵上电不转有嗡嗡响声：

检查电源