无刷直流电机的工作原理

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1.无刷直流电机原理

无刷直流电机使用类似于电机的永磁体,但结构是“从后到前”。 磁铁固定在转子上,而定子则缠绕在指定数量的磁极上。 通过使用电子换向器,电流在定子磁极周围反向。 如图1所示,这将在定子中建立一个旋转磁场,转子磁铁将跟随该旋转磁场,从而使转子旋转。它实际上是一台同步电机,转子速度由定子线圈之间的换向频率控制。

图1:无刷直流电机类型

无刷直流电机的工作原理

电气开关控制定子线圈之间的换向。 控制这种换向需要反馈相对于定子线圈的转子位置。 这可能是由轴编码器或霍尔效应传感器引起的,但对于较小的电机,通常是通过测量未驱动的定子线圈中的反感应来推断的。 现在可以实现软启动,方向和转矩控制。

定子线圈的数量将是3的倍数,并且将串联或并联互连以形成三组A,B和C。

 

优点:

与有刷直流电机相比,无刷电机有以下几个优点:

  • 更高的扭矩重量比
  • 更多扭矩/瓦(提高效率)
  • 更高的可靠性,更低的噪声,更长的使用寿命(无电刷和换向器腐蚀),以及消除了换向器产生的电离火花。
  • 在转子上没有绕组的情况下,它们不会受到离心力的影响,因此可以实现非常高速的设计。
  • 由于绕组由壳体组成,因此可以通过传导进行冷却,而无需在电机内部进行气流冷却,这又意味着可以将电机的内部完全封闭,并防止灰尘或其他异物进入。

变化:图1(a)显示了一种类型的无刷直流电机,称为内转子设计或流道设计,其中转子在内部,定子在外部。 图1(b)中显示了一种变化形式,称为外转子设计或外转子设计。 在此,转子在外部,定子在内部。

 

2. 无刷电机的驱动

无刷直流电机没有电子控制器是不能运行的。它可以通过定子线圈对电流进行换向,并可用于提供速度控制。图2是这种控制器的简化电路图。

图2:使用霍尔效应传感器的无刷直流电机控制器

无刷直流电机原理

图2显示了实质上是一个三相逆变桥,它使用IGBT作为半导体开关器件。 出于成本和性能方面的原因,较小的低压电机控制器更可能使用MOSFET。

3.无刷直流电机无传感器控制

电机绕组之间的输出电流换向由霍尔传感器反馈中的转换控制。 可以看出,这大约对应于反电动势波形之一中的零交叉点。 因此,有可能通过监视这些反电动势来检测换向点。 这使得在某些电机和应用中可以消除霍尔传感器和辅助磁体。 这简化并降低了电机的成本。 图3显示了无传感器BLDCM控制方案的框图。

图3:无传感器无刷直流电机控制器

无刷直流电机原理

过零点通常不同于理想的换向点,因此控制器需要对此进行补偿。 在低速下,反电动势 幅值非常低,因此无法测量,因此电机需要开环运行。 因此,无传感器控制不适用于具有高动态性能或低速和高转矩的应用。

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