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無刷直流電機原理結構及應用

作者：佚名文章來源：本站原創點擊數：更新時間：2018/10/23

無刷直流電機原理結構及應用
無刷直流電機原理　　
無刷直流電動機繞組內通的是方波電流，故又稱為方波驅動無刷直流電動機，以區別正弦波驅動無刷電動機（也稱永磁交流伺服電動機）。它是用電子開關換向電路取代了傳統電刷和換向器的直流電動機。電子電路換向的原理是：位置傳感器感知轉子位置，通過邏輯電路，使功率開關管通、斷相應繞組的電流而實現換向，最終電樞磁場與勵磁磁場接近正交 90°電角度，從而獲得最大轉矩。位置傳感器有很多種，常用的有霍爾型位置傳感器、光電式位置傳感器和磁感應式位置傳感器等。
　　還有一種利用不通電相繞組反電動勢檢測轉子位置的無位置傳感器無刷直流電動機。它的優點是簡單、方便、可靠，缺點是靜止時無位置信號，需要增加起動電路（現在常見的應用技術是在微控制器MCU芯片上用軟件來完成起動）。
無刷直流電機結構　　
結構上，無刷直流電機為了實現電子換向，常將電樞繞組布置在定子上，一般為三相星形繞組（也有多相繞組），并多采用霍爾型位置傳感器。霍爾型位置傳感器的優點是體積小、易安裝，同電樞繞組一起安裝在定子上即可。而光電式位置傳感器、磁感應式位置傳感器都必須由固定部分和轉動部分組成，安裝較繁瑣，通常只在大功率無刷直流電動機中采用。由永磁體粘接成的多對磁極，則布置在轉子上，運行時磁極相對于定子旋轉，對定子上的電樞繞組實施換向。
　　控制定子繞組換向的電子裝置稱為控制器，也稱逆變器，因它能將供電動機的直流電轉換為方波脈沖電，即將無刷直流電動機等效成交流同步電動機。其電路主要由位置傳感器、開關邏輯電路、功率驅動器件等組成。目前，無刷直流電動機主要采用 PWM（脈寬調制）控制方式，即通電脈沖頻率固定、重復周期不變，僅改變方波脈沖的占空比。因此，控制器中還有脈沖發生器和脈沖占空比調節電路。用這種方式調壓、調速不僅方便，而且效率也很高。
無刷直流電機應用　　
無刷直流電動機的優點是運行可靠、維護簡單、壽命長、無換向火花、不產生無線電干擾等。其中，無刷直流力矩電動機還具有低轉速、大轉矩、可在堵轉條件下工作、轉矩波動小的優點，常在自動控制系統中作伺服驅動用，所以又叫無刷直流伺服電動機。隨著電機電子技術的發展，無刷直流伺服電動機有逐漸取代有刷直流伺服電動機的趨勢。
　　基于PWM的無刷直流電動機通過調節脈沖占空比的方法來改變電動機端脈沖電壓的平均值，可方便地實現電動機的轉速和堵轉電流大小的調節。脈沖占空比小，電動機端電壓平均值低，電動機轉速低，堵轉電流小；脈沖占空比大，電動機端電壓平均值高，電動機轉速高，堵轉電流大。值得注意的是，這種控制方式與純直流線性電源控制方式不一樣。
　　采用純直流線性電源控制方式的電動機繞組內、外電流完全一樣，繞組堵轉電流的大小通過外部電流表便可準確監測。采用PWM控制方式的電動機，受繞組電感的影響，在每一個脈沖到來時，電流還未上升至最大值（由于繞組的直流電阻較小，此時已有足夠大的電流），脈沖便終止了，繞組內的電流靠并聯在兩端的續流二極管續流，直到下一個脈沖到來。這就造成了基于PWM的無刷直流電動機繞組內、外電流不一樣：電源端（逆變器前），為脈沖高壓小電流；繞組內，為直流低壓大電流。外部脈沖高壓小電流可用磁電系電流表近似測得，但這個電流不直接與電動機堵轉轉矩發生關系，只有間接關系。內部直流低壓大電流直接和電動機堵轉轉矩關聯，但又不便于測得。相關標準中規定的連續堵轉電流、峰值堵轉電流，均是指繞組內電流。
　　實踐中，操作者一般容易將外部脈沖電流誤認為繞組內純直流。如果將外部電流加至規定的堵轉電流，就會使流過繞組的實際電流大大超過允許值，由此造成電機損壞。

Tags：無刷直流電機,直流電機,工作原理

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