無刷直流電機原理結(jié)構(gòu)及應用
無刷直流電機原理　　
無刷直流電動機繞組內(nèi)通的是方波電流，故又稱為方波驅(qū)動無刷直流電動機，以區(qū)別正弦波驅(qū)動無刷電動機（也稱永磁交流伺服電動機）。它是用電子開關(guān)換向電路取代了傳統(tǒng)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(zhuǎn)子位置，通過邏輯電路，使功率開關(guān)管通、斷相應繞組的電流而實現(xiàn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子位置的無位置傳感器無刷直流電動機。它的優(yōu)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(xiàn)在常見的應用技術(shù)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(jié)構(gòu)　　
結(jié)構(gòu)上，無刷直流電機為了實現(xiàn)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(yōu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子上，運行時磁極相對于定子旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(guān)邏輯電路、功率驅(qū)動器件等組成。目前，無刷直流電動機主要采用 PWM（脈寬調(diào)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(fā)生器和脈沖占空比調(diào)節(jié)電路。用這種方式調(diào)壓、調(diào)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(yōu)點是運行可靠、維護簡單、壽命長、無換向火花、不產(chǎn)生無線電干擾等。其中，無刷直流力矩電動機還具有低轉(zhuǎn)速、大轉(zhuǎn)矩、可在堵轉(zhuǎn)條件下工作、轉(zhuǎn)矩波動小的優(yōu)點，常在自動控制系統(tǒng)中作伺服驅(qū)動用，所以又叫無刷直流伺服電動機。隨著電機電子技術(shù)的發(fā)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(diào)節(jié)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(xiàn)電動機的轉(zhuǎn)速和堵轉(zhuǎn)電流大小的調(diào)節(jié)。脈沖占空比小，電動機端電壓平均值低，電動機轉(zhuǎn)速低，堵轉(zhuǎn)電流小；脈沖占空比大，電動機端電壓平均值高，電動機轉(zhuǎn)速高，堵轉(zhuǎn)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(nèi)、外電流完全一樣，繞組堵轉(zhuǎn)電流的大小通過外部電流表便可準確監(jiān)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(nèi)的電流靠并聯(lián)在兩端的續(xù)流二極管續(xù)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(nèi)、外電流不一樣：電源端（逆變器前），為脈沖高壓小電流；繞組內(nèi)，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(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩發(fā)生關(guān)系，只有間接關(guān)系。內(nèi)部直流低壓大電流直接和電動機堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩關(guān)聯(lián)，但又不便于測得。相關(guān)標準中規(guī)定的連續(xù)堵轉(zhuǎn)電流、峰值堵轉(zhuǎn)電流，均是指繞組內(nèi)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(nèi)純直流。如果將外部電流加至規(guī)定的堵轉(zhuǎn)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。