【2017年整理】机电传动无刷直流电机.ppt

新型特种电机及其发展趋势;无刷直流电机;一． 概 述;一． 概 述; 随着科学技术的进步,新技术新材料的不断涌现,使得直流无刷电动机的研究和开发成为可能,无刷直流电动机具有以下特点: (1) 因为无刷直流电动机的转子采用高磁能积的稀土磁钢作为转子磁钢,其转动惯量比鼠笼转子要小,所以对于给定的转矩能够响应得更快,控制特性更好。 (2) 无刷直流电动机的效率比感应电动机高。因为在感应电机运行时,转子上产生的铜损和铁损,在无刷直流电动机中则没有。; (3) 在相同容量下,无刷直流电动机的体积相对要比感应电机小,重量轻。 (4) 无刷直流电机的噪音小。 (5) 无刷直流电机调速方便,灵活,范围广。; 无刷直流电动机是基于永磁同步电机的结构和原理，结合机电一体化，利用电子换向器取代了机械电刷和换向器，因此使这种电动机不仅保留了直流电动机的优点，而且具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等特点。无刷电动机具有高速度、高效率、高动态响应、高热容量和高可靠性等优点的同时，还具有低噪声和长寿命等特点。使它一经出现就以极快的速度发展和普及。 无刷直流电机分为有位置传感器无刷直流电机和无位置传感器无刷直流电机两种。 ; 传统的无刷直流电动机大多以霍尔元件或其它位置检测元件作为位置传感器，以光电码盘作为速度检测元件。但位置传感器的存在带来许多缺点: (1) 电机和控制线路间联接元件增多，抗干扰性变差。 (2) 一些环境因素(如温度、湿度、振动)使传感器的精度受到限制。 ; (3) 相对于无位置传感器系统，系统的成本增加(包括传感器和电子线路)。 (4) 传感器给输入轴带来一定程度的静态和动态磨擦，增大了电机轴的转动惯量。 (5) 不能适应特殊场合应用的要求。 (6) 妨碍了电机小型化的发展等。 ; 鉴于电动机的造价、体积、结构以及特定环境要求，人们在上世纪80年代末90年代初开始进行无传感器的研究工作。这些方法是取消传统的机械式位置传感器，而代之以电子检测线路等其它方法来判断转子位置。高性能的单片机和专门用途的DSP微处理器的发展推动了这一研究，使直流无刷电机的位置检测、换相更加准确和稳定。 无刷直流电机虽然有很多优点，但是其主定子中产生的是一种跳跃式的旋转磁场，因此转矩不可避免的存在脉动。实际上这是由于电枢绕组和相应的开关元件数目总是有限的，电流换向使得电枢磁场呈现步进性。 ;二．结构和工作原理;二． 结构和工作原理; 图1 无刷直流电机基本结构图 无位置传感器无刷直流电机就是没有后面的传感器部分。 ;2. 工作原理 直流无刷电动机，在原理上就是将传统直流电动机的电刷和整流子用磁极传感器和半导体开关来代替。借助反映转子位置的位置信号传感器或者无传感器的反馈电路，通过驱动电路，驱动逆变电路的功率开关元件，使电枢绕组以一定顺序通电，从而在气隙中产生步进式旋转磁场，拖动永磁转子转动。随着转子的转动，转子信号位置也按一定规律变化，从而改变绕组的通电状态，实现直流无刷电机的能量转换。图2是它的基本构成框图。 ;图2 无刷直流电动机的原理框图; 普通直流电动机的电枢在转子上，而定子产生固定不动的磁场。为了使直流电动机旋转，需要通过换向器和电刷不断地改变电枢绕组中的电流方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂直，从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转。 无刷直流电机为了去掉电刷，将电枢放到定子上去，而转子做成永磁体，这样的结构正好与普通直流电动机相反。然而即使这样改变还不够，因为定子上的电枢通入直流电以后，只能产生不变的磁场，电动机依然转不起来。 为了使电动机的转子转起来，必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电，这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化，使定子磁场与转子磁场始终保持90°左右的空间角，产生转矩推动转子旋转。 ; 图3 三相星形连接全桥驱动电路 图3是三相无刷直流电动机星形连接全桥驱动方式的电路图。在这种方式下，对驱动电路开关管的控制原理可用图4和图5加以说明（图中假设转子只有一对磁极，定子绕组A、B、C三相对称,按每极每相60°相带分布）。 ; 假设当转子处于图4(1)位置时为0°，相带 A’、B、C’ 在N 极下，相带A、B’、C在S 极下,这时A 相正向通电,B相反向通电，C 相不通电,各相通电波形见图5，产生的定子磁场与转子磁场相互作用，使转子逆时针恒速转动。 当转过60°角后，转子位置如图4(2)所示。这时如果转子继续转下去就进入图4(3) 所示的位置，这样就会使同一磁极下的电枢绕组中有部分导体的