图文讲解无刷直流电机的工作原理.pdf

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图文讲解无刷直流电机的工作原理

导读:无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。电动

机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。它的应用非常广泛,

在很多机电一体化设备上都有它的身影。

什么是无刷电机?

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。由于无刷

直流电动机是以自控式运行的,所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另

加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体,

现在多采用高磁能级的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁无刷电动机的体积比

同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。

无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的,即用电子开关器件代替传

统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点,广泛应用于

高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。

无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子

位置的变化,沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流(即检测转子磁极相对定子绕组的位

置,并在确定的位置处产生位置传感信号,经信号转换电路处理后去控制功率开关电路,按

一定的逻辑关系进行绕组电流切换)。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开

关电路提供。

位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。

采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机,其磁敏传感器件(例如霍尔元件、磁敏二

极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等)装在定子组件上,用来检测永磁体、转

子旋转时产生的磁场变化。

采用光电式位置传感器的无刷直流电动机,在定子组件上按一定位置配置了光电传感

器件,转子上装有遮光板,光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时,由于遮光板的作用,

定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。

采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机,是在定子组件上安装有电磁传感器部件(例

如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等),当永磁体转子位置发生变化时,电磁效应将

使电磁传感器产生高频调制信号(其幅值随转子位置而变化)。

看看这个工程师怎么说?

首先给大家复习几个基础定则:左手定则、右手定则、右手螺旋定则。别懵逼,我下

面会给大家解释。

左手定则,这个是电机转动受力分析的基础,简单说就是磁场中的载流导体,会受到

力的作用。

让磁感线穿过手掌正面,手指方向为电流方向,大拇指方向为产生磁力的方向,我相

信喜欢玩模型的人都还有一定物理基础的哈哈。

右手定则,这是产生感生电动势的基础,跟左手定则的相反,磁场中的导体因受到力

的牵引切割磁感线产生电动势。

让磁感线穿过掌心,大拇指方向为运动方向,手指方向为产生的电动势方向。为什么

要讲感生电动势呢?不知道大家有没有类似的经历,把电机的三相线合在一起,用手去转动

电机会发现阻力非常大,这就是因为在转动电机过程中产生了感生电动势,从而产生电流,

磁场中电流流过导体又会产生和转动方向相反的力,大家就会感觉转动有很大的阻力。不信

可以试试。

三相线分开,电机可以轻松转动

三相线合并,电机转动阻力非常大

右手螺旋定则,用右手握住通电螺线管,使四指弯曲与电流方

向一致,那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N极。

这个定则是通电线圈判断极性的基础,红色箭头方向即为电流方向。

看完了三大定则,我们接下来先看看电机转动的基本原理。

第一部分:直流电机模型

我们找到一个中学物理学过的直流电机的模型,通过磁回路分析法来进行一个简单的

分析。

状态1

当两头的线圈通上电流时,根据右手螺旋定则,会产生方向指向右的外加磁感应强度B

(如粗箭头方向所示),而中间的转子会尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持

一致,以形成一个最短闭合磁力线回路,这样内转子就会按顺时针方向旋转了。

当转子磁场方向与外部磁场方向垂直时,转子所受的转动力矩最大。注意这里说的是

“力矩”最大,而不是“力”最大。诚然,在转子磁场与外部磁场方向一致时,转子所受磁

力最大,但此时转子呈水平状态,力臂为0,当然也就不会转动了。补充一句,力矩是力与

力臂的乘积。其中一个为零,乘积就为零了。

当转子转到水平位置时,虽然不再受到转动力

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