无刷直流电机简介:无刷电机指的是没有电刷与换向器(或集电环)的电机,也被称作无换向器电机。在上世纪电机诞生之时,所产生的具有实用性的电机就是无刷形式,也就是交流鼠笼式异步电动机。然而,异步电动机存在许多无法克服的缺陷。本世纪中叶诞生了晶体管。于是,采用晶体管换向电路来代替电刷与换向器的直流无刷电机便随之诞生了。这种新型的无刷电机被称为电子换向式直流电机,它成功克服了第一代无刷电机的缺陷。前言:传感器的无刷直流电机与无传感器的无刷直流电机基本工作原理一致,主要差别在于,有传感器的无刷直流电机是利用如霍尔元件位置传感器来检测转子位置信号,而无位置传感器的无刷直流电机则没有此传感器来检测转子位置信号。
流电机取消了作为位置传感器的那种霍尔元件,而是通过利用一些控制算法来计算出转子位置信号。需要注意的是,霍尔元件是应用霍尔效应的半导体,通常在电机中用于测定转子转速,像录像机的磁鼓、电脑中的散热风扇等,它是一种基于霍尔效应的磁传感器。无刷直流电机的基本组成如下:无刷直流电机主要由电机本体、位置传感器以及电子换向线路构成。电动机本体在结构方面与永磁同步电动机较为相似,不过它没有笼型绕组以及其他的起动装置。定子绕组一般制成多相,比如三相、四相、五相等不同相数。转子由按一定极对数(如 2p = 2、4 等)排列的永久磁钢组成。无刷直流电机的工作原理是无刷的。
直流电机的工作原理是:在无刷直流电动机中,电枢绕组被设置在定子上,而永磁体磁极被设置在转子上。定子各相电枢绕组相对转子永磁体磁场的位置,是由转子位置传感器通过电子方式或者电磁方式来感知的;接着利用其输出信号,通过电子转换电路,按照一定的逻辑程序去驱动与电枢绕组相连接的相应的功率开关晶体管,从而把电流开关换向到相应的电枢绕组。转子转动起来,转子位置传感器持续发送信号,这使得电枢绕组不断依次通电,不断改变通电状态,进而让某一磁极下的线圈导体中流过的电流方向始终保持不变,这就是无刷直流永磁电机无接触式电子换向过程的实质。我们设想:在有刷直流电机中,若将原本位于电动机内部的旋转电枢翻转出来变为定子,
把所有电枢绕组的引线头从机械换向器上抽出来,每个引线头都配备一个功率晶体管开关;将原本处于外部的静止永磁体移至电动机内腔变成转子,这样就能实现有刷与无刷直流电机的转换,但此过程必须包含大量功率晶体管开关元件以及与之相适应的转子位置传感器,这种方法实现起来较为困难。定子电枢采用一般交流电动机中的三项绕组。转子位置传感器能检测出转子永磁体磁场与定子电枢绕组三项轴线之间的相对空间位置。通过逻辑信号处理与控制,可实现定子电枢三相绕组的电子换向。2. 与之相配的电子换向(相)电路可以就。
5、是桥式线路,也可以就是非桥式电路。图(a)和图(b)是星形绕组与桥式线路的组合;图(c)和图(d)是星形绕组与非桥式线路的组合。大家或许有点累了,不妨稍作休息。大家若有疑问,能够进行询问和交流,能够进行询问和交流,能够进行询问和交流,能够进行询问和交流。封闭式连接绕组,特殊连接的绕组,电子换向,相相换向,又可称为“换流”。无刷直流永磁电机中,转子位置传感器会给出信号。这些信号经过处理后,按照一定的逻辑程序,会驱使一些与电枢绕组相连接的功率开关晶体管在某一时刻导通或截止。这样一来,就会迫使原本没有电流的电枢绕组内开始有电流流通,同时也会使原本有电流的电枢绕组内开始关断电流或者改变电流。
获得流通方向,这样就能迫使定子磁状态发生变化。我们将这种借助电子电路来达成电枢绕组内电流变化的物理过程称作电子换向(相)或者“换流”。每进行一次“换流”,定子磁状态就会改变一次。持续不断地“换流”,就会在工作气息中产生一个呈跳跃式的旋转磁场。无接触式旋转变压器与霍尔磁敏传感器是目前被广泛采用的两种转子位置传感器。霍尔磁敏传感器具有质量轻、尺寸小的特点,制造成本低且便于大规模生产。然而,它也存在一些缺点,对环境条件要求严,温度适应范围窄,可靠性差。正因如此,霍尔磁敏传感器被广泛地用于计算。
机得软硬件盘驱动器、激光打印机、试听设备以及家用电器等民用电动机中,霍尔磁敏传感器和霍尔器件以锁存型为例,霍尔元件按功能可分为线性型、开关型与锁存型这三大类。锁存器霍尔元件是一个仅有“0”与“1”两种状态的双值器件。一个双值器件存在两种状态,两个双值器件则有四种状态,当有 n 个双值器件时,会有相应的状态。基于上述原则,对于最为常见的“而相导通星形三相六状态”的电机来说,通常会采用三个霍尔器件。这三个霍尔器件在圆周上的配置有两种方案,一种是相隔 60 度电角,另一种是相互间隔 120 度角。二相导通星形三相六状态无刷直流永磁电动机的工作情况,其逆变器是由六个 BG1 至 BG 组成的。
由 6 个功率开关元件组成的桥式电路,霍尔转子的位置传感器输出的 A、B 和 C 这三个信号被馈送至微控制器,这些信号成为微控制器的输入信号。无刷直流电机具有一些特点,它与有刷直流电机存在区别。有刷电机采用机械换向,其寿命较短,噪声较大,还会产生电火花,效率较低。并且,由于长期使用碳刷,碳刷磨损严重,所以较易损坏。同时会产生大量碳粉尘,这些粉尘落入轴承中,会导致轴承油加速干涸,进而使电机噪声进一步增大。有刷电机连续使用一段时间后就需要更换电机内的碳刷。无刷电机通过电子换向来取代机械换向,不存在机械摩擦,没有磨损,也没有电火花。
花具有免维护以及能做到更加密封等特点,所以在技术方面要比有刷电机更优。无刷直流电动机拥有永磁体,现今大多采用磁能积较高的稀土钕铁硼材料。基于此,稀土永磁无刷电动机的体积相较于同容量的三相异步电动机缩小了一个机座号。无刷直流电机具有高效率,其高效区域较大,功率与转矩密度较高,功率因数(COS)接近 1,系统效率能达到 90%。永磁无刷直流电机在任何情况下转子都是同步运行的。交流变频电机是进行变频调速,而无刷直流电机是调速变频。电机在同步转速下运行时,转子既没有铜耗也没有铁耗。无刷直流电机的启动电流小。它也不会在负载突变时产生振荡与失步。多年来业界对异步电动机变频调速进行了研究,最终目的是寻找控制异步电动机转矩的方法。稀土永磁无刷直流电动机具有宽调速、小体积、高效率以及稳态转速误差小等特点,它必将在调速领域展现出优势,能够满足产业界对节点和高性能驱动的需求。
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