天天看點

無刷電機VS有刷電機-原理分析

部落客福利:100G+電子設計學習資源包!

​​http://mp.weixin.qq.com/mp/homepage?__biz=MzU3OTczMzk5Mg==&hid=7&sn=ad5d5d0f15df84f4a92ebf72f88d4ee8&scene=18#wechat_redirect​​ --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

有刷直流電機

直流電機以良好的啟動性能、調速性能等優點著稱,其中屬于直流電機一類的有刷直流電機采用機械換向器,使得驅動方法簡單,其模型示意圖如圖1所示。

無刷電機VS有刷電機-原理分析

圖1 直流電機模型示意圖

電機主要由永磁材料制造的定子、繞有線圈繞組的轉子(電樞)、換向器和電刷等構成。隻要在電刷的A和B兩端通入一定的直流電流, 電機的換向器就會自動改變電機轉子的磁場方向,這樣,直流電機的轉子就會持續運轉下去。

有刷直流電機缺點:

由些可見,換向器和電刷在直流電機中扮演着重要的角色,雖然它可以簡化電機控制器的結構,但是,它自身卻存在一定的缺點:

1.結構相對複雜,增加了制造成本;

2.容易被環境(如灰塵等)影響,降低了工作的可靠性;

3.換向時會産生火花,限制了使用範圍;

4.容易損壞,增加了維護成本等。

  無刷直流電機

無刷直流電機(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)的誕生,克服了有刷直流電機的先天性缺陷,以電子換向器取代了機械換向器,是以無刷直流電機既具有直流電機良好的調速性能等特點,又具有交流電機結構簡單、無換向火花、運作可靠和易于維護等優點。

無刷電機VS有刷電機-原理分析

圖2 無刷直流電機模型

圖2所示無刷直流電機模型,它是從圖1轉化過來的模型。它主要由用永磁材料制造的轉子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器(可有可無)組成。可見,它和直流電機有着很多共同點,定子和轉子的結構差不多(原來的定子變為轉子,轉子變為定子),繞組的連線也基本相同。

但是,結構上它們有一個明顯的差別:無刷直流電機沒有直流電機中的換向器和電刷,取而代之的是位置傳感器。這樣,電機結構就相對簡單,降低了電機的制造和維護成本,但無刷直流電機不能自動換向(相),犧牲的代價是電機控制器成本的提高(如同樣是三相直流電機,有刷直流電機的驅動橋需要 4 隻功率管,而無刷直流電機的驅動橋則需要 6 隻功率管)。

圖2所示為其中一種小功率三相、星形連接配接、單副磁對極的無刷直流電機,它的定子在内,轉子在外,結構和圖1所示的直流電機很相似。另一種無刷直流電機的結構和這種剛剛相反,它的定子在外,轉子在内,即定子是線圈繞組組成的機座,而轉子用永磁材料制造。

無刷直流電機有以下的特點:

1.無刷直流電機的外特性好,能夠在低速下輸出大轉矩,使得它可以提供大的起動轉矩;

2.無刷直流電機的速度範圍寬,任何速度下都可以全功率運作;

3.無刷直流電機的效率高、過載能力強,使得它在拖動系統中有出色的表現;

4.無刷直流電機的再生制動效果好,由于它的轉子是永磁材料,制動時電機可以進入發電機狀态;

5.無刷直流電機的體積小,功率密度高;

6.無刷直流電機無機械換向器,采用全封閉式結構,可以防止塵土進入電機内部,可靠性高;

7.無刷直流電機比異步電機的驅動控制簡單。

無刷直流電機的工作原理:

無刷直流電機的定子是線圈繞組電樞,轉子是永磁體。如果隻給電機通以固定的直流電流,則電機隻能産生不變的磁場,電機不能轉動起來,隻有實時檢測電機轉子的位置,再根據轉子的位置給電機的不同相通以對應的電流,使定子産生方向均勻變化的旋轉磁場,電機才可以跟着磁場轉動起來。

無刷電機VS有刷電機-原理分析

圖3 無刷直流電機轉動原理

如圖3所示為無刷直流電機的轉動原理示意圖,為了友善描述,電機定子的線圈中心抽頭接電機電源POWER,各相的端點接功率管,位置傳感器導通時使功率管的G極接12V,功率管導通,對應的相線圈被通電。

由于三個位置傳感器随着轉子的轉動,會依次導通,使得對應的相線圈也依次通電,進而定子産生的磁場方向也不斷地變化,電機轉子也跟着轉動起來,這就是無刷直流電機的基本轉動原理 —— 檢測轉子的位置,依次給各相通電,使定子産生的磁場的方向連續均勻地變化。

無刷電機VS有刷電機-原理分析

圖4 無刷直流電機結構示意圖

如圖4所示,其中A為電機轉子和定子在同一圓心上,B為不同一圓心上,是為了友善說明電機内部磁場。

無刷直流電機的驅動方法:

無刷直機電機的驅動方式按不同類别可分多種驅動方式,它們各有特點。

1. 方波驅動

無刷電機VS有刷電機-原理分析

這種驅動方式實作友善,易于實作電機無位置傳感器控制。

2. 正弦驅動

繼續閱讀