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直流无刷电动机的组成及原理

信息发布来源:直线步进电机供应商振合机电
一、基本组成直流无刷电动机主要由电动机本体、电子开关线路和转子位置传感器三部分组成.如图6-1所示,其中直流电源通过电子开关线路向电动机的定子绕组供电,位置传感器检测电动机的转子位置,并提供信号控制电子开关线路中相应的功率开关器件,使之按照一定的规律导通和关断,从而控制电动机的转动。 1.电动机本体 无刷直流电动机的本体是一台永磁电机,其结构与永磁同步电动机相似。转子是由永磁材料制成的具有一定极数的永磁体,主要有表面式和内嵌式两种,如图6-2所示。表面式相当于图5-2(a)所示的径向磁路结构,内嵌式相当于图5 2(b)所示的切向磁路结构,只是这里不再需要装设用于起动的笼型绕组;定子是电动机的电枢,定子铁心中安放着对称的多相绕组,各相绕组分别与电子开关线路中的相应开关器件相连接。匿6-3所示为五相无刷直流电动机的定、转子结构。2.电子开关线路 电子开关线路实际上是一个电压型的逆变器.其作用就是根据转子位置信号适时地给相应的定子绕组通电。电子开关线路有半桥式[见图6—4(a)、(b)]和桥式[见图6—4(c)、(d)、(e)两种若按定子绕组相数来分,又可分为三相、四相、五相等。其中,应用最多的还是三相星形桥式逆变电路[见图6-4(c)]。 3.转子位置传感器 位置传感器也是无刷直流电动机的重要组成部分,其作用是检测转子磁场相对于定子各相绕组的位置·以确定各相绕组导通和关断的顺序。它有多种结构形式,常见的有电磁式、光电式和霍尔元件式,其基本原理可参阅有关检测技术的书籍。二、T作原理与普通结构的永磁直流电动机不同,在无刷直流电动机中,电枢绕组放置在定子上.永磁体则放置在转子上。定子各相电枢绕组相对于转子永磁体的位置,由转子位置传感器通过电子方式或电磁方式感知,并利用其输出信号,通过电子开关线路,按照一定的逻辑程序去驱动与电枢绕组相连接的电力电子开关器件,把电流导通到相应的电枢绕组。随着转子的连续旋转,位置传感器不断地发送转子位置信号,使电枢绕组不断地依次通电,不断地改变通电状态-从而使得转子各磁极下电枢导体中流过电流的方向始终不变。这就是无刷直流电动机电子换向的实质。下面就以三相导通三相星形六状态的无刷直流电动机(见图6-5)为例,进一步说明无刷直流电动机的工作原理。所谓三相导通-就是每一时刻总有三个开关器件导通.但必须保证同一桥臂上、下两管不能同时导通,这就意味着正常情况下三相定子绕组总有电流流过。设“+”表示对应相的上桥臂开关器件导通,“一”表示对应相的下桥臂开关器件导通,三相绕组的通电顺序依次子永磁体磁动势,θ为转子永磁体旋转角度(磁极位置角)。当永磁体位于起始位置时,A、c两相绕组通入电流,而B相绕组流出电流,此时电流流通的路径为电源正极一V1管和V5管一A相和c相绕组一B相绕组一V6管一电源负极FS和FN相互作用,使转子逆时针旋转。当转子逆时针旋转π/3到达该状态终止位置时。与c相绕组相连的V5管关断.而V2管导通,开始进入“A—B—c”通电状态,如图6-6(b)所示.此时电流流通的路径为电源正极→V1管→A相绕组→B相和c相绕组→V6管和V2管→电源负极FS和FN相互作用,使转子继续逆时针旋转。依此下去,将有六种状态循环往复,图6—6所示为无刷直流电动机的工作原理。从表6 1可以看出,在一个周期内电动机共有六个通电状态。每个状态都是三相同时导通,每次换向都只有一个开关器件的状态发生改变,而每个开关器件持续导通的角度均为180°电角度。 综合以上分析可以看出,无刷直流电动机通过检测转子磁极的若干位置,来决定定子侧逆变电路开关器件的通断时刻.从而保证定子合成磁动势在平均意义上与转子永磁体磁动势同步,这也是无刷直流电动机有“同步电动机”之称的一个重要原因。显然,无刷直流电动机定子合成磁动势所产生的是一种跳跃式的旋转磁场,因此相应的电磁转矩必然存在一定的脉动。

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