机电传动第九章无刷直流电动机分析.ppt

第九章 无刷直流电动机 直流电动机的优点: 机械特性和调节特性的线性度好，堵转转矩大，控制方法简单。 缺点:是有换向器和电刷。 交流伺服电动机的优点:是没有换向器和电刷，维护方便，无火花，无电磁干扰，能在恶劣的环境下可靠工作。 缺点:是机械特性和调节特性具有非线性，转矩小，效率低。 因此，人们很早就开始探索直流电动机的无刷化，以使它同时具有直、交流电动机的优点。随着电力电子技术的发展，无刷直流电动机已经得以实现。 9一1无刷直流电动机的结构 无刷直流电动机通常是由电动机本体、位置传感器和电子开关电路三部分组成。它的原理方框图和简要的结构图如图9一1和图9一2所示。 2 9一1无刷直流电动机的结构 普通永磁直流电动机的电枢在转子上，永磁磁极在定子上。而无刷直流电动机与此相反，它的电枢在定子上，永磁磁极在转子上，与同步电动机相似。 无刷直流电动机中的位置传感器的作用是检测转子磁场相对于定子绕组的位置，并在确定的相对位置上发出信号控制功率放大元件，使定子绕组中的电流进行切换。从原理上说，与转子安装在同一个轴上的任何一种角位移传感器都可以作无刷电机的位置传感器用。如光电位置传感器、电磁式位置传感器和磁敏式传感器。下面以电磁式位置传感器为例，对其原理予以简单的介绍． 第九章 9-1无刷直流电动机的结构 电磁式位置传感器的原理如图9一3所示。它由定子1和转子2两部分组成。定子铁心及转子上的扇形部分（即图中a部分）均由高频导磁材料做成。在定子铁心上也分成与电动机定子绕组相对应的相数，每相都嵌有输人线圈和输出线圈，并在输人线圈中外施高频电源励磁。转子与电机同轴联接。 9一1无刷直流电动机的结构 当转子的扇形部分转到使定子于某相的输入和输出线圈相藕合的位置时，该相输出线圈就有电压信号输出（在图9一3所示的位置，则Na线圈有电压信号输出），而其余未藕合的线圈则无电压信号输出。利用输出电压信号就可以去导通与电动机定子绕组相应的晶体管，进行 电流切换。 第九章 9-1无刷直流电动机的结构 3 随着转子扇形部分的位置变化，便可依次使定子绕组进行换流，并产生超前转子的步进式旋转磁场，于是电动机就旋转起来。 电磁式位置传感器的输出电压较大，通常不需要再经过放大器便可直接用来导通晶体管。但因输出电压是交流，必须先进行整流。 第九章 9-1无刷直流电动机的结构 一般所说的无刷直流电动机是指采用晶体管作为电子换向开关元件的电动机。而在容量较大、电 压较高的场合，通常采用晶闸管作为开关元件，则被称为无换向器电动机。 第九章 9-1无刷直流电动机的结构 无刷电机的电枢绕组是多相绕组，可接成星形或角形（封闭形），各相绕组分别与晶体管开关电路中的功率开关元件连接，如图9一2所示。其中A相与晶体管T1，B相与晶体管T2，C相与晶体管T3相接。。 第九章 9-1无刷直流电动机的结构 通过位置传感器测量转子的准确位置，使各晶体管在转子的适当位置导通和截止，从而控制各电枢绕组的电流随着转子位置的改变按一定的顺序进行换流，保证了每个磁极下电流的方向，实现了无电刷的无接触式换向 晶体管开关电路有桥式和非桥式两种，图9一2中的开关电路为非桥式电路。非桥式电路的接线法和电路参数如表9-1所列。 表1 第九章 9-2无刷直流电动机的工作原理 一、电磁转矩的产生 无刷直流电动机中，来自位置传感器的驱动信号，按照一定的规律，使某些功率元件在某一瞬时导通或截止，从而接通或断开相应的电枢绕组中的电流。电枢绕组内电流导通或断开的变化过程称为换流。 下面以采用非桥式晶体管开关电路进行换流的两极三相绕组，并带有电磁式位置传感器的无刷直流电动机为例，说明产生电磁转矩的基本原理。电动机的结构简图见图9一2和图9一3. 第九章 9-2无刷直流电动机的工作原理 在图9一4中表示电动机转子在几个不同位置时，定子电枢绕组的通电状况。通过电枢’绕组磁动势和转子绕组磁动势的相互作用，来分析电动机电磁转矩的产生。 (1)当电机转子处于图9 -4(a)的瞬间，位置传感器PS的扇形导磁部分位于图示位置处，它的输出线圈Na,开始与输入线圈相藕合，便有电压信号输出，其余两个输出线圈Nb , Nc.的输出电压为零． 第九章 9-2无刷直流电动机的工作原理 由PS给出的信号使晶体管T1开始导通（见图9-2)，而晶体管T2,T3,截止．这样，电枢绕组AX　　有电流流过，电枢磁动势Fa的方向如图９－４所示．电枢磁动势Fa 　　和转子磁动势相互作用就产生电磁转矩