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无刷直流电机原理 无刷直流电动机的工作原理 普通直流电动机的电枢在转子上，而定子产生固定不动的磁场。为了使直流电动机旋转， 需要通过换向器和电刷不断改变电枢绕组中电流的方向，使两个磁场的方向始终保持相互垂 直，从而产生恒定的转矩驱动电动机不断旋转。 无刷直流电动机为了去掉电刷，将电枢放到定子上去，而转子制成永磁体，这样的结 构正好和普通直流电动机相反；然而，即使这样改变还不够，因为定子上的电枢通过直流电 后，只能产生不变的磁场，电动机依然转不起来。为了使电动机转起来，必须使定子电枢各 相绕组不断地换相通电，这样才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化，使定子磁场与 转子永磁磁场始终保持左右的空间角，产生转矩推动转子旋转。 无刷直流电动机由电动机主体???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。电 动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装 有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动 机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感 器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速 度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。无刷直流 电动机的原理简图如图一所示： 主电路是一个典型的电压型交-直-交电路，逆变器提供等幅等频 5-26KHZ 调制波的对称交变矩形波。永磁体 N-S 交替交换，使位置传感器产生相位差 120° 的 U、V、W 方波，结合正/反转信号产生有效的六状态编码信号：101、100、 110、010、011、001，通过逻辑组建处理产生 T1-T4 导通、T1-T6 导通、T3-T6 导通、T3-T2 导通、T5-T2 导通、T5-T4 导通，也就是说将直流母线电压依次加 在 A+B-、A+C-、B+C-、B+A-、C+A-、C+B-上，这样转子每转过一对 N-S 极， T1-T6 功率管即按固定组合成六种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组 通电，依次改变一种状态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动 60°电度角，转 子跟随定子磁场转动相当于 60°电度角空间位置，转子在新位置上，使位置传感 器 U、V、W 按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使 定子绕组产生的磁场轴再前进 60°电度角，如此循环，无刷直流电动机将产生连 续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而 不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。 ● 无刷直流电动机的位置传感器编码使通电的两相绕组合成磁场轴线位置超前 转子磁场轴线位置，所以不论转子的起始位置处在何处，电动机在启动瞬间就会 产生足够大的启动转矩，因此转子上不需另设启动绕组。由于定子磁场轴线可视 作同转子轴线垂直，在铁芯不饱和的情况下，产生的平均电磁转矩与绕组电流成 正比，这正是他励直流电动机的电流-转矩特性。电动机的转矩正比于绕组平均 电 流 ； TM=Ktlav(N?M) 电 动 机 两 相 组 反 电 势 的 差 比 于 电 动 机 的 角 速 度 ； ELL=Keω(V)所以电动机绕组中的平均电流为：Iav=(Vm-ELL)/2Ra(A)其中， Vm=δ?VDC 是加在电动机线间电压平均值，VDC 是直流母线电压，δ 是调制波 的占空比，Ra 为每相绕组电阻。由此可以得到直流电动机的电磁转矩： Tm=δ?(VDC?Kt/2Ra)-Kt?(Keω/2Ra)Kt、Ke 是电动机的结构常数，ω 为电动机 的角速度(rad/s)，所以，在一定的 ω 时，改变占空比 δ，就可以线性地改变电动 机的电磁转矩，得到与他励支流电动机电枢电压控制相同的控制特性和机械特 性。无刷