解析无刷直流电机的工作原理_徐江红.pdfVIP

科 技 论 坛 解析无刷直流电机的工作原理 徐江红 (江苏信息职业技术学院机电系，江苏 无锡 214000) 摘 要: 近几十年来，随着永磁材料，微电子技术，自动控制技术，电力电子技术，大功率半导体器件的快速发展，无刷直流电机得到迅速发展。 并且无刷直流电机由于其自身优点，在当今国民经济各个领域，如医疗器械、化工、及计算机驱动器以及家用电器等方面得到了广泛的应用。直流电 机的结构历来是电枢为转子，磁铁作为定子。若仍旧保持这种结构;则要实现无刷直流电机是非常困难的。目前的无刷直流电机的机械结构为:电枢 绕组作为定子一部分，转子则是作为磁场的永磁铁，这与称为永磁同步交流电机非常相似。 关键字: 无刷直流电机; 数字信号处理器; 工作原理; 分析讨论 前言: 传感器的信号处理单元两个部分组成。 传感器的无刷直流电机与无传感器的无刷 功率逻辑开关单元是控制电路的 直流电机的基本工作原理是一致的，主要差别是 核心，其功能是将电源的功率以一定的 有传感器的无刷直流电机是利用如霍尔元件作为 逻辑关系分配给无刷直流电机的各项 位置传感器来检测转子位置信号。而无位置传感 绕组，以便使电机产生持续不断的转 器的无刷直流电机取消了作为位置传感器的霍尔 矩。而各相绕组导通的顺序和时间主要 图1 元件，利用一些控制算法来计算出转子位置信号。 取决于来自位置传感器的转子位置信号。但是，由 方法在低速时也能检测到二极管的导通，是电机 虽然研究的是无位置传感器的无刷直流电机，但 位置传感器所产生的信号一般不能直接用来控制 能在低速时正常运行且有利于顺利完成启动过 可以简单的通过有位置传感器的无刷直流电机的 功率逻辑开关单元，需要经过一定逻辑处理后才 程。但是，这种检测方法需在二极管上并列检测电 工作原理的叙述来了解无位置传感器的无刷直流 能去控制逻辑开关单元。 路。这对于集成的功率器件很难实现，并且二极管 电机的工作原理。无刷直流电机的基本工作原理 众所周知，一般的永磁式直流电机的定子由 的导通时刻并不是绕组的真正过零时刻，要想消 就是借助反映转子位置的位置信号，通过驱动电 永久磁钢组成，其主要的作用是在电动机气隙中 除这种误差就必须另加补偿电路。 路，驱动逆变电路的功率开关元件，使电枢绕组依 产生磁场。其电枢绕组通电后产生反应磁场。由于 还有一种检测转子位置的新方法，在永磁转 一定顺序馈电，从而在气隙中产生步进式旋转磁 电刷的换相作用，使得这两个磁场的方向在直流 子的表面粘贴一些非磁性的导电材料，利用定子 场，拖动永磁转子旋转。随着转子的转动，转子位 电机运行的过程中始终保持相互垂直，从而产生 绕组高频开关工作时非磁性的导电材料上的涡流 置信号依一定规律变化，从而改变电枢绕组的通 最大转矩而驱动电机不停的运转。有刷直流电机 效应，使开路相电压大小随转子位置角而改变。从 电状态，实现无刷直流电动机的机电能量转换。 的电刷起着电枢电流换向位置的检测作用。和无 而可通过检测开路相电压来判断转子位置，此法 1 无刷直流电机的基本组成 刷直流电机相比，就不难看出，其实无刷直流电机 不依靠反电势。因此能保证电机在低速时可靠运 无刷直流电机主要由电机本体，位置传感器 和有刷直流电机一样，本身都是一台同步电机，只 行和顺利起动。但此方法需特殊电机，对电机制造 和电子换向线路组成。电动机本体在结构上与永 是有刷直流电机中加的是一个机械的逆变器一换 工艺有很大要求。 磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动 向器和电刷，而无刷直流电机中采用电子换向装 4 结论 装置。其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相 置一电子逆变器代替机械换向器和电刷的作用。 首先详细的论述了无刷直流电机的基本组 不等相)。转子由永久磁钢按一定极对数(2p=2，4， 尽管二者构造不同，但它们所起的作用却是完全 成:电机本体，位置传感器和电子换向线路。并且在 ……)组成。当定子绕组的某一相通电时，该电流与 相同的，都是为了实现直流电机的换相。 此基础上把无刷直流电机与有刷直流电机作以比 转子永久磁钢