無刷直流電動機詳細述

時間：2018-12-30作者：上海祥樹實業(yè)發(fā)展有限公司瀏覽：138

無刷直流電動機是采用半導體開關(guān)器件來實現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機械噪聲低等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機、電子儀器及自動化辦公設(shè)備中。
無刷直流電動機由永磁體轉(zhuǎn)子、多較繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進行換流（即檢測轉(zhuǎn)子磁較相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進行繞組電流切換）。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。
位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。采用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機，其磁敏傳感器件（例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或**集成電路等）裝在定子組件上，用來檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磁場變化。
采用光電式位置傳感器的無刷直流電動機，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈沖信號。
采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件（例如耦合變壓器、接近開關(guān)、LC諧振電路等），當永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號（其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化）。

優(yōu)越性

直流電機具有響應(yīng)快速、較大的起動轉(zhuǎn)矩、


從零轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速具備可提供額定轉(zhuǎn)矩的性能，但直流電機的優(yōu)點也正是它的缺點，因為直流電機要產(chǎn)生額定負載下恒定轉(zhuǎn)矩的性能，則電樞磁場與轉(zhuǎn)子磁場須恒維持90°，這就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在電機轉(zhuǎn)動時會產(chǎn)生火花、碳粉因此除了會造成組件損壞之外，使用場合也受到限制。交流電機沒有碳刷及整流子，免維護、堅固、應(yīng)用廣，但特性上若要達到相當于直流電機的性能須用復雜控制技術(shù)才能達到?，F(xiàn)今半導體發(fā)展*功率組件切換頻率加快許多，提升驅(qū)動電機的性能。微處理機速度亦越來越快，可實現(xiàn)將交流電機控制置于一旋轉(zhuǎn)的兩軸直交坐標系統(tǒng)中，適當控制交流電機在兩軸電流分量，達到類似直流電機控制并有與直流電機相當?shù)男阅堋?
此外已有很多微處理機將控制電機必需的功能做在芯片中，而且體積越來越??；像模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Analog-to-digital converter，ADC）、脈沖寬度調(diào)制(Pulse wide modulator，PWM）…等。直流無刷電機即是以電子方式控制交流電機換相，得到類似直流電機特性又沒有直流電機機構(gòu)上缺失的一種應(yīng)用。 [1] 

控制結(jié)構(gòu)

直流無刷電機是同步電機的一種，也就是說電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子較數(shù)（p）影響：
n=120．f / p。在轉(zhuǎn)子較數(shù)固定情況下，改變定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率就可以改變轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。直流無刷電機即是將同步電機加上電子式控制(驅(qū)動器），控制定子旋轉(zhuǎn)磁場的頻率并將電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速回授至控制中心反復校正，以期達到接近直流電機特性的方式。也就是說直流無刷電機能夠在額定負載范圍內(nèi)當負載變化時仍可以控制電機轉(zhuǎn)子維持一定的轉(zhuǎn)速。
直流無刷驅(qū)動器包括電源部及控制部、電源部提供三相電源給電機，控制部則依需求轉(zhuǎn)換輸入電源頻率。
電源部可以直接以直流電輸入（一般為24v）或以交流電輸入（110v/220 v），如果輸入是交流電就得先經(jīng)轉(zhuǎn)換器（Converter）轉(zhuǎn)成直流。不論是直流電輸入或交流電輸入要轉(zhuǎn)入電機線圈前須先將直流電壓由換流器（Inverter）轉(zhuǎn)成3相電壓來驅(qū)動電機。換流器（Inverter）一般由6個功率晶體管(q1～q6）分為上臂（q1、q3、q5)/下臂（q2、q4、q6）連接電機作為控制流經(jīng)電機線圈的開關(guān)?？刂撇縿t提供pwm（脈沖寬度調(diào)制）決定功率晶體管開關(guān)頻度及換流器（Inverter）換相的時機。直流無刷電機一般希望使用在當負載變動時速度可以穩(wěn)定于設(shè)定值而不會變動太大的速度控制，所以電機內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場的霍爾傳感器（Hall-sensor），作為速度之閉回路控制，同時也做為相序控制的依據(jù)。但這只是用來做為速度控制并不能拿來做為定位控制。

控制原理

要讓電機轉(zhuǎn)動起來，控制部就必須根據(jù)Hall-sensor感應(yīng)到的電機轉(zhuǎn)子所在位置，然后依照定子繞線決定開啟（或關(guān)閉）換流器(Inverter）中功率晶體管的順序，使電流依序流經(jīng)電機線圈產(chǎn)生順向（或逆向）旋轉(zhuǎn)磁場，并與轉(zhuǎn)子的磁鐵相互作用，如此就能使電機順時/逆時轉(zhuǎn)動。當電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動到Hall-sensor感應(yīng)出另一組信號的位置時，控制部又再開啟下一組功率晶體管，如此循環(huán)電機就可以依同一方向繼續(xù)轉(zhuǎn)動直到控制部決定要電機轉(zhuǎn)子停止則關(guān)閉功率晶體管（或只開下臂功率晶體管）；要電機轉(zhuǎn)子反向則功率晶體管開啟順序相反。

固定磁場無刷電機

一般的無刷直流電機本質(zhì)上屬于伺服電機，由同步電機和驅(qū)動器構(gòu)成，是變頻調(diào)速電機。變壓調(diào)速的無刷直流電機是真正意義上的無刷直流電機，它由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子由鐵心構(gòu)成，線圈采用“順-逆-順-逆……”繞組，由此產(chǎn)生N-S群的固定磁場，轉(zhuǎn)子由一個圓柱體磁鐵構(gòu)成（中間帶軸），或由電磁鐵加集電環(huán)組成，此無刷直流電機可以產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，但不能控制方向，無論怎么說，本電機都是一項非常有意義的發(fā)明。當作為一個直流發(fā)電機，本發(fā)明可以產(chǎn)生連續(xù)振幅的直流電流，從而避免使用濾波電容器，轉(zhuǎn)子可以是永磁、有刷勵磁或無刷勵磁。當作為大型電機時，本電機會產(chǎn)生自感，需要采用保護裝置。

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• 詞條

  詞條說明

• 關(guān)于開關(guān)電源的優(yōu)勢

  開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。開關(guān)電源和線性電源相比，二者的成本都隨著輸出功率的增加而增長，但二者增長速率各異。線性電源成本在某一輸出功率點上，反而**開關(guān)電源，這一點稱為成本反轉(zhuǎn)點。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新，這一成本反轉(zhuǎn)點日益向低輸出

• 磁感應(yīng)式傳感器的分類

  磁感應(yīng)式傳感器的工作原理如圖2-23所示，磁力線穿過的路徑為*磁鐵N較一定子與轉(zhuǎn)子間的氣隙一轉(zhuǎn)子凸齒一轉(zhuǎn)子凸齒與定子磁頭間的氣隙一磁頭一導磁板一*磁鐵S較。當信號轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁路中的氣隙就會周期性地發(fā)生變化，磁路的磁阻和穿過信號線圈磁頭的磁通量隨之發(fā)生周期性變化。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，傳感線圈中就會感應(yīng)產(chǎn)生交變電動勢。 當信號轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子凸齒與磁頭間的氣隙減小，磁路磁阻減小，磁通

• 墻壁開關(guān)

  開關(guān) 開關(guān)有雙控和單控的區(qū)別，雙控每個單元比單控多一個接線柱。一個燈在房里可以控制，在房外也可以控制稱作雙控，雙控開關(guān)可以當單控用，但單控開關(guān)不可以作雙控。 1）開關(guān)分類， 按開關(guān)的啟動方式來分： 拉線開關(guān)、旋轉(zhuǎn)開關(guān)、倒扳開關(guān)、按鈕開關(guān)、蹺板開關(guān).?觸摸開關(guān)、復位開關(guān)、輕點開關(guān)等 2）常用開關(guān)按連接方式分類， 按開關(guān)的連接方式來分：單控開關(guān)、雙控開關(guān)、雙較(雙路)雙控開關(guān)等。 3）按規(guī)

• 接近開關(guān)的特點

  接近開關(guān) 接近開關(guān)又稱無觸點行程開關(guān)，它除可以完成行程控制和限位保護外，還是一種非接觸型的檢測裝置，用作檢測零件尺寸和測速等，也可用于變頻計數(shù)器、變頻脈沖發(fā)生器、液面控制和加工程序的自動銜接等。特點有工作可靠、壽命長、功耗低、復定位精度高、操作頻率高以及適應(yīng)惡劣的工作環(huán)境等。 性能特點： 在各類開關(guān)中，有一種對接近它物件有“感知”能力的元件——位移傳感器。利用位移傳感器對接近物體的敏感特性達到控