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火狐体育全站app:电机模型图!全面了解无刷直流电机(BLDC)
来源:火狐电竞app 作者:火狐体育全站app时间:2022-01-23 05:28:16 浏览:19

  【哔哥哔特导读】换向器和电刷在直流电机中扮演着重要的角色,虽然它可以简化电机控制器的结构,但是,它自身却存在一定的缺点

  直流电机以良好的启动性能、调速性能等优点著称,其中属于直流电机一类的有刷直流电机采用机械换向器,使得驱动方法简单,其模型示意图如图 1.2 所示。

  电机主要由永磁材料制造的定子、绕有线圈绕组的转子(电枢) 、换向器和电刷等构成。只要在电刷的A和B两端通入一定的直流电流, 电机的换向器就会自动改变电机转子的磁场方向,这样,直流电机的转子就会持续运转下去。

  由些可见,换向器和电刷在直流电机中扮演着重要的角色,虽然它可以简化电机控制器的结构,但是,它自身却存在一定的缺点:

  无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)的诞生,克服了有刷直流电机的先天性缺陷,以电子换向器取代了机械换向器,所以无刷直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点,又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。

  图 1.3 所示无刷直流电机模型,它是从图 1.2转化过来的模型。它主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器(可有可无)组成。可见,它和直流电机有着很多共同点,定子和转子的结构差不多(原来的定子变为转子,转子变为定子) ,绕组的连线也基本相同。但是,结构上它们有一个明显的区别:无刷直流电机没有直流电机中的换向器和电刷,取而代之的是位置传感器。这样,电机结构就相对简单,降低了电机的制造和维护成本,但无刷直流电机不能自动换向 (相) , 牺牲的代价是电机控制器成本的提高 (如同样是三相直流电机,有刷直流电机的驱动桥需要 4 只功率管,而无刷直流电机的驱动桥则需要 6 只功率管) 。

  图 1.3 所示为其中一种小功率三相、星形连接、单副磁对极的无刷直流电机,它的定子在内,转子在外,结构和图 1.2 所示的直流电机很相似。另一种无刷直流电机的结构和这种刚刚相反,它的定子在外,转子在内,即定子是线圈绕组组成的机座,而转子用永磁材料制造。

  1无刷直流电机的外特性好,能够在低速下输出大转矩,使得它可以提供大的起动转矩;

  3z 无刷直流电机的效率高、过载能力强,使得它在拖动系统中有出色的表现;

  4z 无刷直流电机的再生制动效果好,由于它的转子是永磁材料,制动时电机可以进入发电机状态;

  6z 无刷直流电机无机械换向器,采用全封闭式结构,可以防止尘土进入电机内部,可靠性高;

  无刷直流电机的定子是线圈绕组电枢,转子是永磁体。如果只给电机通以固定的直流电流,则电机只能产生不变的磁场,电机不能转动起来,只有实时检测电机转子的位置,再根据转子的位置给电机的不同相通以对应的电流,使定子产生方向均匀变化的旋转磁场,电机才可以跟着磁场转动起来。

  如图 1.4 所示为无刷直流电机的转动原理示意图,为了方便描述,电机定子的线圈中心抽头接电机电源POWER,各相的端点接功率管,位置传感器导通时使功率管的 G极接 12V,功率管导通,对应的相线圈被通电。由于三个位置传感器随着转子的转动,会依次导通,使得对应的相线圈也依次通电,从而定子产生的磁场方向也不断地变化,电机转子也跟着转动起来,这就是无刷直流电机的基本转动原理检测转子的位置,依次给各相通电,使定子产生的磁场的方向连续均匀地变化。

  为了方便理解,本文以下内容统一用如图 1.5 所示的这两种符号作为模型简介,图 A为电机转子和定子在同一圆心上,图B 为不同一圆心上,是为了方便说明电机内部磁场。详细请看下文。

  1.按驱动波形:方波驱动,这种驱动方式实现方便,易于实现电机无位置传感器控制;

  2.正弦驱动:这种驱动方式可以改善电机运行效果,使输出力矩均匀,但实现过程相对复杂。同时,这种方法又有 SPWM 和 SVPWM(空间矢量 PWM)两种方式,SVPWM的效果好于 SPWM。

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  无刷直流电机不需要电刷和换向器之间的物理接触。这一步消除了摩擦引起的机械损耗,使无刷直流电机更适合长期使用。由于转子不需要供电,因此无需电刷和滑环,换向器组件也简化了结构。

  微型直流电机的转速是由电源频率与磁极对数决定,和功率没有直接关系,微电机的功率为微电机输出机械能可带动的机械负载能力。

  本期将对正科无刷直流电机(BLDC电机)进行拆解,解锁无刷直流电机内部运行机制。

  对于这三种方式驱动直流电机我们大概都知道存在各自的优缺点,集成电路比较方便,但是效率比较低;MOS管效率是最高的,三极管效率居中,我们脑海里都有这么一个大概的印象。

  降低励磁线圈的电流一般会在励磁线圈使用可控硅或场效应管做为PI调整输出电流源实现,弱磁调速时,微型直流电机转速越高,电机的输出扭矩就会越小,当然不会无限制的减小,大概控制在额定励磁电流的90%左右。

  无刷励磁系统由电压调节器对交流励磁机的励磁绕组励磁,励磁机的电枢绕组产生的交流电经旋转整流器整流 后供主发电机的磁场绕组励磁。

  无刷直流电机不需要电刷和换向器之间的物理接触。这一步消除了摩擦引起的机械损耗,使无刷直流电机更适合长期使用。由于转子不需要供电,因此无需电刷和滑环,换向器组件也简化了结构。

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  减速机无刷电机与有刷电机不同的是没有电刷与换向器,使用寿命更长、噪音也更低,但由于结构的原因调速控制比较复杂,成本也更高。

  电机转动受力分析的基础,简单说就是磁场中的载流导体,会受到力的作用。让磁感线穿过手掌正面,手指方向为电流方向,大拇指方向为产生磁力的方向。

  无刷直流电机不需要电刷和换向器之间的物理接触。这一步消除了摩擦引起的机械损耗,使无刷直流电机更适合长期使用。由于转子不需要供电,因此无需电刷和滑环,换向器组件也简化了结构。

  三相绕线转子电动机,是在电机转子回路中串接电阻或电抗器,实现电机起动电流小、起动转矩大的效果,即有效地改善电机起动性能。直流电动机的滑环也叫换向器,与电刷配合实现电机电流换向。

  惯性匹配是一个非常重要的问题,在以前的文中已经多次提到,但在实践中却常常被忽略。伺服电缸制造商更换伺服电机时,确保转子的惯性与原电机相同或尽可能接近。

  异步电机的缺点很突出,它的启动性能是要比永磁同步电机差的,因为启动时要通过磁场旋转在转子(短路的绕组)上产生电流后还才能开始运转,同步电机只要定子通电就能与转子相互作用。

  微型直流电机是可将直流电转换为机械能的传动装置,直流电机定子会提供磁场,直流电为转子提供电流,换向器使转子电流与磁场产生转矩方向保持不变。微型直流电机可分为有刷电机与无刷电机。

  永磁电机是一种转子自带永磁体的电动机。它具有运行可靠、体积小、质量轻、损耗小、效率高等诸多优点,属于超高效电机。永磁电机的节能效果较异步电机十分明显,原因是什么呢?