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直流無刷電動機的組成及原理

信息發布來源:直線步進電機供應商振合機電
一、基本組成直流無刷電動機主要由電動機本體、電子開關線路和轉子位置傳感器三部分組成.如圖6-1所示,其中直流電源通過電子開關線路向電動機的定子繞組供電,位置傳感器檢測電動機的轉子位置,并提供信號控制電子開關線路中相應的功率開關器件,使之按照一定的規律導通和關斷,從而控制電動機的轉動。 1.電動機本體 無刷直流電動機的本體是一臺永磁電機,其結構與永磁同步電動機相似。轉子是由永磁材料制成的具有一定極數的永磁體,主要有表面式和內嵌式兩種,如圖6-2所示。表面式相當于圖5-2(a)所示的徑向磁路結構,內嵌式相當于圖5 2(b)所示的切向磁路結構,只是這里不再需要裝設用于起動的籠型繞組;定子是電動機的電樞,定子鐵心中安放著對稱的多相繞組,各相繞組分別與電子開關線路中的相應開關器件相連接。匿6-3所示為五相無刷直流電動機的定、轉子結構。2.電子開關線路 電子開關線路實際上是一個電壓型的逆變器.其作用就是根據轉子位置信號適時地給相應的定子繞組通電。電子開關線路有半橋式[見圖6—4(a)、(b)]和橋式[見圖6—4(c)、(d)、(e)兩種若按定子繞組相數來分,又可分為三相、四相、五相等。其中,應用最多的還是三相星形橋式逆變電路[見圖6-4(c)]。 3.轉子位置傳感器 位置傳感器也是無刷直流電動機的重要組成部分,其作用是檢測轉子磁場相對于定子各相繞組的位置·以確定各相繞組導通和關斷的順序。它有多種結構形式,常見的有電磁式、光電式和霍爾元件式,其基本原理可參閱有關檢測技術的書籍。二、T作原理與普通結構的永磁直流電動機不同,在無刷直流電動機中,電樞繞組放置在定子上.永磁體則放置在轉子上。定子各相電樞繞組相對于轉子永磁體的位置,由轉子位置傳感器通過電子方式或電磁方式感知,并利用其輸出信號,通過電子開關線路,按照一定的邏輯程序去驅動與電樞繞組相連接的電力電子開關器件,把電流導通到相應的電樞繞組。隨著轉子的連續旋轉,位置傳感器不斷地發送轉子位置信號,使電樞繞組不斷地依次通電,不斷地改變通電狀態-從而使得轉子各磁極下電樞導體中流過電流的方向始終不變。這就是無刷直流電動機電子換向的實質。下面就以三相導通三相星形六狀態的無刷直流電動機(見圖6-5)為例,進一步說明無刷直流電動機的工作原理。所謂三相導通-就是每一時刻總有三個開關器件導通.但必須保證同一橋臂上、下兩管不能同時導通,這就意味著正常情況下三相定子繞組總有電流流過。設“+”表示對應相的上橋臂開關器件導通,“一”表示對應相的下橋臂開關器件導通,三相繞組的通電順序依次子永磁體磁動勢,θ為轉子永磁體旋轉角度(磁極位置角)。當永磁體位于起始位置時,A、c兩相繞組通入電流,而B相繞組流出電流,此時電流流通的路徑為電源正極一V1管和V5管一A相和c相繞組一B相繞組一V6管一電源負極FS和FN相互作用,使轉子逆時針旋轉。當轉子逆時針旋轉π/3到達該狀態終止位置時。與c相繞組相連的V5管關斷.而V2管導通,開始進入“A—B—c”通電狀態,如圖6-6(b)所示.此時電流流通的路徑為電源正極→V1管→A相繞組→B相和c相繞組→V6管和V2管→電源負極FS和FN相互作用,使轉子繼續逆時針旋轉。依此下去,將有六種狀態循環往復,圖6—6所示為無刷直流電動機的工作原理。從表6 1可以看出,在一個周期內電動機共有六個通電狀態。每個狀態都是三相同時導通,每次換向都只有一個開關器件的狀態發生改變,而每個開關器件持續導通的角度均為180°電角度。 綜合以上分析可以看出,無刷直流電動機通過檢測轉子磁極的若干位置,來決定定子側逆變電路開關器件的通斷時刻.從而保證定子合成磁動勢在平均意義上與轉子永磁體磁動勢同步,這也是無刷直流電動機有“同步電動機”之稱的一個重要原因。顯然,無刷直流電動機定子合成磁動勢所產生的是一種跳躍式的旋轉磁場,因此相應的電磁轉矩必然存在一定的脈動。

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