《无刷直流电动机》PPT课件.ppt

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1、第10章无刷直流电动机10.1概述10.2无刷直流电动机的基本结构10.3无刷直流电动机工作原理10.4无刷直流电动机的运行特性10.5无刷直流电动机的电枢反应10.6改变无刷直流电动机转向的方法思考题与习题10.1概述无刷直流电动机利用电子开关线路和位置传感器来代替电刷和换向器，使这种电机既具有直流电动机的特性，又具有交流电动机结构简单、运行可靠、维护方便等优点。转速不再受机械换向的限制，若采用高速轴承，还可以在高达每分钟几十万转的转速中运行。无刷直流电动机用途非常广泛：可作为一般直流电动机、伺服电动机和力矩电动机等使用，尤其适用于高级电

2、子设备、机器人、航空航天技术、数控装置、医疗化工等高新技术领域。图10-1无刷直流电动机的原理框图无刷直流电动机是由电动机、转子位置传感器和电子开关线路三部分组成，原理框图如图10-1所示。直流电源通过开关线路向电动机定子绕组供电，电动机转子位置由位置传感器检测并提供信号去触发开关线路中的功率开关元件使之导通或截止，从而控制电动机的转动。10.2无刷直流电动机的基本结构图10-2无刷直流电动机的基本结构图中电动机结构与永磁式同步电动机相似，转子是由永磁材料制成一定极对数的永磁体，主要有两种结构型式，如图10-3(a)和(b)所示。第一种结构

3、是转子铁心外表面粘贴瓦片形磁钢，称为凸极式；第二种结构是磁钢插入转子铁心的沟槽中，称为内嵌式或隐极式。图10-3永磁转子结构型式初期永磁材料：铁氧体或铝镍钴现在：高性能钐钴或钕铁硼。定子是电动机的电枢。定子铁心中安放着对称的多相绕组，可接成星形或封闭形(角形)，各相绕组分别与电子开关线路中的相应晶体管相连接。电子开关线路有桥式和非桥式两种。图10-4表示常用的几种电枢绕组连接方式。图10-4电枢绕组连接方式图10-5电磁式位置传感器(a)结构原理图；(b)剖面图位置传感器作用：检测转子磁场相对于定子绕组的位置。结构形式：电磁式、光电式和霍

4、尔元件10.2.1电磁式电磁式传感器的结构如图10-5所示由定子和转子两部分组成。定子磁心及转子上的扇形部分均由高频导磁材料(如软磁铁氧体)制成，导磁扇形片数等于电机极对数，放置在不导磁的铝合金圆盘上制成了转子。传感器定子由磁心和线圈组成，磁心的结构特点是中间为圆柱体，安放励磁绕组，外施高频电源励磁。圆周上沿轴向有凸出的极，极上套着信号线圈产生信号电压。可以看出，这实际上是一个有共同励磁线圈的几个开口变压器，扇形导磁片的作用是使开口变压器铁心接近闭合，减少磁阻，使信号线圈感应出较大的电势。优点：输出电压较大，一般不需放大器可直接控制晶体管导

5、通。缺点：输出电压是交流，必须先作整流图10-6光电式位置传感器10.2.2光电式光电式传感器是由固定在定子上的几个光电耦合开关和固定在转子轴上的遮光盘所组成，如图10-6所示。遮光盘上按要求开出光槽(孔)，几个光电耦合开关沿着圆周均布，每只光电耦合开关是由相互对着的红外发光二极管(或激光器)和光电管(光电二极管，三极管或光电池)所组成。红外发光二极管(或激光器)通上电后，发出红外光(或激光)；当遮光盘随着转轴转动时，光线依次通过光槽(孔)，使对着的光电管导通，相应地产生反应转子相对定子位置的电信号，经放大后去控制功率晶体管，使相应的定子

6、绕组切换电流。缺点：产生的电信号一般都较弱，需要经过放大才能去控制功率晶体管。优点：输出的是直流电信号，不必再进行整流。图10-7霍尔无刷直流电动机原理图图10-7霍尔无刷直流电动机原理图10.2.3霍尔元件采用霍尔元件作为位置传感器的无刷直流电动机通常称为“霍尔无刷直流电动机”。图10-7表示四相霍尔无刷直流电动机原理图。图中两个霍尔元件H1和H2以间隔90°电角度粘于电机定子绕组A和B的轴线上，并通上控制电流，电机转子磁钢兼作位置传感器的转子。当电机转子旋转时磁钢N极和S极轮流通过霍尔元件H1和H2，因而产生对应转子位置的两个正的和两个

7、负的霍尔电势，经放大后去控制功率晶体管导通，使四个定子绕组轮流切换电流。霍尔无刷直流电动机结构简单，体积小，但安置和定位不便，元件片薄易碎，对环境及工作温度有一定要求，耐震差。10.3无刷直流电动机工作原理10.3.1三相非桥式星形接法图10-8表示一台采用非桥式晶体管开关电路驱动两极星形三相绕组，并带有电磁式位置传感器的无刷直流电动机。图10-8无刷直流电动机工作原理转子位置传感器的励磁线圈由高频振荡器供电，通过导磁片的作用使信号线圈获得较大的感应电压，并经整流、放大加到开关电路功率管的基极上使该管导通，因而与该管串联的定子绕组也就与外电

8、源接通。由于导磁片与电动机转子同轴旋转，所以信号线圈Wa、Wb、Wc依次得电，3个功率管依次导通，使定子三相绕组轮流通电。当电机转子处于图10-8瞬时，位置传感器PS的扇形导磁片