第三组 无刷直流电机的工作原理

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1、无刷直流电机的工作原理班级:铁自093组员:邹慧钧朱洪兵刘宇新包艳辉郭楠2011年4月12日概述无刷直流电机采用电子换向装置代替了传统直流电机的机械换向装置，又具有与直流电机类似的机械特性，其磁钢置于转子上，通过不断地变换定子绕组通电方式产生旋转磁场驱动转子转动。由于转子采用了永磁体结构，无刷直流电机具有体积小、重量轻、结构简单的特点。随着电力电子技术的发展，无刷直流电机的应用越来越广泛。快速有效地确定位置传感器和绕组间的相序关系是实现无刷直流电机调速功能的关键。back第一讲直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，但直流

2、电机的优点也正是它的缺点，因为直流电机要产生额定负载下恒定转矩的性能，则电枢磁场与转子磁场须恒维持90°，这就要藉由碳刷及整流子。碳刷及整流子在电机转动时会产生火花、碳粉因此除了会造成组件损坏之外，使用场合也受到限制。交流电机没有碳刷及整流子，免维护、坚固、应用广，但特性上若要达到相当于直流电机的性能须用复杂控制技术才能达到。现今半导体发展迅速功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性能。微处理机速度亦越来越快，可实现将交流电机控制置于一旋转的两轴直交坐标系统中，适当控制交流电机在两轴电流分量，达到类似直流电机控制并有与直流电机相当的性能。无刷电机的控制方式无刷直

3、流电机的转子磁钢呈瓦片形，磁极与定子绕组间气隙均匀，气隙磁场呈梯形分布。定子绕组感应电动势波形为梯形波。无刷直流电机定子绕组通常采用三相星形接法，需要应用三相全桥控制电路，其驱动控制系统结构如图1所示。back第二讲由V1～V6六只功率管构成的驱动全桥可以控制绕组的通电状态。按照功率管的通电方式，可以分为两两导通和三三导通两种控制方式。由于两两导通方式提供了更大的电磁转矩而被广泛采用。在两两导通方式下，每一瞬间有两个功率管导通，每隔1／6周期即60°电角度换相一次，每只功率管持续导通120°电角度，对应每相绕组持续导通120°，在此期间相电流方向保持不变。为保证产

4、生最大的电磁转矩，通常需要使绕组合成磁场与转子磁场保持垂直。由于采用换相控制方式，其定子绕组产生的是跳变的磁场，使得该磁场与转子磁场的位置保持在60°～120°相对垂直的范围区间。功率管的换相信号需要从位置传感器的状态得出，换相时刻也就是霍尔传感器的信号状态改变的时刻。因此霍尔传感器和三相绕组对应关系的确定对于电机的正确运行非常重要。无刷直流电机工作原理back第三讲电磁感应定理在磁场中运动的导体将会感应电势，若磁场、导体和导体的运动方向三者互相垂直，则作用导体中感应的电势大小为：e=B·l·v电势的方向用右手定则2.电磁力定律载流导体在磁场中将会受到力的作用，若

5、磁场与载流导体互相垂直(见下图)，作用在导体上的电磁力大小为：f=B·l·i力的方向用左手定则直流电动机的工作原理要使电枢受到一个方向不变的电磁转矩，关键在于：当线圈边在不同极性的磁极下，如何将流过线圈中的电流方向及时地加以变换，即进行所谓“换向”。为此必须增添一个叫做换向器的装置，换向器配合电刷可保证每个极下线圈边中电流始终是一个方向，就可以使电动机能连续的旋转,这就是直流电动机的工作原理（三）电机的可逆运行原理从上述基本电磁情况来看：一台直流电机原则上既可以作为电动机运行,也可以作为发电机运行,这种原理在电机理论中称为可逆原理二、直流电机的结构旋转电机结构形式

6、,必须有满足电磁和机械两方面要求的结构旋转电机必须具备静止和转动两大部分1.直流电机静止部分称作定子作用--产生磁场由主磁极、换向极、机座和电刷装置等组成2.直流电机转动部分称作转子(通常称作电枢)作用--产生电磁转矩和感应电动势由电枢铁心和电枢绕组、换向器、轴和风扇等组成直流电机电枢照片(一)直流电机的静止部分1.主磁极是一种电磁铁，用1-1.5毫米厚的钢板冲片叠压紧固而成的铁心2.换向极（又称附加极或间极作用--改善换向换向极装在两主磁极之间，也是由铁心和绕组构成铁心一般用整块钢或钢板加工而成；换向极绕组与电枢绕组串联3.机座机座通常由铸铁或厚铁板焊成，有两个

7、作用：固定主磁极、换向极和端盖；作为磁路的一部分。机座中有磁通经过的部分称为磁轭4.电刷装置(图1.1.12)作用--把直流电压、直流电流引入或引出由电刷（图1.1.13）、刷握、刷杆座和铜丝辫组成二)直流电机的转动部分1.电枢铁心两个用处：[电枢铁心装配图（图1.1.14）]作为主磁路的主要部分；嵌放电枢绕组，通常用０.５ｍｍ厚的硅钢片冲片叠压而成2.电枢绕组直流电机的主要电路部分，用以通过电流和感应产生电动势以实现机电能量转换，由许多按一定规律联接的线圈组成，元件及嵌放方法（图1.1.16）3.换向器直流电机的重要部件，作用---将电刷上所通过的直流电流转换为

8、绕组内的交