无刷直流电动机1基本组成环节无刷直流电动机的基本结构见.doc

无刷直流电动机
1基本组成环节
无刷直流电动机的基本结构见图1-4。它主要由电动机本体、位置传感器和电子开关电路三部分组成。无刷直流电动机的转子是由永磁材料制成的、具有一定磁极对数的永磁体。转子的结构分为两种:第一种是将瓦片状的永磁体贴在转子外表上,称为凸极式;另一种是将永磁体内嵌到转子铁心中,称为嵌入式。为了能产生梯形波感应电动势,无刷直流电动机的转子磁钢的形状呈弧形(瓦片形),磁极下定转子气隙均匀,气隙磁场呈梯形分布。定子上有电枢绕组,这一点与永磁有刷直流电动机正好相反,无刷直流电动机的定子电枢绕组采用整距集中式绕组。绕组的相数有二、三、四、五相,但应用最多的是三相和四相。各相绕组分别与外部的电子开关电路相连,开关电路中的开关管受位置传感器的信号控制。


图1-4无刷直流电动机的结构原理图
图1-4中的电动机本体为三相两极。三相定子绕组分别与电子开关电路中相应的功率开关器件连接,在图1-4中,A相、B相、C相绕组分别与功率开关管V1、V2、V3相接。位置传感器的跟踪转子与电动机转轴相连接。当定子绕组的某一相通电时,该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生转矩,驱动转子旋转,再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号,去控制电子开关电路,从而使定子各相绕组按一定顺序导通,定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。由于电子开关电路的导通次序是转子转角同步的,因而起到了机械换向器的作用。
因此,所谓无刷直流电动机,就其基本结构而言,可以认为是一台由电子开关电路、永磁式同步电动机以及位置传感器三者组成的“电动机系统”。其原理框图如图1-5所示。
直流电源
开关电路
电动机
位置传感器
N
图1-5无刷直流电动机原理框图
2无刷直流电动机的工作原理
现在以三相Y型连接全控电路两两导通方式为例,说明无刷直流电动机的运行原理,如图1-6

图1-6三相Y型连接全桥驱动电路
两两导通方式是指每一瞬间有两个功率开关导通,每隔1/6周期即60o电角度,换相一次,每次换相一个功率管,每一个功率管导通120o电角度。各功率管的导通顺序是T1T2-T2T3-T3T4-T4T5-T5T6-T6T1-T1T2-……。当功率管T1T2导通时,电流从T1管流入A相绕组,再从C相绕组流出,经过T2管回到电源,如果认定流入绕组的电流所产生的磁势为正,那么从绕组
流出的电流所产生的磁势为负,它们的合成磁势如图1-7(a)所示,其大小为Ta,矢量方向在Ta和Tc的角平分线上。当电动机转过60o电角度后,由T1T2换相为T2T3,这时,电流从T3管流入B相绕组,再从C相绕组流出,经T2回到电源,此时合成磁势如图1-7(b)所示,其大小同样为Ta,但合成磁势矢量方向已经转过了60o电角度。而后每次换相一个功率管,合成磁势矢量方向就转过60o电角度,但是大小始终保持Ta不变。图1-7(c)示出了换相时合成磁势的方向。由此也可以看到,三相电流两两导通方式所产生的合成磁势不是一个连续的旋转磁势,而是一个跳跃式的步进磁势。
Tac
-Tc
Tb
Ta
TcC
(a)
Tb
-Tc
Ta
Tc
(b)
Tac
Tab
Tbc
Tcb
Tba
Tca
(c)