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常见问题

无刷直流电机的基本工作原理

时间:2023-12-11 00:00:55 来源:M6米乐官网登录 点击:1次

  (Brushless Direct Current Motor)。 电机的定子是线圈,或者叫绕组。 转子是永磁体,就是磁铁 。 根据转子的位置,利用来控制每个线圈的通电,使线圈产生的磁场变化,从而不断在前面勾引转子让转子转动,这就是无刷直流电机的转动原理。 下面深入一下。

  首先先从最基本的线圈说起。 如下图。 可以将线圈理解成长得像弹簧一样的东西。 根据初中学过的右手螺旋法则可知,当电流从该线圈的上到下流过的时候,线圈上面的极性为N,下面的极性为S。

  现在再弄一根这样的线圈。 然后摆弄一下位置。 这样如果电流通过的话,就能像有两个电磁铁一样。

  无刷直流电机之所以既只用直流电,又不用电刷,是因为外部有个电路来专门控制它各线圈的通电。 这个电流换向电路最主要的部件是FET(场效应晶体管,Field-EffectTransitor)。 可以把FET看作是开关。 下图将FET标为AT(A相Top),AB(A相Bottom),BT,BB,CT,CB。 FET的“开合”是由单片机控制的。

  霍尔传感器通过霍尔效应(Hall Effect),能检测出磁场强度的变化。 根据高中物理所学的左手定则(用来判断带电导体在磁场中的受力方向),在霍尔传感器所在的回路中,磁场使带电粒子的运动发生偏转,带电粒子“撞到”霍尔传感器的两边,产生电位差。 这时就可以用电压计接到霍尔传感器的两边,检测出这种电压变化,从而检测出磁场强度的变化,原理如下图所示。

  虽然在这里插入这么个小知识有点怪,但我依旧是觉得有必要的,因为我觉得当时学的时候不太好理解。 在这里配合霍尔传感器的实例说可能好懂一点。 机械角度就是电动机转子实际转过的角度。 电气角度和机械角度的关系与转子的极对数有关。

  因为实际上线圈生成的磁场要吸引的是转子的磁极。 所以对于电机的转动控制来说,我们只关心电气角度就好。

  线圈两端的电压越大,通过线圈的电流越大,生成磁场越强,转子转动得就越快。 因为接的电源是直流的,所以我们一般用PWM(PulseWidthModulation,脉冲宽度调制)来控制线圈两端电压的大小。 PWM的简单原理如下。

  所以给无刷直流电机通电的时候,用单片机产生的PWM不断地控制FET的开合,能使线圈反复处于通电断电,通电断电的状态。 通电时间长(Duty大),线圈两端的等效电压就大,产生的磁场强度就强,转子转动就快; 通电时间短(Duty小),线圈两端的等效电压就小,产生的磁场强度就弱,转子转动就慢。

  PWM波形接到FET的Gate(门极)上,控制FET的开合。 假设Gate上的电压为高时,FET闭合导通; Gate上的电压为低时,FET断开不通电。

  而且同一相上的上下两个FET须由反相的PWM波形控制,以防止上下两个FET同时导通,造成电流不通过电机而上下相同,造成短路。

  线圈绕组电流的换向顺序。 电流的换向顺序决定了由线圈产生的磁场的旋转方向,从而决定了转子的转动方向

  霍尔传感器或其它手段来估计永磁体转子所处的位置,用于决定电流何时换向

  使用单片机产生的PWM波形来控制电机绕组的通电时间,来控制转子转动的速度

  ,以霍尔传感器取代碳刷换向器,以钕铁硼作为转子的永磁材料,性能上相较一般的传统

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  能转换为机械能的电动机,因其良好的调速性能而在电力拖动中得到普遍应用。

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