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標(biāo)簽 > BLDC
BLDC,無(wú)刷直流電機(jī)(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)的誕生,克服了有刷直流電機(jī)的先天性缺陷,以電子換向器取代了機(jī)械換向器。
BLDC,無(wú)刷直流電機(jī)(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)的誕生,克服了有刷直流電機(jī)的先天性缺陷,以電子換向器取代了機(jī)械換向器。
無(wú)刷直流電機(jī)
無(wú)刷直流電機(jī)(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)的誕生,克服了有刷直流電機(jī)的先天性缺陷,以電子換向器取代了機(jī)械換向器,所以無(wú)刷直流電機(jī)既具有直流電機(jī)良好的調(diào)速性能等特點(diǎn),又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)換向火花、運(yùn)行可靠和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)刷直流電機(jī)的實(shí)質(zhì)是直流電源輸入,采用電子逆變器將直流電轉(zhuǎn)換為交流電,有轉(zhuǎn)子位置反饋的三相交流永磁同步電機(jī)。
無(wú)刷直流電機(jī)詳解
直流電機(jī)主要有直流有刷電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)兩種。
1. 有刷直流電機(jī)
直流電機(jī)以良好的啟動(dòng)性能、調(diào)速性能等優(yōu)點(diǎn)著稱,其中屬于直流電機(jī)一類的有刷直流電機(jī)采用機(jī)械換向器,使得驅(qū)動(dòng)方法簡(jiǎn)單,其模型示意圖如圖 1.2 所示。
電機(jī)主要由永磁材料制造的定子、繞有線圈繞組的轉(zhuǎn)子(電樞) 、換向器和電刷等構(gòu)成。只要在電刷的A和B兩端通入一定的直流電流, 電機(jī)的換向器就會(huì)自動(dòng)改變電機(jī)轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)方向,這樣,直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子就會(huì)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下去。
由些可見(jiàn),換向器和電刷在直流電機(jī)中扮演著重要的角色,雖然它可以簡(jiǎn)化電機(jī)控制器的結(jié)構(gòu),但是,它自身卻存在一定的缺點(diǎn):
z 結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜,增加了制造成本;
z 容易被環(huán)境(如灰塵等)影響,降低了工作的可靠性;
z 換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花,限制了使用范圍;
z 容易損壞,增加了維護(hù)成本等。
2. 無(wú)刷直流電機(jī)
無(wú)刷直流電機(jī)(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)的誕生,克服了有刷直流電機(jī)的先天性缺陷,以電子換向器取代了機(jī)械換向器,所以無(wú)刷直流電機(jī)既具有直流電機(jī)良好的調(diào)速性能等特點(diǎn),又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)換向火花、運(yùn)行可靠和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
圖 1.3 所示無(wú)刷直流電機(jī)模型,它是從圖 1.2轉(zhuǎn)化過(guò)來(lái)的模型。它主要由用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器(可有可無(wú))組成??梢?jiàn),它和直流電機(jī)有著很多共同點(diǎn),定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)差不多(原來(lái)的定子變?yōu)檗D(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子變?yōu)槎ㄗ樱?,繞組的連線也基本相同。但是,結(jié)構(gòu)上它們有一個(gè)明顯的區(qū)別:無(wú)刷直流電機(jī)沒(méi)有直流電機(jī)中的換向器和電刷,取而代之的是位置傳感器。這樣,電機(jī)結(jié)構(gòu)就相對(duì)簡(jiǎn)單,降低了電機(jī)的制造和維護(hù)成本,但無(wú)刷直流電機(jī)不能自動(dòng)換向 (相) , 犧牲的代價(jià)是電機(jī)控制器成本的提高 (如同樣是三相直流電機(jī),有刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)橋需要 4 只功率管,而無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)橋則需要 6 只功率管) 。
圖 1.3 所示為其中一種小功率三相、星形連接、單副磁對(duì)極的無(wú)刷直流電機(jī),它的定子在內(nèi),轉(zhuǎn)子在外,結(jié)構(gòu)和圖 1.2 所示的直流電機(jī)很相似。另一種無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和這種剛剛相反,它的定子在外,轉(zhuǎn)子在內(nèi),即定子是線圈繞組組成的機(jī)座,而轉(zhuǎn)子用永磁材料制造。
無(wú)刷直流電機(jī)有以下的特點(diǎn):
z 無(wú)刷直流電機(jī)的外特性好,能夠在低速下輸出大轉(zhuǎn)矩,使得它可以提供大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩;
z 無(wú)刷直流電機(jī)的速度范圍寬,任何速度下都可以全功率運(yùn)行;
z 無(wú)刷直流電機(jī)的效率高、過(guò)載能力強(qiáng),使得它在拖動(dòng)系統(tǒng)中有出色的表現(xiàn);
z 無(wú)刷直流電機(jī)的再生制動(dòng)效果好,由于它的轉(zhuǎn)子是永磁材料,制動(dòng)時(shí)電機(jī)可以進(jìn)入發(fā)
電機(jī)狀態(tài);
z 無(wú)刷直流電機(jī)的體積小,功率密度高;
z 無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)機(jī)械換向器,采用全封閉式結(jié)構(gòu),可以防止塵土進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部,可靠
性高;
z 無(wú)刷直流電機(jī)比異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制簡(jiǎn)單。
1.2.2 無(wú)刷直流電機(jī)的工作原理
無(wú)刷直流電機(jī)的定子是線圈繞組電樞,轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機(jī)通以固定的直流電流,則電機(jī)只能產(chǎn)生不變的磁場(chǎng),電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),只有實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置,再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機(jī)的不同相通以對(duì)應(yīng)的電流,使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),電機(jī)才可以跟著磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。
如圖 1.4 所示為無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理示意圖,為了方便描述,電機(jī)定子的線圈中心抽頭接電機(jī)電源 POWER,各相的端點(diǎn)接功率管,位置傳感器導(dǎo)通時(shí)使功率管的 G極接 12V,功率管導(dǎo)通,對(duì)應(yīng)的相線圈被通電。由于三個(gè)位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng),會(huì)依次導(dǎo)通,使得對(duì)應(yīng)的相線圈也依次通電,從而定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也不斷地變化,電機(jī)轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái),這就是無(wú)刷直流電機(jī)的基本轉(zhuǎn)動(dòng)原理——檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置,依次給各相通電,使定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向連續(xù)均勻地變化。
在下文介紹無(wú)刷直流電機(jī)的有位置傳感器驅(qū)動(dòng)的一節(jié),將會(huì)進(jìn)一步介紹無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理。
為了方便理解,本文檔以下內(nèi)容統(tǒng)一用如圖 1.5 所示的這兩種符號(hào)作為模型簡(jiǎn)介,圖 A為電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子在同一圓心上,圖B 為不同一圓心上,是為了方便說(shuō)明電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng)。詳細(xì)請(qǐng)看下文。
1.3 無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法
無(wú)刷直機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式按不同類別可分多種驅(qū)動(dòng)方式,它們各有特點(diǎn)。
按驅(qū)動(dòng)波形:
z 方波驅(qū)動(dòng),這種驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)方便,易于實(shí)現(xiàn)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制;
z 正弦驅(qū)動(dòng),這種驅(qū)動(dòng)方式可以改善電機(jī)運(yùn)行效果,使輸出力矩均勻,但實(shí)現(xiàn)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。同時(shí),這種方法又有 SPWM 和 SVPWM(空間矢量 PWM)兩種方式,SVPWM的效果好于 SPWM。
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