完整版三相无刷直流电机系统结构及工作原理

三相无刷直流电机系统结构及工作原理2.1电机的分类电机按工作电源种类可分为：直流电机：有刷直流电机：①永磁直流电机：•稀土永磁直流电动机；•铁氧体永磁直流电动机；•铝镍钻永磁直流电动机；②电磁直流电机：•串励直流电动机；•并励直流电动机；•他励直流电动机；•复励直流电动机；无刷直流电机：稀土永磁无刷直流电机；交流电机：单相电动机；三相电动机。2.2无刷直流电机特点•电压种类多：直流供电交流高低电压均不受限制。•容量范围大：标准品可达400Kw更大容量能够订制。•低频转矩大：低速能够达到理论转矩输出启动转矩能够达到两倍或更高。•高精度运转：不高出1rpm.(不受电压变动或负载变动影响)。•高效率：全部调速装置中效率最高比传统直流电机高出5〜30%。•调速范围：简单型/通用型(1：10)高精度型(1：100)伺服型。•过载容量高：负载转矩变动在200%以内输出转速不变。•体积弹性大：本质比异步电机尺寸小能够做成各种形状。•可设计成外转子电机(定子旋转)。•转速弹性大：能够几十转到十万转。•制动特点优异能够采用四象限运转。•可设计成全密闭型IP-54IP-65防爆型等均可。•赞同高频度快速启动电机不发烫。•通用型产品安装尺寸与一般异步电机相同易于技术改造。

2.3无刷直流机的成直流无刷机的构如2.1所示。它主要由机本体、地址感器和子开关路三部分成。机本体在构上与永磁同步机相似，但没有型和其他起装置。其定子一般制成多相（三相、四相、无相不等），子由永久磁按必然极数（2p=2,4，…）成。图直流无刷电动机的结构原理图当定子的某一相通，流与子永久磁的磁极所生的磁相互作用而生的矩，子旋，再由地址感器将子磁地址成信号，去控制子开关路，从而使定子各相按必然序通，定子相流随子地址子地址的化而按必然的次序相。由于子开关路的通次序是与子角同步的，所以起到了机械向器的相作用。如2.2所示。图无刷直流电动机基本结构图所以，所直流无刷机，就其基本构而言，能够是一台由子开关路、永磁式同步机以及地址感器三者成的“机系”。其原理框如2.3所示。直流电源开关电路►电动机地址传感器图直流无刷电动机的原理框图地址传感器在直流无刷电动机中起着测定转子磁极地址的作用，为逻辑开关电路供应正确的换相信息，立刻转子磁钢磁极的地址信号变换成电信号，此后去控拟定子绕组换相。地址传感器种类很多，且各具特点。在直流无刷电动机中常有的地址传感器有以下几种：电磁式地址传感器、光电式地址传感器、磁敏式地址凑近传感器【3】。2.4基本工作原理众所周知，一般的永磁式直流电动机的定子由永久磁钢组成，其主要的作用是在电动机气隙中产生磁场。其电枢绕组通电后产生反响磁场。其电枢绕组通电后产生反响磁场。由于电刷的换向作用，使得这两个磁场的方向在直流电动机运行的过程中向来保持相互垂直，从而产生最大转矩而驱动电动机不停地运转。直流无刷电动机为了实现无电刷换相，第一要求把一般直流电动机的电枢绕组放在定子上，把永磁磁钢放在转子上，这与传统直流永磁电动机的结构恰巧相反。但仅这样做还是不能够的，由于用一般直流电源给定子上各绕组供电，只能产生固定磁场，它不能够与运动中转子磁钢所产生的永磁磁场相互作用，以产生单一方向的转矩来驱动转子转动。所以，直流无刷电动机除了由定子和转子组成电动机本体以外，还要由地址传感器、控制电路以及功率逻辑开关共同组成的换相装置，使得直流无刷电动机在运转过程中定子绕组所产生的的磁场和转动中的转子磁钢产生的永磁磁场，在空间向来保持在（n/2）rad左右的电角度。2.5无刷直流电机参数本系统采用的无刷电机参数额定功率:100W额定电压：24V(DC)额定转速:3000r/min额定转矩:0.23N?m最大转矩:0.46N?m定位转矩:额定电流:最大电流:0.01N?m

极数：4•霍感器地址呈60极数：4•霍感器地址呈60°放置无刷直流机有多相构，每种机可分半和全，全又可分星形和三角形以及不相同的通方式。所以，不相同的会使机生不相同的性能和成本，是每一个用系者都要考的。下面做一下比。（1）的利用率。与一般直流机不相同，无刷直流机的是断通的。合适地提高通利用率能够使同通体数增加，使阻下降，提高效率。从个角度来看，三对照四相好，四对照无相好，全比半好。（2）矩的波。无刷直流机的出矩波比一般直流机的大，所以希望尽量减小矩波。一般相数越多，矩的波越小。全比半矩的波小。（3）路的成本。相数越多，路所使用的开关管越多，成本越高。全比半所使用的开关管多一倍，所以成本要高。多相机的构复，成本也高【9】。合上述解析，本系采用三相星形（Y）全控路，如2.4o图三相星形（Y）联系绕组三相全控桥式电路片机入控制信号到LM621的入端，通内部此后控制信号被加到功率MOSFET的极，通控制信号MOSFET的开关，只要片机控制好各相出的相位关系在子到合适的地址后行相，就能在片机端口出图三相星形（Y）联系绕组三相全控桥式电路在三相逆路中，用最多的是如2.4所示的三相式全控逆路。在路中，机的三相星形（Y）。VF1、VF2、…、VF6六只MOSFET功率管，起的开关作用。他的通方式又可分两两通和三三通两种方式。两两通方式所两两通方式是指每一瞬有两个功率管通，每隔1/6周期(60°角度)相一次，每次相一个功率管，每一功率管通120°角度。各功率管的通序是VF1VF2、VF2VF3、VF3VF4、VF4VF5、VF5VF6、VF6VF1、…。当功率管VF1和VF2通，流从VF1管流入A相，再从C相流出，VF2管回到源。若是定流入的流所生的矩正，那么从流出所生的矩，它合成的矩如2.5(a)所示，其大小3Ta,方向在Ta和一Tc的角均分上。当机60°后，由VF1VF2通成VF2VF3通。，流从VF3流入B相再从C相流出，VF2回到源，此合成的矩如2.5(b)所示，其大小同3Ta。但合成矩Tbc的方向了60°角度，此后每次相一个功率管，合成矩矢量方向就随着60°角度，但大小始保持3Ta不；2.5(c)示出了全部合成矩的方向。图2.5星形(Y)联系绕组两两通电时的合成转矩矢量图(a)VF1、VF2导通时合成转矩；(b)VF2、VF3导通时合成转矩；(c)两两通电时合成转矩矢量图所以，同一台无刷直流机，每相通与三相半控路同的流，采用三相星形(Y)全控路，在两两相的情况下，其合成矩增加了「3倍。每隔60°角度向一次，每个功率管通120°，每个通240°，其中正相通和反相通各120°，其出矩波形如2.6所示。由2.6能够看出，三相全控的矩波比三相半控小得多。如将三只霍感器按相位差120°安装，它所生的波形如2.(7a)所示。其相的控制路可由一片74LS138型3一8器和74LS09、74LS38两片路组成，本系采用无刷直流机用集成芯片LM621控制，如(b)所示。图全控桥输出波形图|[.kbiJ1IK^HLR?图全控桥输出波形图|[.kbiJ1IK^HLR?(b)图全控桥两两通电电路原理表示图（a）传感器输出波形；（b）原理表示图三三通方式所三三通方式，是指每一瞬均有三只功率管同通，每隔60°相一次，每个功率管通180°。它的通次序是VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1.VF6VF1VF2、VF1VF2VF3、…。当VF6VF1VF2通，流从VF1流入A相，B相和C相（B、C两相并）分从VF6和VF2流出。流B相和C相的流分流A相的1/2，其合成矩如2.8（a）所示，其方向与A相同样，而大小1.5Ta。60°角度后，相到VF1VF2VF3通，即先关断VF6此后通VF3（注意，必然要先关VF6此后通VF3，否就会出VF6和VF3同通，源被短路，是不允的）。流分从VF1和VF3流入A相和B相（相当于A相和B相并）再流入C相，VF2流出，合成矩如2.8（b）所示，其方向与-C相同，子再60°角度后大小仍1.5Ta。再60°角度后，相到VF2VF3VF4通，此后依次推，循往来。它的合成矩矢量如2.8（c）所示。图2.8三三通电时的合成转矩矢量图（a）VF6VF1VF2导通时合成转矩；（b）VF1VF2VF3导通时合成转矩;（c）三三通电时的合成转矩在种通方式里，每瞬均有三个功率管通。每隔60°相一次，每次有一个功率管相，每个功率管通180°。从某一相上看，星形（Y）三三通方式一相波形如2.9所示。4图星形（Y）联系三三通电方式一相电压波形其他，依照直流侧电源性质的不相同可分为两种：直流侧是电压源的称为电压型逆变电路，直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。它们各有特点，本系统使用电压型逆变电路，它有以下特点：（1）直流侧为电压源，或接有大电容，相当于电压源，直流侧电压基本无脉动，直流回路表现低阻抗。（2）由于直流电压源的钳位作用，交流侧电压波形为矩形波，并且与阻抗角没关，而交流侧电