Tuesday May 24, 2022

-依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形

  无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成,是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。中小容量的无刷直流电动机的永磁体,现在多采用高磁能级的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。

  无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的,即用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。它具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点,广泛应用于高档录音座、录像机、电子仪器及自动化办公设备中。

  无刷直流电动机由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成。位置传感按转子位置的变化,沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流(即检测转子磁极相对定子绕组的位置,并在确定的位置处产生位置传感信号,经信号转换电路处理后去控制功率开关电路,按一定的逻辑关系进行绕组电流切换)。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。

  位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。采用磁敏式位置传感器的无刷直流电动机,其磁敏传感器件(例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等)装在定子组件上,用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化。

  采用光电式位置传感器的无刷直流电动机,在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件,转子上装有遮光板,光源为发光二极管或小灯泡。转子旋转时,由于遮光板的作用,定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号。

  采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机,是在定子组件上安装有电磁传感器部件(例如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等),当永磁体转子位置发生变化时,电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号(其幅值随转子位置而变化)。

  结构上,无刷电机和有刷电机有相似之处,也有转子和定子,只不过和有刷电机的结构相反;有刷电机的转子是线圈绕组,和动力输出轴相连,定子是永磁磁钢;无刷电机的转子是永磁磁钢,连通外壳一起和输出轴相连,定子是绕组线圈,去掉了有刷电机用来交替变换电磁场的换向电刷,故称之为无刷电机(Brushless motor),那现在就有问题了,没有了电磁场的变换,如何让无刷电机转动呢?

  简单而言,依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形,在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场,这个磁场驱动转子上的永磁磁钢转动,电机就转起来了,电机的性能和磁钢数量、磁钢磁通强度、电机输入电压大小等因素有关,更与无刷电机的控制性能有很大关系,因为输入的是直流电。

  电流需要电子调速器将其变成3相交流电,还需要从遥控器接收机那里接收控制信号,控制电机的转速,以满足模型使用需要。 总的来说,无刷电机的结构是比较简单的,真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器,好的电子调速器需要有单片机控制程序设计、电路设计、复杂加工工艺等过程的总体控制,所以价格要比有刷电机高出很多。

  无刷电机通常被使用在控制要求比较高,转速比较高的设备上,如航模,精密仪器仪表等对电机转速控制严格,转速达到很高的设备上。动力设备使用的都是有刷电机,如吹风机、工厂的电动机、家用的抽油烟机等等,另外串激电机的转速也能达到很高,但是由于碳刷的磨损,使用寿命不如无刷电机。通常使用寿命在几万小时这个数量级,但是由于轴承的不同无刷电机使用寿命也有很大不同。

  噪音方面与是否是有刷电机无关,主要是看轴承和电机内部组件的配合情况。无刷电机用电子换向器代替了有刷电机的机械换向器,因而控制方法也就大不相同,复杂程度明显提高。无刷电机A、B、C三相绕组的轮流通电,完成换相要求,电机正常运转。

  电机的霍尔信号、转把信号、过流检测信号、刹车信号等都直接输入给单片机,由单片机进行处理,并由单片机输出电子换向器三个桥臂的前级驱动信号,以控制电机的运转,因而单片机主控电路是无刷电机控制器的心脏部分。

  电机霍尔线电机霍尔线与电机内霍尔相连,以决定电机换相时刻。霍尔线有5根线:红为正,黑为负,其余3根线为3 个霍尔信号,这3根线与电机相连,必须次序正确,否则电机不能正常运转,有时需反复调换这3根线与电机相连次序,直到电机运转正常。买一个速度盘,进行观察电车的速度。

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