请问无刷直流电机组成动机的工作原理

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-11-04 12:07 标签： 无刷直流电机组成

    伴随着电子控制技术和永磁材料技术的迅速发展，永磁无刷直流电机逐渐发展成熟。由于它作为在电动车的驱动电机使用时，能较好地满足电动车的各种性能要求，价格优势明显，所以很快成为了理想的电动车用驱动电机。如图1所示为电动车上常用的永磁无刷直流电机，图2所示为永磁无刷直流电机驱动的电动车。

　　在传统直流电机基础上发展起来的永磁无刷直流电机，在结构上两者基本一致，不同的是永磁无刷直流电机的电枢绕组置于定子上，这点类似于交流电机的绕组，同时一般采用多相的形式，其中目前情况下三相应用的最多；其转子为永磁体，并且采用电子换向，定子磁场与转子永磁磁场之间的相互作用产生电磁转矩。永磁无刷直流电机根据永磁体的形状和磁路结构的不同，其气隙磁场波形有方波、梯形波、正弦波三种，反电势的波形对应相同。通常，反电势是正弦波的电机称为永磁同步电机，如图3所示；波形为其他两种类型的则称为永磁无刷直流电机，如图4所示。

图3PMSM定子绕组产生的正弦反电势

图4PMBLDCM定子绕组产生的梯形反电势

    永磁无刷直流电机的组成如图5所示。由此可见，它主要有三部分组成。转子的结构有凸极式和内嵌式两种，且由永磁材料制成。定子上的电枢与永磁有刷直流电机相反，所以它具有旋转的磁场和固定的电枢。

图5永磁无刷直流电机组成

　　电子开关电路中的功率管等可与电机电枢绕组直接相连接，再加上位置传感器，其功能就相当于有刷电机中的机械换向装置。永磁无刷直流电机结构简单，其基本结构示意图如图6所示。

图6永磁无刷直流电机结构示意图

　　永磁无刷直流电机结构原理如图7所示。从图中可以看出，经过开关电路直流电源向定子绕组进行供电，控制系统对位置传感器信号进行处理后实现对开关电路的控制，正确地判断各电机绕组的通电和断电状况，进而实现电机的换向。

图7永磁无刷直流电机电机的结构原理图

　　为了更好的阐述永磁无刷直流电机的工作原理，对电动车用三相星型连接形全桥驱动的永磁无刷直流电机进行分析，研究其正反转的工作状况。电机控制系统的主电路如图8所示。

图8永磁无刷直流电机的全桥驱动电路图

图9永磁无刷直流电机工作原理示意图

   当电机的转子处于图9(a)中所示位置时，来自位置传感器信号通过控制系统进行逻辑变换后输出控制信号使电机的A、B两相绕组导通，电流从A相流进去，B相流出来，产生电磁转矩使电机顺时针方向转动；以60°电角度为基准以此类推，易知电机转子到达图9(b)中所示位置时电机绕组的导通情况。当绕组导通相的顺序为AB—AC—BC—BA—CA—CB—AB时，电机往顺时钟方向旋转。同理，当在图9(a)所示的位置时，若电流是经过B、C两相，则产生的电磁转矩会使电机向反向转动，当电机电枢绕组导通顺序为BC—AC—AB—CB—CA—BA—BC时，电机就会朝逆时钟方向转动。所以，要实现电机的顺时针或者逆时针转动，只需改变电机导通的逻辑顺序即可。

图10永磁无刷直流电机相电流与反电势波形图

　　由此上述分析可知，电机在正常的运行的任意情况下只有两相导通，每个循环分成六步。每相绕组中电流导通时长为和每个开关管的导通角均为120°电角度，且每相导通时长相差120°电角度，故称为二二导通方式。永磁无刷直流电机的相电流和反电势波形如图10所示，相电流为方波，反电势均为梯形波，若方波电流和反电势同相时，可以获得与电流大小成正比的恒定电磁转矩；反相时，则将产生相应的反向电磁转矩。

　　一些新手用户刚开始使用直流无刷电机的时候，总是觉得不是很熟练，如果在使用之前，能够将电机的工作原理做进一步了解的话，那么后期使用该电机的时候会方便很多。该电机的工作原理是什么？

　　1、直流无刷电机由电动机主体和驱动器组成，电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，在电动机内装有位置传感器，以检测电动机转子的极性。
　　2、驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，能接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；
　　3、接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；
　　4、接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。
　　5、具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能。功率组件切换频率加快许多，提升驱动电机的性能。
　　6、已有很多微处理机将控制电机必需的功能做在芯片中，体积越来越小；像模拟/数字转换器、脉冲宽度调制等。
　　直流无刷电机在工作过程中会产生直流电，在使用过程中也会感觉到它的使用快捷，因为它的工作原理，被广泛用于各大机器中，成了方便使用的一种电机。

            目前，直流无刷电机的工作原理附图在当代的应用可谓是越来越广泛，直流无刷电机的工作原理附图是值得我们好好学习的，现在我们就深入了解直流无刷电机的工作原理附图

一般P.I.D控制如下

P.控制(比例控制) ：输出与输入误差讯号成正比关系，即将误差固定比例修正，但系统会有稳态误差。

I .控制(积分控制) ：当系统进入稳态有稳态误差时，将误差取时间的积分，即便误差很小也能随时间增加而加大，使稳态误差减小直到为零。

D.控制(微分控制)：当系统在克服误差时，其变化总是落后于误差变化，表示系统存在较大惯性组件或(且)有滞后组件。微分即是预测误差变化的趋势以便提前作用避免被控量严重冲过头。

对于驱动器还要有保护措施，当负载过大或不当使用时会造成大电流而将功率晶体管烧毁。为了保护因电流超过规格而破坏驱动器，一般会以加大功率晶体 管耐电流或加电流sensor做为保护。其次当电机负载不小的时候，在停止转动时由电机端回送至驱动器的能量及过电压都将危及驱动器，这可配合过电压保护 电路加上回生能量消散电路来防治。其它尚有hall-sensor正常与否判定也会影响PWM控制的正确性，这可由控制部判断并适时警告即可。

DC无刷电机系列控制疑难杂症处理案例

· 欲以电流值的大小来判断目前电机的负载状况是否有过载的迹象，该如何测量?

将电源线的其中一条拔起后，将电表（请先调至安培档）的一端接至驱动器的电源CONNECTOR其中一接脚，另一端则接至电源插座的另一接脚，如 此即可测量出在现阶段的负载下所必须耗费的电流值，之后再依此电流值来对照电机的电流/扭力对照表，如此即可得知目前的负载状况是正常或是 否有过载的情形发生。

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