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文章来源:锐特凤凰平台官网 时间:2019-11-07 09:24:26 浏览:

  无刷直流电机是从常规刷DC电机具有的可用性开发固态功率半导体。那么,为什么我们要在交流电机一章中讨论无刷直流电机呢?无刷直流电动机类似于交流同步电动机。主要区别在于,与无刷直流电动机的矩形或梯形反电动势相比,同步电动机产生正弦反电动势。两者都有定子产生的旋转磁场,从而在磁转子中产生扭矩。

  同步电动机通常是大型多千瓦的大小,常与电磁转子。真实的同步电机被认为是单速,电力线频率的约数。无刷直流电动机往往很小,只有几瓦到几十瓦,并带有永磁转子。除非由从属于参考频率的锁相环驱动,否则无刷直流电动机的速度不会固定。外形是圆柱形或薄盘式。

  

 

  圆柱结构:(a)转子外部,(b)转子内部

  最常见的圆柱形结构可以采用两种形式(上图)。最常见的圆柱样式是转子位于右上方的内部。这种类型的电动机用于硬盘驱动器。也可以将转子放在定子周围的外部。无轴无刷直流风扇电机就是这种情况。这种建筑风格可能短而粗壮。但是,磁通量的方向相对于旋转轴是径向的。

  

 

  盘式电机结构:(a)单定子,(b)双定子

  高转矩盘式电机可能在转子的两侧都有定子线圈(图b上方)。

  诸如软盘驱动电机之类的低扭矩应用足以在转子的一侧带有定子线圈(图a)。磁通量的方向是轴向的,即平行于旋转轴。

  换向功能可由各种轴位置传感器执行:光学编码器,磁性编码器(旋转变压器,同步器等)或霍尔效应磁性传感器。小型廉价电机使用霍尔效应传感器。霍尔效应传感器是一种半导体器件,其中电子流受到垂直于电流方向的磁场的影响。它看起来像一个四端可变电阻器网络。两个输出端的电压是互补的。向传感器施加磁场会在输出端产生很小的电压变化。霍尔输出可以驱动比较器,以为功率器件提供更稳定的驱动。或者,它可能会驱动复合晶体管阶段,如果有适当的偏见。更现代的霍尔效应传感器可能包含集成的放大器和数字电路。该3引线器件可以直接驱动向相绕组供电的功率晶体管。传感器必须安装在靠近永磁转子的位置以感测其位置。

  

 

  霍尔效应传感器整流3-φ无刷直流电动机

  简单的3-φ圆柱形电动机(上图)通过霍尔效应装置对三个定子相中的每一个进行换向。当通过的转子极的极性改变时,霍尔器件感测永磁体转子的变化位置。霍尔信号被放大,以便以适当的电流驱动定子线圈。此处未显示,霍尔信号可以通过组合逻辑进行处理,以获得更高效的驱动波形。

  如果上述圆柱电动机配备了锁相环(PLL)以保持恒定速度,则可以驱动硬盘驱动器。类似的电路可以驱动盘式软盘驱动器电动机(下图)。同样,它需要一个PLL来保持恒定的速度。

  

 

  无刷盘式电机

  3-φ盘式电机具有6定子极和8转子极。转子是一个扁平的铁氧体磁环,磁化了八个轴向磁化的交变磁极。我们没有显示转子被低碳钢板盖住以安装到定子中间的轴承上。钢板还有助于完成磁路。定子磁极也安装在钢板上,有助于闭合磁路。扁平定子线圈是梯形的,以更紧密地配合线圈,并使转子磁极近似。六定子线圈包括三个绕组相。

  如果三个定子相相继通电,则会产生旋转磁场。在同步电动机的情况下,将跟随永磁转子。两极转子将以与旋转磁场相同的旋转速率跟随该磁场。但是,由于转子中的额外磁极,我们的8极转子将以该速率的约数旋转。

  无刷直流风扇电机具有以下功能:

  

 

  无刷风扇电机,2-φ

  定子有2相分布在4极之间

  有4个凸极,没有绕组,可消除零转矩点。

  转子有四个主驱动极。

  转子有8极叠加,有助于消除零转矩点。

  霍尔效应传感器的间距为45o。

  风扇罩位于转子上方,转子位于定子上方。

  无刷风扇电动机的目标是使制造成本最小化。这是将低性能产品从3-φ配置转移到2-φ配置的诱因。根据其驱动方式,它可以称为4-φ电动机。

  您可能还记得,如果常规直流电动机要自启动,则电枢磁极(2、4等)的数量不能是偶数,而3、5、7是常见的。因此,假设的四极电机有可能以最小扭矩停止,而此时无法从静止状态启动。四个不带绕组的小凸极相加会在转矩与位置曲线上叠加一个纹波转矩。当将此脉动转矩添加到正常的转矩曲线时,结果是最小转矩被部分去除。这样就可以在所有可能的停止位置启动电动机。在正常的4极永磁转子上增加了八个永磁极,在正常的4极波纹转矩上叠加了很小的二次谐波波动转矩。这进一步消除了扭矩最小值。只要最小转矩不降至零,我们就应该能够启动电动机。我们在消除最小扭矩方面越成功,电机启动就越容易。

  2-φ定子需要将霍尔传感器相隔90 °电。如果转子是2极转子,则霍尔传感器的位置应为90 °。由于我们具有4极永磁转子,因此传感器必须放置在45 °物理位置以实现90 °的电气间距。(请注意上面的霍尔间距。)大部分转矩是由于内部定子2-φ线圈与转子的4极部分的相互作用而引起的。此外,转子的4极部分必须在底部,以便霍尔传感器将感测适当的换向信号。8极转子部分仅用于改善电机启动。

  

 

  无刷直流电动机2-φ推挽驱动

  在上图中,2-φ推挽驱动器(也称为4-φ驱动器)使用两个霍尔效应传感器来驱动四个绕组。传感器被隔开90 °的电隔开,它是90 °的物理单个极转子。由于霍尔传感器具有两个互补的输出,因此一个传感器为两个相对的绕组提供换向。

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