文档介绍：伺服系统
第5章无刷直流电动机控制系统
驱动器
内容提要
第1节无刷直流电动机的组成结构和工作原理
第2节无刷直流电动机的基本公式和数学模型
第3节无刷直流电动机的转矩波动
第4节无刷直流电动机的驱动控制
第5节无位置传感器的无刷直流电动机的驱动控制
第6节无刷直流电动机驱动控制的专用芯片介绍
第1节无刷直流电动机的组成结构和工作原理
三相永磁无刷直流电动机(简称无刷直流电动机)和有刷直
—流电动机相比,由于去除了滑动接触机构,因而消除了故障的主要
根源。有专家认为无刷直流电动机将作为信息时代的主要执行部件
在各行各业得到最广泛的应用。
三相永磁无刷直流电动机的结构特点
三相永磁无刷直流电动机和一般的永磁有刷直流电动机相比,在
结构上有很多相近之处:
装有永磁体的转子(取代有刷直流电动机的定子磁极)
具有三相绕组的定子(取代转子电枢)
用逆变器和转子位置检测器组成电子换向器,取代有刷直流电动
机的机械换向器和电刷
4 pole pairs
内转子
外转子
转子是由永磁材料制成的,是具有一定磁极对数的永磁体
无刷直流电动机为了去掉电刷,将电枢放到定子上去,但是这样定
子上的电枢通过直流电后,只能产生恒定的磁场,电动机依然转不起来。
为了使电动机转起来,必须使定子电枢各相绕组不断地换相通电,这样
才能使定子磁场随着转子的位置在不断地变化,使定子磁场与转子永磁
磁场始终保持90°左右的空间角,产生转矩推动转子旋转。
无刷直流电动机结构示意图
1主定子
2-主转子
3-传感器定子
4-传感器转子
5电子换向开关电路
输出
直流电源
开关电路
电动机
位置传感器
直流无刷电动机原理框图
无刷直流电动机( brushless dc motor)是由:电动机本体、转子
位置传感器和电子开关线路三部分组成。
如上图所示。直流电源通过开关电路向电动机定子绕组供电,位
置传感器随时检测到转子所处的位置,并根据转子的位置信号来控制
开关管的导通和截止,从而自动地控制哪些绕组通电,哪些绕组断电,
实现了电子换向
电动机
位置传感
电子开关线路
KyrI Kyn2LKyT3
直流无刷电动机结构原理图
三相定子绕组如图,转子由稀土永久磁钢按一定极数(2,46.,)组成,如2p为
2。三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的开关器件相连接(A、B、C三相绕组
分别与功率开关管VT1、ⅥT2、VT3相连),位置传感器与电机的转轴相连接并同步
运转。当电机定子绕组的某一相通电时,该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁
场相互作用而产生转矩,驱动转子旋转,再由位置传感器将转子磁钢的位置信号变
换成电信号,去控制电子开关线路,每相依次下去,从而使定子各相绕组按一定次
序导通,定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换相。
转子上永久磁铁的特性,在很大程度上决定了电动机的特性,目前采
用的永磁材料主要有铁淦氧、铝镍钴、钕铁硼以及SmCO5和Sm2CO17
在转子上安置永久磁铁的方式有两种
种是:将成型永久磁铁装在转子表面,即所谓外装式;
种是:将成型永久磁铁埋入转子里面,即所谓内装式,图5-2。
凸极式转子上有明显凸出的成对磁极或励磁线圈。
隐极式转子上没有凸出的磁极。转子本体表面开有槽,槽中嵌放励
磁绕组。
根据永久磁铁安装在转子上的方法的不同,永久磁铁的形状可分为扇
形和矩形两种
图5-2安装永久磁铁的方式
a)外装式b)内装式
>扇形磁铁构造的转子具有电枢电感小,齿槽效应转矩小的优点。但
易受电枢反应的影响,且由于磁通不可能集中,气隙磁密度低,电
极呈现凸极特性
矩形磁铁构造的转子呈现凸极特性,电枢电感大,齿槽效应转矩大
但磁通可集中,形成高磁通密度,故适于大容量电动机。此外,这
种转子结构的永久磁铁不易飞出,故可适合于高速运转。