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无刷直流电机结构类型和基本原理.doc

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文档介绍:The final edition was revised on December 14th, 2020.
无刷直流电机结构类型和基本原理
无刷直流电机结构、类型和基本原理
2009年10月14日
无刷直流但这种传感器信噪比较低.体积较大.而且其输出波形为交流,一般需经整流、滤波后方可使用,因而极大地限制了其在普通情况下的应用。
(2)磁敏式位置传感器。磁敏传感器利用电流的磁效应进行工作,所组成的位置检测器由与电机同轴安装、具有与电机转子同极数的永磁检测转子和多只空问均匀分布的磁敏元件构成。目前常用的磁敏元件为霍尔元件或霍尔集成电路,它们在磁场作用下会产生霍尔电
势,经整形、放大后即可输出所需电平信号,构成了原始的位置信号。图5-22为霍尔集成电路及其开关型输出特性。
为了获得三组互差120
°电角度、宽180度电角度的方波原始位置信号。需要3只在空间互差机械角度分布霍尔元件,其中户为电机极对数。图5-23给出了一台四极电动机的霍尔位置检测器完整结构,3个霍尔元件Hl、H2、H3在空间互差60°机械角度分布。当永磁检测转子依次经过霍尔元件时。根据极性的不同,产生出三相互差120°电角度、宽180°电角度的方波位置信号,它正好反映了同轴安装的电动机转子磁极的空间位置信息。经整形电路和逻辑电路后,输出6路功率电子开关的触发信和逻辑电路号。霍尔位置检测器是永磁无刷直流电动机中采用较多的一种。
(3)光电式位置传感器和光电式位置传感元件的结构。这是一种利用与电动机转子同轴安装、带缺口旋转圆盘对光电元件进行通、断控制.以产生一系列反映转子空间位置脉冲信号的检测方式。由于三相永磁元刷直流电动机一般每l/6周期换相一次,因此只要采用与电磁式或霍尔式位置检测相似的简单检测方法即可,不必采用光电编码盘的复杂方式。简单光电元件的结构如图5一24所示.由红外发光二极管和光敏三极管构成。当元件凹槽内光线被圆盘挡住时,光敏三极管不导通:当凹槽内光线
由圆盘缺口放过时,光敏三极管导通.以此输出开关型的位置信号。圆盘缺口弧度及光电元件空间布置规律和开口变压器式位置检测器相同。
除了以上3种位置传感器外,还有正、余弦旋转变压器和光电编码器等其他位置传感元件,但成本高、体积大、线路复杂,较少采用。由于位置检测器有机械安装、维护及运行可靠性等问题.因此近期来出现了元位置检测器。
元位置传感器检测技术的成功运用解决了位置传感器安装难的问题,而且减小了体积,提高了可靠性,受到了国内外的普遍关注。目前较为常用的方法有:反电动势检测法、续流二极管工作方式检测法、定子三次谐波检测法和瞬时电压方程法等。
必须注意:通过各种方法所得到的位置信号一般不能直接用来控制功率管的通断.往往需要经过一定的逻辑处理后才能作用于逻辑控制单元。
3.电子换向电路
无刷直流电动机的电子换相线路是用来控制电动机定子绕组通电的顺序和导通的时间。主要由功率开关管和逻辑控制电路组成.功率开关单元是核心部分.其功能是将电源的功率以一定的逻辑关系分配给无刷直流电动机定子E的各项绕组,从而使电动机产生持续不断的转矩。控制部分是将通过位置检测得到的信号.根据需要转化成相应的脉冲信号去驱动功率开关管。目前,无刷直流电动机的主开关一般采用IGBT或M0sFET等全控型器件,有些主电路已经有了集成功率模块(PIc)和智能功率模块(IPM),它们的应用可以使整个系统的呵靠性大幅度提高。
(=)无刷直流电动机的类型
近年来出现的元刷直流电动机,用晶体管开关电路和位置传感器代替电刷和换向器。无刷直流电动机的类型按晶体管开关电路的不同可分为桥式和非桥式两种;按所使用的位置传感器形式的不同可分为光电式、电磁式、磁敏元件式和接近开关式等。
三、无刷直流电动机的基本工作原理
在实际应用中,永磁无刷直流电动机多采用三相桥式功率主电路形式,但为了便于说明,先从三相半桥式主电路开始分析其运行原理。

图5-25为三相半桥式永磁无刷直流电机(P=1)三只光电式位置传感元件H1 H2 H3 空间互差120°均匀分布,宽180°缺口遮光圆盘与电动机转子同轴安装,调整圆盘缺口与转子磁极的相对位置,使缺口边沿能反映转子磁极的空间位置。
该缺口位置使光电元件H1受光而输出高电平,触发导通功率开关VTl使直流电流流入A相绕组Ax,形成位于A相绕组轴线上的电枢磁势。此时圆盘缺口与转子磁极的相对位置被调整得使转子永相绕组平面磁势Ff位于B相绕组B-X平面上所示,如图5—26(a)所示两者相互作用产生驱动转矩,驱使转子顺时针旋转。当转子磁极转至图5 26(b)所示的位置时,如仍保持A