三相无刷直流电机系统结构工作原理Word格式.docx

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低频转矩大:

低速能够达到理论转矩输出启动转矩能够达到两倍或更高。

高精度运行:

不超出1rpm.（不受电压改动或负载改动影响）。

高效率:

所有调速装置中效率最高比传统直流电机超出5～30%。

调速范围:

简略型/通用型（1:

10）高精度型（1:

100）伺服型。

过载容量高:

负载转矩改动在200%之内输出转速不变。

体积弹性大:

实质比异步电机尺寸小能够做成各样形状。

可设计成外转子电机（定子旋转）。

转速弹性大:

能够几十转到十万转。

制动特征优秀能够采纳四象限运行。

可设计成全密闭型IP-54IP-65防爆型等均可。

同意高频度迅速启动电机不发烫。

通用型产品安装尺寸与一般异步电机相同易于技术改造。

无刷直流电机的构成

直流无刷电动机的构造如图所示。

它主要由电动机本体、地点传感器和

电子开关线路三部分构成。

电动机本体在构造上与永磁同步电动机相像，但没有

笼型绕组和其余起动装置。

其定子绕组一般制成多相（三相、四相、无相不等），

转子由永远磁钢按必定极对数（2p=2,4，⋯）构成。

图直流无刷电动机的构造原理图

当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永远磁钢的磁极所产生的磁场相

互作用而产生的转矩，驱动转子旋转，再由地点传感器将转子磁钢地点变换成电

信号，去控制电子开关电路，进而使定子各相绕组按必定次序导通，定子相电流

随转子地点转子地点的变化而按必定的序次换相。

因为电子开关线路的导通序次

是与转子转角同步的，因此起到了机械换向器的换相作用。

如图所示。

图无刷直流电动机基本构造图

所以，所谓直流无刷电动机，就其基本构造而言，能够以为是一台由电子开

关线路、永磁式同步电动机以及地点传感器三者构成的“电动机系统”。

其原理

框图如图所示。

直流电源开关电路电动机

地点传感器

图直流无刷电动机的原理框图

地点传感器在直流无刷电动机中起着测定转子磁极地点的作用，为逻辑开关

电路供给正确的换相信息，马上转子磁钢磁极的地点信号变换成电信号，而后去

控拟订子绕组换相。

地点传感器种类许多，且各具特色。

在直流无刷电动机中常

见的地点传感器有以下几种：

电磁式地点传感器、光电式地点传感器、磁敏式位

置靠近传感器

【3】。

基本工作原理

尽人皆知，一般的永磁式直流电动机的定子由永远磁钢构成，其主要的作用

是在电动机气隙中产生磁场。

其电枢绕组通电后产生反响磁场。

其电枢绕组通电

后产生反响磁场。

因为电刷的换向作用，使得这两个磁场的方向在直流电动机运

行的过程中一直保持互相垂直，进而产生最大转矩而驱动电动机不断地运行。

直

流无刷电动机为了实现无电刷换相，第一要求把一般直流电动机的电枢绕组放在

定子上，把永磁磁钢放在转子上，这与传统直流永磁电动机的构造恰好相反。

但

仅这样做仍是不可以的，因为用一般直流电源给定子上各绕组供电，只好产生固定

磁场，它不可以与运动中转子磁钢所产生的永磁磁场互相作用，以产生单调方向的

转矩来驱动转子转动。

所以，直流无刷电动机除了由定子和转子构成电动机本体

之外，还要由地点传感器、控制电路以及功率逻辑开关共同构成的换相装置，使

得直流无刷电动机在运行过程中定子绕组所产生的的磁场和转动中的转子磁钢

产生的永磁磁场，在空间一直保持在（π/2）rad左右的电角度。

无刷直流电机参数

本系统采纳的无刷电机参数

额定功率：

100W

额定电压：

24V（DC）

额定转速：

3000r/min

额定转矩：

0.23N?

m

最大转矩：

0.46N?

定位转矩：

0.01N?

额定电流：

最大电流：

极对数：

4

霍尔传感器地点呈60°

搁置

三相无刷电动机主电路及工作方式

无刷直流电机有多相构造，每种电动机可分为半桥驱动和全桥驱动，全桥驱

动又可分为星形联络和三角形联络以及不一样的通电方式。

所以，不一样的选择会使

电动机产生不一样的性能和成本，这是每一个应用系统设计者都要考虑的问题。

下

面做一下对照。

（1）绕组的利用率。

与一般直流电机不一样，无刷直流电动机的绕组是断续

通电的。

适合地提升绕组通电利用率能够使同时通电导体数增添，使电阻降落，

提升效率。

从这个角度来看，三对比四相好，四对比无相好，全桥比半桥好。

（2）转矩的颠簸。

无刷直流电动机的输出转矩颠簸比一般直流电动机的大，

所以希望尽量减小转矩颠簸。

一般相数越多，转矩的颠簸越小。

全桥驱动比半桥

驱动转矩的颠簸小。

（3）电路的成本。

相数越多，驱动电路所使用的开关管越多，成本越高。

全桥驱动比半桥驱动所使用的开关管多一倍，所以成本要高。

多相电动机的构造

复杂，成本也高

【9】。

综合上述剖析，本系统采纳三相星形（Y）联络全控电路，如图。

图三相星形（Y）联络绕组三相全控桥式电路

单片机输入控制信号到LM621的输入端，经过内部驱动以后控制信号被加载

到功率MOSFE的T栅极，经过控制信号驱动MOSFE的T开关，这样只需单片机控制

好各相输出的相位关系在转子转到适合的地点后进行换相，这样就能在单片机端

口输出TTL电平的时候输出端将高压信号直接加载到无刷直流电机的相应相的

绕组上。

在三相逆变电路中，应用最多的是如图所示的三相桥式全控逆变电路。

在该电路中，电动机的三相绕组为星形（Y）联络。

VF1、VF2、⋯、VF6为六只

MOSFET功率管，起绕组的开关作用。

他们的通电方式又可分为两两导通和三三

导通两种方式。

1.两两通电方式

所谓两两导通方式是指每一瞬时有两个功率管导通，每隔1/6周期（60°

电角度）换相一次，每次换相一个功率管，每一功率管导通120°

电角度。

各功

率管的导通次序是VF1VF2、VF2VF3、VF3VF4、VF4VF5、VF5VF6、VF6VF1、⋯。

当功率管VF1和VF2导通时，电流从VF1管流入A相绕组，再从C相绕组流出，

经VF2管回到电源。

假如认定流入绕组的电流所产生的转矩为正，那么从绕组流

出所产生的转矩则为负，它们合成的转矩如图（a）所示，其大小为3Ta，

方向在Ta和－Tc的角均分线上。

当电机转过60°

后，由VF1VF2通电换成VF2VF3

通电。

这时，电流从VF3流入B相绕组再从C相绕组流出，经VF2回到电源，此

时合成的转矩如图（b）所示，其大小相同为3Ta。

但合成转矩Tbc的方向

转过了60°

电角度，尔后每次换相一个功率管，合成转矩矢量方向就跟着转过

60°

电角度，但大小一直保持3Ta不变。

图（c）示出了所有合成转矩的方

向。

图星形（Y）联络绕组两两通电时的合成转矩矢量图

（a）VF1、VF2导通时合成转矩；

（b）VF2、VF3导通时合成转矩；

（c）两两通电时合成转矩矢量图

所以，相同一台无刷直流电动机，每相绕组经过与三相半控电路相同的电流

时，采纳三相星形（Y）联络全控电路，在两两换相的状况下，其合成转矩增添

了3倍。

每隔60°

电角度换向一次，每个功率管通电120°

，每个绕组通电

240°

，此中正相通电和反相通电各120°

，其输出转矩波形如图所示。

由

图能够看出，三相全控时的转矩颠簸比三相半控时小得多。

如将三只霍尔传感器按相位差120°

安装，则它们所产生的波形如图（a）

所示。

其换相的控制电路可由一片74LS138型3－8译码器和74LS09、74LS38

两片门电路构成，本系统采纳无刷直流电动机专用集成芯片LM621控制，如图

（b）所示。

图全控桥输出波形图

（a）

（b）

图全控桥两两通电电路原理表示图

（a）传感器输出波形；

（b）原理表示图

2.三三通电方式

所谓三三通电方式，是指每一瞬时均有三只功率管同时通电，每隔60°

换

相一次，每个功率管通电180°

。

它们的导通序次是VF1VF2VF、3VF2VF3VF、4

VF3VF4VF、5VF4VF5VF、6VF5VF6VF、1VF6VF1VF、2VF1VF2VF、3⋯。

当VF6VF1VF2

导通时，电流从VF1流入A相绕组，经B相和C相绕组（这时B、C两相绕组为

并联）分别从VF6和VF2流出。

这时流过B相和C相绕组的电流分别为流过A

相绕组的1/2，其合成转矩如图（a）所示，其方向与A相相同，而大小为

经过60°

电角度后，换相到VF1VF2VF3通电，即先关断VF6尔后导通VF3

（注意，必定要先关VF6尔后通VF3，不然就会出现VF6和VF3同时通电，则电

源被短路，这是绝对不一样意的）。

这时电流分别从VF1和VF3流入，经A相和B

相绕组（相当于A相和B相并联）再流入C相绕组，经VF2流出，合成转矩如图

（b）所示，其方向与-C相同，转子再转过60°

电角度后大小仍为。

再经过60°

电角度后，换相到VF2VF3VF4通电，尔后挨次类推，周而复始。

它

们的合成转矩矢量图如图（c）所示。

图三三通电时的合成转矩矢量图

（a）VF6VF1VF2导通时合成转矩；

（b）VF1VF2VF3导通时合成转矩；

（c）三三通电时的合成转矩

在这类通电方式里，每瞬时均有三个功率管通电。

换相一次，每

次有一个功率管换相，每个功率管导通180°

从某一相上看，星形（Y）联络

三三通电方式一相电压波形如图所示。

图星形（Y）联络三三通电方式一相电压波形

别的，依据直流侧电源性质的不一样可分为两种：

直流侧是电压源的称为电压

型逆变电路，直流侧是电流源的称为电流型逆变电路。

它们各有特色，本系统使

用电压型逆变电路，它有以下特色：

（1）直流侧为电压源，或接有大电容，相当于电压源，直流侧电压基本无

脉动，直流回路体现低阻抗。

（2）因为直流电压源的钳位作用，沟通侧电压波形为矩形波，而且与阻抗

角没关，而沟通侧电流波形和相位因负载阻抗角而异。

（3）当沟通侧为阻感性负载时需供给无功功率，直流侧电容起缓冲无功能

量的作用，为了给沟通侧反应的无功能量供给通道，逆变桥给臂都并联反应二极

管

【8】

电压型逆变电路主要用于双方面：

①笼式沟通电动机变频调速系统。

因为逆变电路只拥有单方向传达电能的功

能，故比较合用于稳态运行、无需屡次起制动和加、减速的场合。

②不断电电源。

该电源在逆变入端并接蓄电池，近似于电压源。