直流電機(jī)主要有直流有刷電機(jī)和無(wú)刷直流電機(jī)兩種，特別是無(wú)刷直流電機(jī)以其出色的工作特性在工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中應(yīng)用廣泛，本文對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)工作原理及構(gòu)成進(jìn)行介紹。

一無(wú)刷直流電機(jī)簡(jiǎn)介

　　無(wú)刷直流電機(jī)(BLDC)以電子換向器取代了機(jī)械換向器，所以無(wú)刷直流電機(jī)既具有直流電機(jī)良好的調(diào)速性能等特點(diǎn)，又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)換向火花、運(yùn)行可靠和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

圖1、無(wú)刷直流電機(jī)模型

　　無(wú)刷直流電機(jī)主要由用永磁材料制造的轉(zhuǎn)子、帶有線圈繞組的定子和位置傳感器(可有可無(wú))組成。可見(jiàn)，它和直流電機(jī)有著很多共同點(diǎn)，定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)差不多(原來(lái)的定子變?yōu)檗D(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子變?yōu)槎ㄗ?，繞組的連線也基本相同。但是，結(jié)構(gòu)上它們有一個(gè)明顯的區(qū)別：無(wú)刷直流電機(jī)沒(méi)有直流電機(jī)中的換向器和電刷，取而代之的是位置傳感器。這樣，電機(jī)結(jié)構(gòu)就相對(duì)簡(jiǎn)單，降低了電機(jī)的制造和維護(hù)成本，但無(wú)刷直流電機(jī)不能自動(dòng)換向(相)，犧牲的代價(jià)是電機(jī)控制器成本的提高(如同樣是三相直流電機(jī)，有刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)橋需要 4 只功率管，而無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)橋則需要 6 只功率管)。

　　圖1所示為其中一種小功率三相、星形連接、單副磁對(duì)極的無(wú)刷直流電機(jī)，它的定子在內(nèi)，轉(zhuǎn)子在外。另一種無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)和這種剛剛相反，它的定子在外，轉(zhuǎn)子在內(nèi)，即定子是線圈繞組組成的機(jī)座，而轉(zhuǎn)子用永磁材料制造。

　　無(wú)刷直流電機(jī)有以下的特點(diǎn)：

　　● 無(wú)刷直流電機(jī)的外特性好，能夠在低速下輸出大轉(zhuǎn)矩，使得它可以提供大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；

　　● 無(wú)刷直流電機(jī)的速度范圍寬，任何速度下都可以全功率運(yùn)行；

　　● 無(wú)刷直流電機(jī)的效率高、過(guò)載能力強(qiáng)，使得它在拖動(dòng)系統(tǒng)中有出色的表現(xiàn)；

　　● 無(wú)刷直流電機(jī)的再生制動(dòng)效果好，由于它的轉(zhuǎn)子是永磁材料，制動(dòng)時(shí)電機(jī)可以進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)；

　　● 無(wú)刷直流電機(jī)的體積小，功率密度高；

　　● 無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)機(jī)械換向器，采用全封閉式結(jié)構(gòu)，可以防止塵土進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，可靠性高；

　　● 無(wú)刷直流電機(jī)比異步電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制簡(jiǎn)單。

二無(wú)刷直流電機(jī)工作原理

　　無(wú)刷直流電機(jī)的定子是線圈繞組電樞，轉(zhuǎn)子是永磁體。如果只給電機(jī)通以固定的直流電流，則電機(jī)只能產(chǎn)生不變的磁場(chǎng)，電機(jī)不能轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，只有實(shí)時(shí)檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置，再根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置給電機(jī)的不同相通以對(duì)應(yīng)的電流，使定子產(chǎn)生方向均勻變化的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電機(jī)才可以跟著磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。

　　如圖2所示為無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)原理示意圖，為了方便描述，電機(jī)定子的線圈中心抽頭接電機(jī)電源 POWER，各相的端點(diǎn)接功率管，位置傳感器導(dǎo)通時(shí)使功率管的 G極接 12V，功率管導(dǎo)通，對(duì)應(yīng)的相線圈被通電。由于三個(gè)位置傳感器隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)依次導(dǎo)通，使得對(duì)應(yīng)的相線圈也依次通電，從而定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也不斷地變化，電機(jī)轉(zhuǎn)子也跟著轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，這就是無(wú)刷直流電機(jī)的基本轉(zhuǎn)動(dòng)原理——檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，依次給各相通電，使定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)的方向連續(xù)均勻地變化。

圖2：無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理示意圖

三無(wú)刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法

　　無(wú)刷直機(jī)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式按不同類(lèi)別可分多種驅(qū)動(dòng)方式，它們各有特點(diǎn)。

　　按驅(qū)動(dòng)波形：

　　● 方波驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)方式實(shí)現(xiàn)方便，易于實(shí)現(xiàn)電機(jī)無(wú)位置傳感器控制；

　　● 正弦驅(qū)動(dòng)，這種驅(qū)動(dòng)方式可以改善電機(jī)運(yùn)行效果，使輸出力矩均勻，但實(shí)現(xiàn)過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。同時(shí)，這種方法又有SPWM 和 SVPWM(空間矢量PWM)兩種方式，SVPWM的效果好于SPWM。

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