无刷直流电机工作原理

电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法,同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体,为了检测电动机转子的极性,在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成,其功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号,以控制电动机的启动、停止和制动;接受位置传感器信号和正反转信号,用来控制逆变桥各功率管的通断,产生连续转矩;接受速度指令和速度反馈信号,用来控制和调整转速;提供保护和显示等等。

由于无刷直流电动机是以自控式运行的,所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组,也不会在负载突变时产生振荡和失步。

中小容量的无刷直流电动机的永磁体,现在多采用高磁能积的稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。因此,稀土永磁无刷电动机的体积比同容量三相异步电动机缩小了一个机座号。

近三十年来针对异步电动机变频调速的研究,归根到底是在寻找控制异步电动机转矩的方法,稀土永磁无刷直流电动机必将以其宽调速、小体积、高效率和稳态转速误差小等特点在调速领域显现优势。

电枢绕组

直流电机的电磁感应的关键部件之一为导电的绕组,因为重要,故称为电枢绕组。电枢绕组是直流电机的电路部分,亦是实现机电能量转换的枢纽。电枢绕组的构成,应能产生足够的感应电动势,并允许通过一定多电枢电流,从而产生所需的电磁转矩和电磁功率。此外,还要节省有色金属和绝缘材料,结构简单,运行可靠。

大的分类为环形和鼓形;环形绕组只曾在原始电机用过,由于容易理解故讲原理时也用此类绕组;现代直流电机均用鼓形绕组,它又分为叠绕组、波绕组和蛙形绕组。鼓形绕组比环形绕组制造容易,又节省导线,运行较可靠,经济性好,故现在均用鼓形绕组。

无刷直流电机的基本原理

意法半导体的ST72141是专门用在无刷直流电机(BLDC)控制的单片机。内部包含意法半导体自有的反电动势检测专利技术,专门用于电机控制的片内外设,大大减少了电机控制系统的成本,简化了电机控制系统的设计。

ST72141是ST公司专门用于同步电机控制的一款单片机,特别适合3相无刷直流电机的控制。无刷直流电机可用于工业控制、汽车电子产品、电冰箱、空调、压缩机和风扇等产品。无刷直流电机的优点是效率高、工作噪声低、体积小、可靠性好和寿命长。

ST72141是ST7微控制器家族产品中的一员。它包括A/D转换和SPI接口,有专门用于无刷直流电机控制的片内外设,可选择带传感器模式和不带传感器模式。

无刷直流电机包含2个同轴的磁性电枢:外部电枢,即固定的定子;内部电枢,即可动的转子。定子是电机的引导部分;转子是电机的感应部分。无刷直流电机内部电枢的转子是一个永磁体。这个电枢由恒流源供电。定子可以有多相(这里以3相为例)。电机是同步电机。无刷永磁体直流电机是同步电机,定子的磁场旋转速度和转子的机械旋转速度相同。

反电动势是使用ST72141在不带传感器模式下驱动无刷直流电机的基础。反电动势和转子的转速、流过转子的磁通和相应绕组的转子数目成正比。

绕组产生的力矩大小与电流和磁通量成正比关系。

ST72141提供2种控制方式:电压模式和电流模式。电流模式下可以直接按比例调节力矩;电压模式下可以调节速度,设置力矩限阈值(即电流的阈值)。