永磁无刷直流电机

永磁无刷直流电机永磁无刷直流电机概述概述 永磁直流无刷电机是永磁直流无刷电机是 用用永磁体永磁体建立建立磁场，用磁场，用电子换向装置电子换向装置代替代替换向器换向器，实，实现现直流电能直流电能转换为转换为机械旋转机械旋转的一种直流的一种直流电机。电机。永磁直流电机的主要特点永磁直流电机的主要特点没有换向器和电刷组组成的机械接触机构，所以无刷电机没有换向火花，寿命长，运行可靠，转速不受机械换向的限制。可实现每分钟几万到几十万转的超高转速运行。永磁电机没有励磁绕组，节省电机的用铜量，减少电气铜耗。特别是在微型和小容量范围内，电机的重量，体积，效率和成本都得到改善，同时也不需要励磁电源，可以减少电源的耗电量，具有重要的经济价值永磁电机中永磁材料的磁场是恒定的，因此永磁电机电压调整率差，调速也一般通过改变电枢电压/电流来实现结构简单、体积小、效率高无刷直流电机的工作原理框图无刷直流电机的工作原理框图直流电源直流电源电机本体电机本体电子换相线路电子换相线路转子位置传感器转子位置传感器输出输出 在无刷直流电机中，借助反映主转子位置的在无刷直流电机中，借助反映主转子位置的位置传感器位置传感器的输出信号，通过的输出信号，通过电子换相电子换相电路电路去驱动与电枢绕组连接的相应的功率开关器件，使电枢绕组依次馈电，从而在定子去驱动与电枢绕组连接的相应的功率开关器件，使电枢绕组依次馈电，从而在定子上产生跳跃式的旋转磁场，驱动永磁转子旋转。上产生跳跃式的旋转磁场，驱动永磁转子旋转。随着转子的转动，位置传感器不断的送出信号，改变电枢绕组的通电状态，使得在随着转子的转动，位置传感器不断的送出信号，改变电枢绕组的通电状态，使得在某一磁极下导体中的电流方向始终不变。某一磁极下导体中的电流方向始终不变。永磁无刷直流电机结构永磁无刷直流电机结构无刷直流电机无刷直流电机电机本体电机本体电子换相线路电子换相线路转子位置传感器转子位置传感器转子转子定子定子永磁体永磁体导磁体导磁体支承零部件支承零部件定子铁芯定子铁芯定子绕组定子绕组机壳等机壳等两相两相导通导通星形星形 三相三相六状态六状态 电电机机工作原工作原理。理。工作原理工作原理 从运行过程看，定子绕组每隔60电度角换向一次，定子合成磁动势位置就改变一次，每相绕组每次导通120电度角，且始终保持两相绕组导通。所以此工作方式称为两相导通三相六状态工作方式几个关于永磁无刷直流电机的平衡方程电动势平衡方程：U 电源电压 E 电枢绕组反电动势Iacp 平均电枢电流 Racp 电枢绕组平均电阻U 功率晶体管饱和管压降n 电机转速 Ke 反电动势系数电枢绕组反电动势：通过以上两式可知：转速不变时，转矩平衡方程：转速不变时，转矩平衡方程：M 电磁转矩M2 输出转矩M0 摩擦转矩转速变化时，转矩平衡方程：转速变化时，转矩平衡方程：J转动部分的转动惯量转子机械角速度起动特性起动特性起动电流（电枢电流）公式：起动电流（电枢电流）公式：In 起动电流(A)U 电源电压(V)U 功率晶体管饱和管压降(V)racp 电枢绕组平均电阻()起动电流的值可以为正常工作的电枢电流几倍到十几倍，所以起动电起动电流的值可以为正常工作的电枢电流几倍到十几倍，所以起动电磁转矩很大，电机可以很快起动，并且能带载启动。随着转子的加速，磁转矩很大，电机可以很快起动，并且能带载启动。随着转子的加速，反电动势反电动势E增大，电磁转矩降低，加速转矩也减小，最后进入正常的工作增大，电磁转矩降低，加速转矩也减小，最后进入正常的工作状态。状态。空载启动时电枢电流和转速的关系空载启动时电枢电流和转速的关系工作特性工作特性工作特性主要包括：电枢电流和电机效率与输出转矩的关系。电枢电流和输出转矩的关系式电机效率和输出转矩的关系式T 输出转矩Km转矩系数Iacp平均电枢电流P1输入功率=IacpU P2输出功率=M2nP电机总损耗M2输出转矩 当当M2=0时，即没有输出转矩时，电机效率为零。随着输出转矩增加，时，即没有输出转矩时，电机效率为零。随着输出转矩增加，电机效率也就增加。当电机的可变损耗等于不变损耗时候，电机效率达到最电机效率也就增加。当电机的可变损耗等于不变损耗时候，电机效率达到最大，随后，效率又开始下降。大，随后，效率又开始下降。负载、效率 特性曲线 机械特性和调速特性机械特性和调速特性 当不计U变化和电枢反映的影响时，式子等号右边第一项为常数，所以电磁转矩随速度的减小而线性增加。在同一转速下改变电源电压，可以容易的改变输出转矩，或在同一负载下改变转速。所以无刷直流电局调速性能很好，可通过改变电源电压实现平滑调速。所以无刷直流电局调速性能很好，可通过改变电源电压实现平滑调速。由于电机损耗中可变部分及电枢反映的影响，输出转矩会偏离直线由于电机损耗中可变部分及电枢反映的影响，输出转矩会偏离直线机械特性曲线 常用永磁无刷直流电机有常用永磁无刷直流电机有8条引线条引线（如图所示）。（如图所示）。其中三条为其中三条为 粗黄、粗绿、粗蓝，粗黄、粗绿、粗蓝，是绕组引线，其余是绕组引线，其余5条细线是转子位条细线是转子位置传感器引线。细红一般为正置传感器引线。细红一般为正5伏，伏，细黑是细黑是5伏负极兼信号公共端，细黄、伏负极兼信号公共端，细黄、细绿、细蓝是细绿、细蓝是3个转子位置信号引线。个转子位置信号引线。无刷控制器接直流电源。无刷控制器接直流电源。无刷控制器就是靠它们提供的信无刷控制器就是靠它们提供的信号，来改变绕组电流方向的。号，来改变绕组电流方向的。无刷永磁直流电机无刷永磁直流电机必须匹配必须匹配无刷无刷控制器控制器工作。工作。永磁无刷直流电机的接线永磁无刷直流电机的接线无刷控制器无刷控制器电源电源（直流）（直流）三根相线三根相线（黄绿蓝）（黄绿蓝）霍尔线霍尔线调速线调速线档位线档位线（控制正反转）（控制正反转）