无刷直流电机操控-（一）概念和原理

发布时间：2024-03-11 12:40:37 | 作者: 半岛在线登录官网

  这个系列为咱们具体讲下无刷直流电机的操控，从概念和原理到数学模型的核算再到操控战略，争夺赶快更新完。如果有任何疑问可以私信或许谈论，咱们互相学习前进～

  无刷直流电机（BLDC）即无电刷和换向器的电机，又称无换向器电机或同步直流电机。BLDC输入端为直流电，但本质上其实是通过循环切换逆变器主开关完成了交流电的效果，使线圈绕组发生一些改变的磁场，并让电机转子受接连的转矩效果而继续滚动。

  BLDC可以精确的通过定子绕组的数量装备为单相、两相和三相，咱们平常接触到的最多的是三相电机，上图是一款三相无刷直流电机的拆解示意图。

  据估计，2022年BLDC电机市场规模将到达197.6亿美元左右，跟着BLDC电机技能趋于老练，BLDC电机已经在军事、航空、工业、轿车、民用操控办理体系，以及家电等范畴都有了广泛的运用。多见低压小功率器材，比方小型机器人、无人机、电瓶车、吸尘器、电动工具等。

  吸尘器/吹风机：说到吹风机或吸尘器，咱们耳熟能详的品牌便是戴森（Dyson）。戴森吹风机所宣扬的“跨年代黑科技”V9智能数字电机比传统电机更小，更轻，转速更快。

  不必碳刷，电机每分钟转数可达110000次，而且该电机比其他电机更细巧简便。在戴森的数字电机选用的电机是“single-phase brushless DC motor”，本质上便是一款BLDC电机。

  无人机电机操控的关键是转速和方向操控，最抢手的无人机非大疆莫属。下图是无人机Spark的拆解图，可见四个角端的BLDC电机。

  日子中常见的手持电动工具，例如博世的电动扳手、电钻等。无刷直流电机的节能和高功率，再加上手持式的电动工具的本钱也在继续下降，所以更多运用BLDC电机的电动工具发展迅速，最有名的世界大厂例如博世（Bosch）、德伟（Dewalt）、美沃奇（Milwaukee）等。

  BLDC电机的定子由铸钢叠片组成，绕组置于沿内部圆周轴向开凿的槽中。定子与感应电机的定子十分相似，但绕组的散布办法不一样。大都BLDC电机都有三个星型衔接的定子绕组。这些绕组中的每一个都是由许多线圈相互衔接组成的。在槽中放置一个或多个线圈，并使它们相互衔接组成绕组。沿定子圆周散布这些绕组，以构成均匀散布的磁极。

  转子：BLDC电机选用永磁体做转子，转子中是没有线圈的，而转子的南磁极和北磁极是替换摆放的。别的，跟着软磁资料技能的进步和价格的下降，转子的资料也更多地选用高性能的钕铁硼稀土资料制造永磁转子，其较高的磁能积和安稳的特性使BLDC电机具有更好的机械特性和动态呼应，更高的功率和转速规模。这儿引证Microchip对BLDC的一篇原理阐明文件中的示意图，下图是转子磁体横截面的示意图：

  BLDC电机的操控最重要的是转子方位的辨认，方位辨认的办法有两种，一种是用方位传感器来辨认转子的方位，即霍尔传感器；另一种则无方位传感器，是通过查验测验反向电动势来辨认转子的方位。

  关于有感BLDC电机来说，大都BLDC电机会在定子中嵌入三个霍尔传感器。每次换向，都有一个绕组连到操控电源的正极（电流进入绕组），第二个绕组连到负极（电流从中流出），第三个处于失电状况。转矩是由定子线圈发生的磁场和永磁体之间的相互效果发生的。当转子磁极通过霍尔传感器邻近时，传感器就会宣布高电平或低电平信号，表征南/北磁极正在通过霍尔传感器所感知的区域。霍尔传感器输出的信号之间相位偏移可所以60°或120°。