无刷电机工作及控制原理图文解析

发布时间：2024-01-08 10:36:59 | 作者: 半岛在线登录官网

  首先给大家复习几个基础定则：左手定则、右手定则、右手螺旋定则。别懵逼，我下面会给大家解释。 左手定则，这个是电机转动受力分析的基础，简单说就是磁场中的载流导体，会受到力的作用。

  让磁感线穿过手掌正面，手指方向为电流方向，大拇指方向为产生磁力的方向，我相信喜欢玩模型的人都还有一定物理基础的哈哈。 右手定则，这是产生感生电动势的基础，跟左手定则的相反，磁场中的导体因受到力的牵引切割磁感线产生电动势。

  让磁感线穿过掌心，大拇指方向为运动方向，手指方向为产生的电动势方向。为何需要讲感生电动势呢?不知道大家有没有类似的经历，把电机的三相线合在一起，用手去转动电机会发现阻力非常大，这就是因为在转动电机过程中产生了感生电动势，由此产生电流，磁场中电流流过导体又会产生和转动方向相反的力，大家就会感觉转动有很大的阻力。不信可以试试。

  ▲三相线合并，电机转动阻力非常大 右手螺旋定则，用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N极。

  这个定则是通电线圈判断极性的基础，红色箭头方向即为电流方向。 看完了三大定则，我们接下来先看看电机转动的基本原理。

  我们找到一个中学物理学过的直流电机的模型，通过磁回路分析法来进行一个简单的分析。

  当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则，会产生方向指向右的外加磁感应强度B(如粗箭头方向所示)，而中间的转子会尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。 当转子磁场方向与外部磁场方向垂直时，转子所受的转动力矩最大。注意这里说的是“力矩”最大，而不是“力”最大。诚然，在转子磁场与外部磁场方向一致时，转子所受磁力最大，但此时转子呈水平状态，力臂为0，当然也就不会转动了。补充一句，力矩是力与力臂的乘积。其中一个为零，乘积就为零了。 当转子转到水平位置时，虽然不再受到转动力矩的作用，但由于惯性原因，还会继续顺时针转动，这时若改变两头螺线管的电流方向，如下图所示，转子就会继续顺时针向前转动，

  如此不断改变两头螺线管的电流方向，内转子就会不停转起来了。改变电流方向的这一动作，就叫做换相。补充一句：何时换相只与转子的位置有关，而与其他任何量无直接关系。

  一般来说，定子的三相绕组有星形联结方式和三角联结方式，而“三相星形联结的二二导通方式”最为常用，这里就用该模型来做个简单分析。

  上图显示了定子绕组的联结方式(转子未画出假想是个二极磁铁)，三个绕组通过中心的连接点以“Y”型的方式被联结在一起。整个电机就引出三根线A, B, C。当它们之间两两通电时，有6种情况，分别是AB,AC, BC, BA, CA, CB注意这是有顺序的。

  当AB相通电，则A极线圈产生的磁感线方向如红色箭头所示，B极产生的磁感线方向如图蓝色箭头所示，那么产生的合力方向即为绿色箭头所示，那么假设其中有一个二极磁铁，则根据“中间的转子会尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持一致”则N极方向会与绿色箭头所示方向重合。至于C，暂时没他什么事。 ▼第二阶段：AC相通电

  为了节省篇幅，我们就不一一描述CACB的模型，你们可以自己类推一下。以下为中间磁铁(转子)的状态图：

  我们再来看一个复杂点的，图(a)是一个三相九绕组六极(三对极)内转子电机，它的绕组连线方式见图 (b)。从图(b)可见，其三相绕组也是在中间点连接在一起的，也属于星形联结方式。一般而言，电机的绕组数量都和永磁极的数量是不一致的(比如用9绕组6极，而不是6绕组6极)，这样是为了防止定子的齿与转子的磁钢相吸对齐。

  其运动的原则是：转子的N极与通电绕组的S极有对齐的运动趋势，而转子的S极与通电绕组的N极有对齐的运动趋势。 即为S与N相互吸引，注意跟之前的分析方法有一定的区别。 好吧，还是再帮大家分析一下吧，

  看完了内转子无刷直流电机的结构，我们来看外转子的。其区别就在于，外转子电机将原来处于中心位置的磁钢做成一片片，贴到了外壳上，电机运行时，是整个外壳在转，而中间的线圈定子不动。外转子无刷直流电机较内转子来说，转子的转动惯量要大很多(因为转子的主要质量都集中在外壳上)，所以转速较内转子电机要慢，通常KV值在几百到几千之间。也是航模主要运用的无刷电机顺便啰嗦一下吧。无刷电机KV值定义为：转速/V，意思为输入电压每增加1伏特，无刷电机空转转速增加的转速值。比如说，标称值为1000KV的外转子无刷电机，在11伏的电压条件下，最大空载转速即为：11000rpm(rpm的含义是：转/分钟)。 同系列同外形尺寸的无刷电机，根据绕线匝数的多少，会表现出不同的KV特性。绕线匝数多的，KV值低，最高输出电流小，扭力大;绕线匝数少的，KV值高，最高输出电流大，扭力小。我先前测试过穿越机2204电机的极限电流，单电机能彪上25A，而2212系列电机15A都上不了。

  分析方法也和内转子电机类似，大家能自己分析一下，根据右手螺旋定理判断线圈的N/S极，转子永磁体的N极与定子绕组的S极有对齐(吸引)的趋势，转子永磁体的S极与定子绕组的N极有对齐(吸引)的趋势，从而驱动电机转动。 经典无刷电机2212 1000kv电机结构分析。

  其结构如下：定子绕组固定在底座上，转轴和外壳固定在一起形成转子，插入定子中间的轴承。

  后面画出了6种两相通电的情形，能够准确的看出，尽管绕组和磁极的数量可以有许多种变化，但从电调控制的角度看，其通电次序其实是相同的，也就是说，不管外转子还是内转子电机，都遵循AB->

  后面画出了6种两相通电的情形，能够准确的看出，尽管绕组和磁极的数量可以有许多种变化，但从电调控制的角度看，其通电次序其实是相同的，也就是说，不管外转子还是内转子电机，都遵循AB-CB的顺序进行通电换相。当然，如果你想让电机反转的话，电子方法是按倒过来的次序通电;物理方法直接对调任意两根线，假设A和B对调，那么顺序就是BA->

  CB的顺序进行通电换相。当然，如果你想让电机反转的话，电子方法是按倒过来的次序通电;物理方法直接对调任意两根线，假设A和B对调，那么顺序就是BA-

  ▲CB相通电 要说明一下的是，由于每根引出线同时接入两个绕组，所以电流是分两路走的。这里为使问题尽量简单化，下面几个图中只画出了主要一路的电流方向，还有一路电流未画出，另一路电流的详细情况放在后面做多元化的分析，涉及到电路检测换相位置。

  关键字：编辑：什么鱼 引用地址：无刷电机工作及控制原理图文解析上一篇：PLC的6种实用技巧

  无刷电机之父是谁 无刷电机的发明者和先驱可以追溯到20世纪60年代，当时德国的电气工程师Werner Gartner首次提出了无刷直流电机的概念和设计。 在随后的几十年里，无刷电机得到了广泛的研究和应用，许多科学家、工程师和企业家都为无刷电机的发展做出了重要的贡献。 不过，如果要说无刷电机之父，那么就要提到日本电机工程师Takashi Kenjo。在20世纪80年代初期，Kenjo与其团队开始研究无刷电机技术，并于1982年研发出了世界上第一款商业化的无刷电机。这款电机采用了新型的永磁体材料和独特的控制算法，大幅度的提升了效率和性能，成为了无刷电机技术发展的重要里程碑。随后，Kenjo还在无刷电机领域做出了许多

  下图为无刷电机的外观和结构示例。 左侧是用来旋转光盘播放设备中的光盘的主轴电机示例。共有三相×3共9个线圈。右侧是FDD设备的主轴电机示例，共有12个线）。线圈被固定在电路板上，并缠绕在铁芯上。 在线圈右侧的盘状部件是永磁体转子。外围是永磁体，转子的轴插入线圈的中心部位并覆盖住线圈部分，永磁体围绕在线圈的外围。 三相全波无刷电机的内部结构图和线圈连接等效电路 接下来是内部结构简图和线圈连接等效电路示意图。 该内部结构简图是结构很简单的2极（2个磁体）3槽（3个线圈）电机示例。它类似于极数和槽数相同的有刷电机结构，但线圈侧是固定的，磁体可以旋转。当然，没有电刷。 在这种情况下，线圈采用Y形接法，使

  的结构 /

  电机驱动能效不论提高多少，都会节省大量的电能，这就是市场对先进的电机控制算法的兴趣日浓的部分原因。三相无刷电机主要指是交流感应异步电机和永磁同步电机。这些电机以能效高、可靠性高、维护成本低、产品成本低和静音工作而著称。感应电机已在水泵或风扇等工业应用中得到普遍应用，并正在与永磁同步电机一起充斥家电、空调、汽车或伺服驱动器等市场。推动三相无刷电机发展的根本原因有：电子元器件的价格降低，实现复杂的控制策略以克服本身较差的动态性能成为可能。 以异步电机为例。简单的设计需要给定子施加三个120°相移的正弦波电压，这些绕组的排列方式能够产生一种旋转磁通量。利用变压器效应，这个磁通量在转子笼内感应出一股电流，然后产生转子磁通量。就是这

  实施磁场定向控制 /

  直流无刷电机通交流电 直流无刷电动机（Brushles DC Motor）是没有电刷和换向器的直流电动机。结构上是永磁交流同步电机，利用电力电子技术（变频器）输入交流讯号到马达。但这些交流讯号不是正弦波，只是双向的直流电，波形没有限制。但新型向量控制技术已对无刷直流电机使用正弦波控制，使得转矩波动和低速性能均有较大改善。较简单的结构是有一枚永久磁铁及两组（四个）线圈，两组线圈轮流开关。永久磁铁是转子，线圈是定子。当磁铁与线圈成一直线的时候，断开该组线圈，启动下一组线圈。与传统有刷式直流电动机相比，无刷式较为安全和可靠。碳刷经常使用有碳粉，高温环境下，碳粉可能会爆炸。因此，需要定期清理，同时保养成本比较高。 咨询更多相关信息可

  在三相全波无刷电机的旋转原理中，介绍了三相全波无刷电机通过三个线圈中的驱动电流切换实现旋转的原理。接下来将介绍三相全波无刷电机的驱动方法，但在此之前会先介绍三相全波无刷电机的位置检测的新方法，因为在实际的三相全波无刷电机驱动中，需要检测旋转的永磁体的位置。 位置检测的方法主要有两种。一种是使用传感器的方法，这种方法需要用霍尔元件的电压。虽然在上一篇文章中用来说明旋转原理的图中没有直接解释，但是标出了H1、H2和H3霍尔元件（传感器）。另一种是检测各线圈的感应电压的方法，由于这种方法不使用传感器而被称为“无传感器方法”。 使用霍尔元件的位置检测（有传感器） 使用霍尔元件（传感器）检测旋转的永磁置时，将霍尔元件的安装的地方设置在

  的位置检测 /

  无刷电机启动不起来的原因 无刷电机启动不起来的原因可能有很多，以下是一些常见的问题和解决办法： 电源问题：检查电源是不是正常，电压是否足够，电源线是否连接良好。 控制器问题：无刷电机需要配合专门的控制器使用，检查控制器是否正确配置和连接，是否故障。 传感器问题：无刷电机一定要通过传感器来检测转子的位置和速度，检查传感器是不是正常。 机械问题：检查电机转子是否卡住或者电机机械部分是不是真的存在故障。 程序问题：无刷电机一定要通过控制器进行调速，检查程序是不是正确。 如果以上问题均排除，建议检查电机线路连接是不是正确，是否短路或开路，或者将电机连接到其他控制器或电源上测试，以确认是不是控制器或电源的问题。如果您仍然无法解

  一、概述 永磁直流无刷电机（PM-BLDC），由于其固有的许多特点，再加上我国稀土资源丰富，被众多电机专家觉得是21世纪的新型换代产品。随着半导体集成电路，电力电子器件，控制原理和稀土材料工业的发展，能预见这种产品必然会逐步取代传统结构的交流电动机加变频调速器的模式。 目前见到的文献中，控制器一般都采用Motorola公司的MC33035，MicroLinear公司的ML4425/4428或采用通用的 PWM芯片如 SG3524，TL494等。采用这些ASIC芯片，虽然能实现电机的无线调速，但还存在一些问题，如无法与计算机直接接口，许多较为复杂的控制算法无法在不增加硬件成本的情况下实现，控制器的为机界面不理想。总的讲，控

  引言 提到直流无刷电机，那不得已提的就是有刷电机了。有刷电机有一个比较令人讨厌的缺点：那就是“吵”。因为电刷和换向环需要时刻不停地摩擦，才能给电枢供电。所以，如果你想要一个“静音风扇”的话，肯定不能选使用了有刷电机的产品。无刷直流电机是在有刷直流电动机的基础上发展来的，具有无极调速、调速范围广、过载能力强、线性度好、寿命长、体积小、重量轻、出力大等优点，解决了有刷电机存在的一系列问题，大范围的应用于工业设施、仪器仪表、家用电器、机器人、医疗设施等所有的领域。 主流的无刷直流电机的控制方式目前主要有三种：FOC（又称为矢量变频、磁场矢量定向控制）、方波控制（也称为梯形波控制、120°控制、6步换向控制）和正弦波控制。正弦波控制方式

  BLDC马达驱动IC解决方案 /

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