三槽无刷直流电动机
三相交流电机和三相无刷电机
三相交流电机和三相无刷电机三相交流电机和三相无刷电机是现代工业中常见的电动机类型，它们在不同的应用场合中发挥着重要作用。
本文将从工作原理、优点和应用等方面对这两种电机进行介绍，希望读者能够对它们有更深入的了解。
三相交流电机是一种利用三相交流电源驱动的电动机。
它由定子和转子两部分组成。
定子上绕有三组互相位移120度的线圈，称为A、B、C相。
当交流电源通电时，由于相位差的存在，线圈中会产生旋转磁场。
而转子上的永磁体受到磁场的作用，会跟随磁场的旋转而旋转，从而驱动电机运行。
三相交流电机具有结构简单、可靠性高、效率高等优点，广泛应用于工业生产中。
而三相无刷电机是一种采用电子换向技术驱动的电机。
它与传统的有刷直流电机相比，无刷电机没有刷子与换向器，换向通过电子元件来实现。
无刷电机的转子上通常装有永磁体，定子则绕有三组线圈，同样称为A、B、C相。
通过适时地改变线圈的通电顺序，可以实现电机的正常运转。
三相无刷电机具有体积小、重量轻、寿命长、响应快等优点，在电动车、无人机等领域有着广泛的应用。
三相交流电机和三相无刷电机在工业生产中发挥着不同的作用。
三相交流电机通常用于大功率的工业设备，如电动机、风机、泵等。
它们能够提供稳定可靠的动力输出，适用于长时间、高负荷的运行环境。
而三相无刷电机则更适用于一些对体积和重量有较高要求的场合，如电动工具、家用电器等。
无刷电机的高效率和快速响应能力使其成为许多高性能设备的理想选择。
三相交流电机和三相无刷电机是现代工业中常见的电动机类型。
它们在工作原理、优点和应用等方面存在一定的差异，但都在各自的领域中发挥着重要作用。
通过深入了解它们的特点和应用，我们可以更好地选择和应用电机，提高生产效率，推动工业的发展。
希望本文对读者有所帮助，增加对这两种电机的认识。
3相直流无刷电动机
3相直流无刷电动机一、引言3相直流无刷电动机是一种高效、可靠且广泛应用的电动机。
它由转子、定子、磁极和电子调节器等组成，通过电子调节器控制电流和电压，实现电机的启动、运行和停止等功能。
本文将详细介绍3相直流无刷电动机的原理、结构、工作原理以及应用领域。
二、原理与结构1. 原理3相直流无刷电动机基于电磁感应原理工作。
当电流通过定子线圈时，产生的磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，产生力矩使电机旋转。
通过改变电流的方向和大小，可以控制电机的转速和转向。
2. 结构3相直流无刷电动机由转子、定子、磁极和电子调节器等组成。
•转子：转子是电动机的旋转部分，通常由永磁体组成。
永磁体的磁场与定子线圈的磁场相互作用，产生力矩使电机旋转。
•定子：定子是电动机的静止部分，通常由若干个定子线圈组成。
定子线圈通过通电产生磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，产生力矩使电机旋转。
•磁极：磁极是连接转子和定子的部分，用于传递磁场。
通常由磁性材料制成，能够有效传递磁场。
•电子调节器：电子调节器用于控制电机的电流和电压，实现电机的启动、运行和停止等功能。
它通常由功率开关、控制电路和传感器等组成。
三、工作原理3相直流无刷电动机的工作原理如下：1.启动：电子调节器通电，控制电机的电流和电压。
当电流通过定子线圈时，产生的磁场与转子上的永磁体磁场相互作用，产生力矩使电机旋转。
2.运行：电子调节器根据需要控制电机的电流和电压，调节电机的转速和转向。
通过改变电流的方向和大小，可以控制电机的转速和转向。
3.停止：电子调节器停止供电，电机停止旋转。
四、应用领域3相直流无刷电动机广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：1.机械设备：3相直流无刷电动机常用于机械设备中，如机床、起重机、输送机等。
它们可以提供稳定的动力和精确的控制，提高设备的工作效率和精度。
2.汽车工业：3相直流无刷电动机在汽车工业中有广泛的应用。
它们可以用于驱动电动汽车、混合动力汽车和电动摩托车等，提供高效、低噪音的动力系统。
无刷直流电动机的运行特性
无刷直流电动机的运行特性2009年10月14日无刷直流电动机的运行特性为简单起见，以表面式永磁体转子结构的两相导通三相星形六状态的无刷直流电动机为例进行分析，并进行如下假定：(1)气隙磁密在空间呈梯形波(或近似方波)分布。
（2）三相绕组对称，其对应的电路单元也完全一致。
（3）忽略电枢齿槽效应、电枢反应和换向过程等的影响。
对于表面式永磁体转子结构[见图6 2(a)或图6—8(a)]转子各方向磁路的磁阻基本上不随转子位置的变化而变化，所以定子相绕组的自感L和互感M均为常数。
这样，定字三相绕组的电压平衡方程为式中：p为微分算子，p—d／di ua ub uc 为定子相绕组电压；ia ib ic 为定子相绕组电流；ea eb ec 为定子相绕组感应电动势。
当三相绕组为Y连接且没有中线时，有根据式(6 5)，可以得到如图6—9所示的无刷直流电动机的等效电路。
无刷直流电动机气隙磁密的波形如图6 10(a)所示。
当转子旋转速度为恒值时．定子每相绕组感应电动势的波形应该与气隙磁密波形一致，为简化分析．可将它近似为梯形波，如图6 10(b)所示。
为了减小转矩脉动，感应电动势波形的平顶宽度应大于120。
电角度，通常就把各相绕组的感应电动势看成是平顶宽度为120。
电角度的梯形波，并且各相感应电动单根导体在气隙磁场中的感应电动势为式中：la为电枢导体的有效长度；μ为导体的线速度，。
一等茅一等手；D为电枢内径；p为电机极对数；τ为极距设电枢绕组每相串联匝数为Nφ，每相绕组的感应电动势为梯形波气隙磁密的每极磁通为式中：“ai为计算极弧系数。
计算极弧系数a．是为了便于磁路的计算而引入的系数．定义为计算极弧宽度与极距的比值(或气隙磁密平均值与最大值的比值)。
比较式(6—6)与式(6 8)，可得把式(6 9)代人式(6—7)，可得从直流端看，任何时刻两相导通三相星形六状态的无刷直流电动机的感应电动势E都是两相绕组感应电动势的串联．所以有式中：ce为电动势系数，2．电枢电流不考虑开关器件动作的过渡过程，并忽略电枢绕组的电感，无刷直流电动机的电压平衡方程式可以简化为式中：U为直流电源电压；△U，为开关器件的管压降；J。
带霍尔传感器的三相无刷直流电机控制
带霍尔传感器的三相无刷直流电机控制无刷直流电动机(BLDC)，也称为电子换向电动机（ECM、EC 电动机）或同步直流电动机，是由直流电通过逆变器或开关电源供电的同步电动机，该同步电动机会产生交流电流来驱动各相通过闭环控制器控制电机。
控制器向控制电机速度和扭矩的电机绕组提供电流脉冲。
与有刷电机相比，无刷电机的优势在于高功率重量比、高速度和电子控制。
无刷电机在计算机外围设备（磁盘驱动器、打印机）、手持电动工具以及从模型飞机到汽车的车辆等地方都有应用。
该项目描述了如何使用GreenPAK? 控制三相无刷直流电机。
下面我们描述了了解解决方案如何编程以创建直流电机控制所需的步骤。
但是，如果您只是想得到编程的结果，XZGreenPAK Designer 软件查看已经完成的GreenPAK Design 文件。
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构造和运行原理BLDC 电机的结构和操作与交流感应电机和有刷直流电机非常相似。
与所有其他电机一样，BLDC 电机也由转子和定子组成（图1）。
BLDC 电机定子由叠层钢制成，用于承载绕组。
定子中的绕组可以按两种模式排列-星形图案(Y) 或三角形图案(Δ)。
两种模式之间的主要区别在于Y 模式在低RPM 时提供高扭矩，而? 模式在低RPM 时提供低扭矩。
这是因为在? 配置中，一半的电压施加在未驱动的绕组上，从而增加了损耗，进而增加了效率和扭矩。
BLDC 电机使用电气循环进行控制。
一个电循环有 6 个状态。
基于霍尔传感器的电机换向序列如图 2 所示。
BLDC 电机运行的基本原理与有刷直流电机相同。
对于有刷直流电机，反馈是使用机械换向器和电刷实现的。
在BLDC 电机中，使用多个反馈传感器实现反馈。
Z常用的传感器是霍尔传感器和光学编码器。
在三相BLDC 中，齿（极）数是3 的倍数，磁铁数是2 的倍数。
根据磁铁和齿的数量，每个电机具有不同数量的齿槽效应（即磁吸力）转子和定子）每转步数。
(word完整版)三相无刷直流电机系统结构及工作原理
三相无刷直流电机系统结构及工作原理2.1电机的分类电机按工作电源种类可分为：1.直流电机:（1)有刷直流电机：①永磁直流电机：·稀土永磁直流电动机;·铁氧体永磁直流电动机；·铝镍钴永磁直流电动机;②电磁直流电机:·串励直流电动机；·并励直流电动机;·他励直流电动机；·复励直流电动机；（2)无刷直流电机：稀土永磁无刷直流电机；2.交流电机：（1）单相电动机；（2)三相电动机.2.2 无刷直流电机特点·电压种类多：直流供电交流高低电压均不受限制。
·容量范围大:标准品可达400Kw更大容量可以订制.·低频转矩大：低速可以达到理论转矩输出启动转矩可以达到两倍或更高.·高精度运转：不超过1 rpm。
（不受电压变动或负载变动影响).·高效率：所有调速装置中效率最高比传统直流电机高出5～30%。
·调速范围：简易型/通用型（1：10）高精度型(1：100）伺服型。
·过载容量高：负载转矩变动在200％以内输出转速不变。
·体积弹性大：实际比异步电机尺寸小可以做成各种形状.·可设计成外转子电机(定子旋转）。
·转速弹性大：可以几十转到十万转。
·制动特性良好可以选用四象限运转。
·可设计成全密闭型IP-54IP-65防爆型等均可。
·允许高频度快速启动电机不发烫。
·通用型产品安装尺寸与一般异步电机相同易于技术改造.2.3 无刷直流电机的组成直流无刷电动机的结构如图2.1所示。
它主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。
电动机本体在结构上与永磁同步电动机相似，但没有笼型绕组和其他起动装置.其定子绕组一般制成多相（三相、四相、无相不等），转子由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4，…)组成.图2.1 直流无刷电动机的结构原理图当定子绕组的某一相通电时,该电流与转子永久磁钢的磁极所产生的磁场相互作用而产生的转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转子磁钢位置变换成电信号,去控制电子开关电路，从而使定子各相绕组按一定顺序导通,定子相电流随转子位置转子位置的变化而按一定的次序换相。
三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合规律研究(连载之六)——降低永磁无刷直流电动机齿槽转矩
不等气隙 … 一 — ． 颦 ． ＝： ６ ： ｌ ０’ ０ ０ ｝ ． ４ 翘 １ ． ＼ ＇均匀气隙 －转矩 比较
４ 定 子 斜槽 、转 子斜 极 或 转 子磁 极 分 段 错 位 方 法
如前所 述 ，转 子每一 转 出现 的齿 槽转 矩基 波周
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徽 电 机
中 图分 类 号 ：Ｔ ６ Ｍ３ １ 文献 标 志 码 ：Ａ 文章 编 号 ：１０ －８ ８ ２０ ）５０ ６ ．５ ０ １ ４ （０ ８ ０ ．０ ６０ ６
三 相 无刷 直 流 电动 机分 数 槽 集 中绕组 槽 极 数 组 合 规 律 研 究 （载 六 连之） 。 降低 永磁 无刷 直 流 电动 机 齿 槽 转矩 的设 计 措 施
期等于定子槽数 和极数 的最小公倍数 Ⅳ ，即 ｃ
一
个齿槽 转矩 基波周 期对 应 的机 械 角 ＝３０／ ６ 。
。
因此 ，如果定 子铁心斜槽角或转 子磁极斜极
ｋ＝３ ０／ ６ Ｎ。
角 和 它相等 ，即可消 除齿槽 转 矩 的基 波 。 看 一个 整数 槽 的例子 。一 台 Ｚ＝１ 、２ ６ ８ ｐ： 、ｑ
Ｋｅ ｒ ｓ ｒｓｌｓ Ｄ ｏｏ；Ｆａｔ ｎ ｌ ｌ ；Ｃ ｇ ｎ ｌ ｒｕ ；Ｄ ｓ ｙｗｏ ｄ ：Ｂ ｕｈｅｓ Ｃ ｍ ｔ ｒ ｒｃ ｏ ａ ｓ ｔ ｏｇ ｇｓ ｔ ｏ ｅ ｅｉ ｉ ｏ ｉ ｏ ｔｑ ｎ ｇ
３ 不等气隙方法
通 常设计 电 机 定 、转 子 之 间 为 均 匀 气 隙 ，磁
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｒｅ ｕｃｎ ｏ ｇｎ ｏ ｑ ｓ ｏ ｅ ｏ ｒ ａ ｍｐ ｒ ｎｃ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆａ ＰＭ ｒ ｓ ｌ ｓ ｔｒ ． ｓｒ ｃ ： ｄ ｉ ｇ ｃ ｇ ｉ ｇ ｔｒ ｕｅ ｉ ｎ ｆｇ ｅ ｔｉ ｏ ａ ｅ ｉ ｈ ｅ ｉｎ ｏ ｂ ｕ ｈ ｅ ｓ ｍｏ ｏ ｓ
三相直流无刷电机
三相直流无刷电机
一、三相直流无刷电机
三相直流无刷电机是由三相交流电动机经过改装后，在电路上加装电子开关，将调速器和开关组合，从而形成一种能够根据电路控制短路电流和短路电压从而调整电机转速的新型电机。
它具有功率大、效率高、可靠性好、使用寿命长、结构简单、可调速范围广等优点，被广泛应用于电梯、机床、医疗器械、饮料机、压缩机等领域的调速驱动、控制用途。
二、三相直流无刷电机的工作原理
三相直流无刷电机的工作原理是通过交流电源的输入，由调速器把电源输入转换成直流电源，从而调节电机的转速。
当调速器调节电压的时候，供电电压的变化会导致交流电机的转速发生变化，从而改变电机的转速，从而达到控制的目的。
三、三相直流无刷电机的结构
三相直流无刷电机的结构由交流电机、调速器、控制电路和散热装置组成，其中调速器通过电路控制调节交流电机的转速，控制电路可以控制调速器的输出电压，从而改变电机的转速，散热装置可以将电机运行时产生的热量散发出去，以保证电机的可靠性和稳定性。
三相无刷直流电动机分数槽集中绕组槽极数组合规律研究(连载之二)
合 一 。本 文 给 出 更 多 的 组 合 可 供 选 取 ，见 表 ４ 。 表 中先列 出单 元 电机 的基 本 组 合 ，然 后 是 由文 献 ｆ ］ 出可供 选取 的集 中绕组 Ｚ ｐ组合 。它 们是 基 ６给 ／ 于这 些基本组 合 、多 个 基本 组 合单 元 电机 的数 据 ， 即取 ｔ ，２，３ ＝１ ，… ，的结果 ，所 以文献 ［ ］ 出 ６给 的 Ｚｐ组合 ，它 们 各 自对 应 的单 元 电机 只 局 限于 ／ 基本 组合 范 围 内 ，而 本 文 分 析 结 果 ，可 供 选 取 构 成分 数槽集 中绕组 的单元 电机 ｚ 。 合 已不 限于 。 组 基本组 合 ，如表 ３黑 体字 的 Ｚ ｐ组 合都 是单元 电机 ／ 组 合 ，有 了许 多扩充 ，对 于一 个 极对 数 Ｐ，有更 多 的槽 数 ｚ可 以选择 。这个扩充尤其对 ｚ为奇 数更为 有 意义 。分 析 和实 践 表 明 ，ｚ为 奇 数 的基 本 组 合 ，
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三相兀刷直流 电动机分数槽集 ｌ绕组槽极数组合 规律研究 ｛ １
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５ 对 于每个 ｚ列 ，最小可 选取 的 Ｐ，其 Ｚ ｐ组 ） ／
合对 应 的单 元 电机 都 是 Ｚ ／ 。＝３ １ 它 的 短距 系 。ｐ ／。
数 只有 ０８６ ．６ 。 ６ 对于 每个 ｚ列 ，最大可 选取 的 Ｐ ） ，其 Ｚ ｐ组 ／ 合对应 的单 元 电 机 都 是 ／ 。 ／ 。它 的短 距 系 ｐ ＝３ ２
三相无刷直流电机驱动电路
三相无刷直流电机驱动电路三相无刷直流电机驱动电路是一种常用于工业和家电领域的电机驱动方案。
相比传统的有刷直流电机，无刷直流电机具有更高的效率、更低的噪音和更长的使用寿命。
本文将介绍三相无刷直流电机驱动电路的原理、特点以及应用领域。
一、无刷直流电机的原理无刷直流电机是一种基于电子换向技术的电机，其工作原理类似于传统的有刷直流电机。
无刷直流电机由转子、定子和电子换向器三部分组成。
转子是由永磁体组成的，定子则是由多相绕组组成的。
电子换向器根据转子位置和速度信息，通过控制电流的方向和大小，实现电机的高效运转。
三相无刷直流电机驱动电路主要由功率电子器件、驱动电路和控制器三部分组成。
功率电子器件通常采用IGBT（绝缘栅双极型晶体管）或MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管），用于控制电流的通断和方向。
驱动电路负责产生适当的驱动信号，将控制器输出的信号转化为功率电子器件所需的控制信号。
控制器是电机控制系统的核心，负责根据转子位置和速度信息，产生适当的控制信号，并将其送至驱动电路。
三、三相无刷直流电机驱动电路的特点1. 高效率：无刷直流电机由于无需通过电刷和换向器，减少了能量损耗，提高了电机的效率。
在工业和家电领域，高效率是提高设备性能的关键因素之一。
2. 低噪音：无刷直流电机在工作过程中，没有机械接触和摩擦，因此噪音较低。
这使得无刷直流电机在一些对噪音要求较高的场合得到了广泛应用，比如家电领域的洗衣机和吸尘器等。
3. 高可靠性：由于无刷直流电机没有电刷和换向器等易损件，因此具有更长的使用寿命和更高的可靠性。
这使得无刷直流电机在一些对设备寿命要求较高的场合得到了广泛应用，比如工业自动化领域的机床和机械手等。
4. 精确控制：由于控制器可以根据转子位置和速度信息进行精确控制，因此无刷直流电机具有较好的速度和转矩响应特性。
这使得无刷直流电机在一些对运动控制要求较高的场合得到了广泛应用，比如机器人、无人机和电动汽车等。
无刷直流电机极槽数
无刷直流电机极槽数无刷直流电机极槽数是一个关键的设计参数，它对电机的性能、效率和尺寸都有重要影响。
在设计和选择无刷直流电机时，了解极槽数的概念、影响因素以及如何选择合适的极槽数是非常重要的。
本文将对无刷直流电机的极槽数进行深入探讨。
一、极槽数的概念无刷直流电机的极槽数指的是电机定子上的磁极数和转子上的槽数之间的配合关系。
其中，磁极数是定子绕组产生的磁场的极对数，槽数则是转子铁芯上的槽的数量。
极槽数的配合关系决定了电机的电磁性能，如反电动势波形、转矩波动等。
二、极槽数的影响因素1.反电动势波形：极槽数的配合关系会影响电机的反电动势波形。
合适的极槽数可以使反电动势波形更接近正弦波，降低谐波含量，提高电机的运行效率。
2.转矩波动：极槽数的选择也会影响电机的转矩波动。
合适的极槽数可以减小转矩波动，提高电机的运行平稳性。
3.噪音和振动：不合适的极槽数可能导致电机运行时产生较大的噪音和振动。
通过选择合适的极槽数，可以降低噪音和振动，提高电机的舒适性。
4.电机尺寸和成本：极槽数的选择也会影响电机的尺寸和成本。
一般来说，极槽数越多，电机尺寸越大，成本也越高。
因此，在选择极槽数时需要权衡性能、尺寸和成本等因素。
三、如何选择合适的极槽数选择合适的极槽数需要考虑电机的具体应用场景和需求。
以下是一些建议：1.对于要求高效率、低噪音和低振动的应用，可以选择较多的极槽数，以获得更接近正弦波的反电动势波形和更小的转矩波动。
2.对于要求小尺寸和低成本的应用，可以选择较少的极槽数，以减小电机尺寸和降低成本。
但需要注意的是，过少的极槽数可能导致反电动势波形谐波含量较高，转矩波动较大，噪音和振动也可能增加。
3.在某些特定应用场景中，如电动汽车、无人机等，可能需要根据电机的具体结构和控制系统的要求进行极槽数的选择。
这些应用场景通常对电机的性能有较高的要求，因此需要进行详细的电磁设计和优化。
综上所述，无刷直流电机的极槽数是一个关键的设计参数，它影响着电机的性能、效率和尺寸。
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中图分类号:T M36+1 文献标志码:A 文章编号:100126848(2009)0320036203三槽无刷直流电动机吕学文,吕瑰丽,范 瑜(北京交通大学电气工程学院,北京 100044)摘 要:介绍了分数槽无刷直流电动机的优点,分析了三槽无刷直流电动机的特点、结构、控制系统与工作原理和控制方法等。
实验结果表明,系统的硬件及控制策略设计合理,具有良好的运行性能。
关键词:无刷直流电机;反电势法;实验Three 2teeth Slotted Brushless D i rect Curren tM otorLV Xue 2wen,LV Gui 2li,F AN Yu(Electrical Engineering School of Beijing J iaot ong University,Beijing 100044,China )Abstract:The advantage of fracti onal sl otted brushless direct current mot or (BLDC Mot or )was intr o 2duced .Characters of three 2teeth sl otted BLDC mot or were analyzed .The structure,operati on p rinci p leand contr ol strategy of contr ol syste m were researched .It was shown that the hardware and contr ol strate 2gy of this syste m were reas onable and good running perf or mance .Key W ords:B rushless DC mot or;Back E MF method;Ex peri m ent收稿日期:20082032050 引 言无刷直流电动机(BLDC M )既具备交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好的特点,故在当今国民经济的诸多领域,如医疗器械、仪器仪表、化工、轻纺以及家用电器等方面的应用日益普及。
在有些领域,如家用小电器、电动玩具等,出于成本和制造工艺的考虑,希望所用电机越简单越好,因此三槽直流电机曾经风靡一时,但是由于传统的直流电机都采用电刷机械方法换向,因此会产生火花和电磁干扰,使电机寿命短,限制了其应用。
文献[1]中提及的三槽无刷直流电机的方案给人们很大启发。
三槽无刷直流电机既具备三槽直流电机的结构简单和制造方便的特点,又可以避免其机械换向产生的火花、电磁干扰等缺点,改善了其性能,扩大了其应用领域。
1 分数槽电机设电机总槽数为z ,极对数为p ,相数为m ,则每极每相槽数为:q =z2m p(1)q 为整数,则为整数槽绕组;q 为分数,则为分数槽绕组。
本文所讨论的三槽无刷直流电机中,z =3,p =1,m =3,则:q =z 2m p =32×3×1=12(2)故三槽无刷直流电机属于分数槽电机的一种。
采用分数槽的主要优点是:(1)电枢冲片的齿槽数减少,便于电枢冲片和铁心的制作;(2)每个齿上绕制一个集中线圈,从而可采用自动绕线机绕制,可以显著地提高劳动生产率,降低电动机的制造成本;(3)能显著地缩短电枢线圈的端部长度,节省铜材,并减小电枢漏抗,增加电动机的出力,提高灵敏度和效率;(4)减小齿槽效应引起的转矩脉动[2]。
2 三槽无刷直流电动机211 电机本体有的应用场合,如剃须刀、录音机、小玩具、内置式血泵等,主要从电机的的体积和电磁功率两个方面去考虑电机本体的设计。
从无刷直流电机的设计角度来讲,在电磁负荷一定时,电动机的体积随电动机电磁功率的增加而增加,随电动・63・微电机2009年第42卷第3期机转速的增加而减少。
输出同一功率时,电动机体积与额定转矩的大小成正比,也就是说当电动机转速越低(即额定转矩越大),电动机的体积也越大,反之,转速越高(即额定转矩越小),则体积也越小。
而对于同一功率和同一转速的电动机,电动机的电磁负荷取得越高,则电动机的主要尺寸越小,材料越省[3]。
电磁负荷指电动机的电负荷A 和磁负荷B 。
电负荷A 的提高表示电枢槽内导线的增加,磁负荷B 的提高表示通过定子齿部磁能的增加,这些将分别引起定子槽面积和齿截面的不够。
通常情况下,6槽是无刷直流电机中槽数最少的情况,但是鉴于应用场合的特殊性,还可以进一步减少齿槽数为3槽。
由于减少了齿数,所余下的空间可作为槽来安放绕组,于是就可以增加电负荷,从而增加电机的功率。
反过来说,在相同的功率下,采用三槽可以进一步减少电机的体积。
选用较高的磁负荷B 后,将增加定子铁心的饱和程度,特别是高速时定子齿中的饱和更为强烈,限制了功率密度的进一步提高;同时由于单位体积的铁耗近似与磁感应强度的平方成正比,导致电机的铁耗增加,效率降低,也使电机的温升增高。
将电机定子改为三槽的设计,可以解决这些问题。
所设计的三槽无刷直流电机的示意图如图1所示。
其中图(a )是直接在齿上绕一个集中绕组。
这种方式可以用机绕,特点是加工方便,但是对电机来说,转矩脉动相对较大一些。
图(b )是两个齿上绕一个绕组。
这种方式转矩脉动相对较小,但是加工不方便。
本文所制作的三槽无刷直流电机的样机采用的是图(a )所示的方案,转子采用烧结钕铁硼制作,定子采用铁氧体制作,定子外径35mm ,内径14mm ,齿高415mm ,齿宽8mm ,每相导体数80,转子铁心有效长度14mm ,电负荷为68124A /c m ,磁负荷为112T,定子三相Y 型联接。
样机的定子部分实物图及尺寸对比图如图2所示。
图1 三槽无刷直流电机示意图图2 三槽无刷直流电机定子212 电机驱动因为所设计的三槽无刷直流电机的体积要尽量小,不宜采用机械转子位置传感器,故采用基于反电势的无传感器的控制方案。
最常见的两相导通星形三相六状态工作方式,除了换向瞬间外,在任意时刻,电机总有一相处于断电状态。
由图3可见,当断电相绕组的反电势(E a 、E b 、E c )过零点之后,再经过30°电角度,就是该相相电流(i a 、i b 、i c )的换相点。
因此,只要检测出各相绕组反电势的过零点,就可以确定电机的转子位置和下次换流的时间。
图3 理想情况下三相反电势与相电流波形检测过零点是基于端电压的方法。
这种方法中电路是通过检测三相绕组输出端对电源负极的电压来检测反电势过零点的。
其反电势方程为:e a =u a0-13(u a0+u b0+u c0)e b =u b0-13(u a0+u b0+u c0)e c =u c0-13(u a0+u b0+u c0)(4)在实际检测电路中,需要将端电压u a0、u b0、u c0分压后,经滤波得到检测信号U a0、U b0、U c0,其主电路和检测电路如图4所示。
本系统采用T MS320LF2407A 进行控制。
检测到的反电势送到DSP 控制器的ADC 模块,经相应的算法计算后判断是否过零点,并由EV 模块的P WM 引脚输出一定频率的P WM 波形,控制各开关管的通断,从而对电机进行调速控制。
无刷直流电机驱动电路框图如图5所示。
・73・三槽无刷直流电动机 吕学文,等反电势法下无刷直流电机的起动比较特殊,主要原因是当电机在静止或者是低速运行时,反电势为零或者太小,因而无法利用。
过去一般采用专门的启动电路,使电机以他控变频方式启动,当电机具有一定的初速度和电动势后,再切换到自然变频状态。
在采用DSP 控制后,可以通过编程实现:先使某相通电一段时间间隔,然后再换一相通电一段时间间隔,经过两次定位后,电机转子的位置便到达了指定相所在位置了(这种定位方法称为两步定位法),然后开始启动,在采样得到的反电动势低于某数值时,输出P WM 波形的频率按一定加速度逐渐加速,当反电动势达到一定值时,切换到P WM 的计算函数即可。
这个过程称为三段式启动,包括转子定位、加速和运行状态切换三个阶段。
3 实验结果A 相相电流波形如图6所示。
B 、C 两相的电流波形与之相似,相位相差120°电角度。
每相电流在平顶中部会有一小段尖峰,这是因为其他相正在换向。
由于电机绕组电感的存在,而换向时电感两端的电压是不同的,这样导致电流上升相和电流下降相的变化有快有慢,从而会产生尖峰。
这个尖峰会造成一定的转矩脉动,称为换向转矩脉动。
所得到的电机端电压波形如图7所示。
三槽无刷直流电机理论上的转矩脉动应该与六槽的相同。
本文中由于实验样机的制作工艺及所选的电机定子绕组方案的原因,转矩脉动相对较大,这是可以通过提高加工精度和改变绕组方案加以改善的。
从实验结果上看,三槽无刷直流电机及其控制系统可以稳定运行,但三槽无刷直流电机的加工工艺还有待于进一步提高。
4 结 论本文在考虑分数槽无刷直流电机的优点基础上,进一步缩减无刷直流电机的齿槽数,研究了三槽无刷直流电机的特点,并探讨了两种方案的优缺点,制作了其中一种的样机及其驱动控制电路并进行了相关实验。
本系统采用基于DSP 的无位置传感器控制方式驱动电路具有简单、可靠、启动方便的优点,而三齿槽无刷直流电机体积较小、制作简单、成本较低,所以本系统对实际的产品设计具有一定的指导意义。
三槽无刷直流电机具有广阔的应用前景,但同时也有一些加工工艺方面的问题仍需深入研究。
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・83・微电机2009年第42卷第3期。