無刷直流電動機(1)(已修改)
2025-05-11 12:00 本頁面
【正文】 第 10章 無刷直流電動機 第 10章 無刷直流電動機 概述 無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu) 無刷直流電動機工作原理 無刷直流電動機的運行特性 無刷直流電動機的電樞反應(yīng) 改變無刷直流電動機轉(zhuǎn)向的方法 思考題與習(xí)題 第 10章 無刷直流電動機 概 述 直流電動機主要優(yōu)點是調(diào)速和啟動特性好 ， 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大 ， 因而被廣泛應(yīng)用于各種驅(qū)動裝置和伺服系統(tǒng)中 。 但是 ， 直流電動機都有電刷和換向器 ， 其間形成的滑動機械接觸嚴(yán)重地影響了電機的精度 、 性能和可靠性 ， 所產(chǎn)生的火花會引起無線電干擾 ， 縮短電機壽命 ， 換向器電刷裝置又使直流電機結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、 噪音大 、 維護困難 ， 因此長期以來人們都在尋求可以不用電刷和換向器裝置的直流電動機 。 第 10章 無刷直流電動機 隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展 ， 各種大功率電子器件的廣泛采用 ， 這種愿望已被逐步實現(xiàn) 。 本章要介紹的無刷直流電動機利用電子開關(guān)線路和位置傳感器來代替電刷和換向器 ， 使這種電機既具有直流電動機的特性 ， 又具有交流電動機結(jié)構(gòu)簡單 、 運行可靠 、 維護方便等優(yōu)點； 它的轉(zhuǎn)速不再受機械換向的限制 ， 若采用高速軸承 ， 還可以在高達(dá)每分鐘幾十萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速中運行 。 第 10章 無刷直流電動機 因此 ， 無刷直流電動機用途非常廣泛 ， 可作為一般直流電動機 、 伺服電動機和力矩電動機等使用 ， 尤其適用于高級電子設(shè)備 、 機器人 、 航空航天技術(shù) 、 數(shù)控裝置 、 醫(yī)療化工等高新技術(shù)領(lǐng)域 。 無刷直流電動機將電子線路與電機融為一體 ， 把先進的電子技術(shù)應(yīng)用于電機領(lǐng)域 ， 這將促使電機技術(shù)更新 、 更快的發(fā)展 。 第 10章 無刷直流電動機 無刷直流電動機是由電動機 、 轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成 ， 它的原理框圖如圖 10 1所示 。 圖中直流電源通過開關(guān)線路向電動機定子繞組供電 ， 電動機轉(zhuǎn)子位置由位置傳感器檢測并提供信號去觸發(fā)開關(guān)線路中的功率開關(guān)元件使之導(dǎo)通或截止 ， 從而控制電動機的轉(zhuǎn)動 。 第 10章 無刷直流電動機 圖 10 1 無刷直流電動機的原理框圖 第 10章 無刷直流電動機 無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu) 無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)如圖 10 2所示 。 圖中電動機結(jié)構(gòu)與永磁式同步電動機相似 ， 轉(zhuǎn)子是由永磁材料制成一定極對數(shù)的永磁體 ， 但不帶鼠籠繞組或其它啟動裝置 ， 主要有兩種結(jié)構(gòu)型式 ， 如圖 10 3(a)和(b)所示 。 第一種結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)子鐵心外表面粘貼瓦片形磁鋼 ， 稱為凸極式； 第二種結(jié)構(gòu)是磁鋼插入轉(zhuǎn)子鐵心的溝槽中 ， 稱為內(nèi)嵌式或隱極式 。 第 10章 無刷直流電動機 初期永磁材料多采用鐵氧體或鋁鎳鈷 ， 現(xiàn)在已逐步采用高性能釤鈷或釹鐵硼 。 定子是電動機的電樞 。 定子鐵心中安放著對稱的多相繞組 ， 可接成星形或封閉形(角形 )， 各相繞組分別與電子開關(guān)線路中的相應(yīng)晶體管相連接 。 電子開關(guān)線路有橋式和非橋式兩種 。 圖 10 4表示常用的幾種電樞繞組連接方式 ， 其中圖 (a)、 (b)是非橋式開關(guān)電路 ， 其它是橋式開關(guān)電路 。 第 10章 無刷直流電動機 圖 10 2 無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu) 第 10章 無刷直流電動機 圖 10 3 永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式 第 10章 無刷直流電動機 圖 10 4 電樞繞組連接方式 第 10章 無刷直流電動機 電磁式 這種傳感器的結(jié)構(gòu)如圖 10 5所示 。 它由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成 。 定子磁心及轉(zhuǎn)子上的扇形部分均由高頻導(dǎo)磁材料 (如軟磁鐵氧體 )制成 ， 導(dǎo)磁扇形片數(shù)等于電機極對數(shù) ， 放置在不導(dǎo)磁的鋁合金圓盤上制成了轉(zhuǎn)子 。 傳感器定子由磁心和線圈組成 ， 磁心的結(jié)構(gòu)特點是中間為圓柱體 ， 安放勵磁繞組 ， 外施高頻電源勵磁 。 圓周上沿軸向有凸出的極 ， 極上套著信號線圈產(chǎn)生信號電壓 。 可以看出 ， 這實際上是一個有共同勵磁線圈的幾個開口變壓器 ， 扇形導(dǎo)磁片的作用是使開口變壓器鐵心接近閉合 ， 減少磁阻 ， 使信號線圈感應(yīng)出較大。 第 10章 無刷直流電動機 圖 10 5 (a) 結(jié)構(gòu)原理圖； (b) 剖面圖 第 10章 無刷直流電動機 光電式 光電式傳感器是由固定在定子上的幾個光電耦合開關(guān)和固定在轉(zhuǎn)子軸上的遮光盤所組成， 如圖 10 6所示。 遮光盤上按要求開出光槽 (孔 )， 幾個光電耦合開關(guān)沿著圓周均布， 每只光電耦合開關(guān)是由相互對著的紅外發(fā)光二極管 (或激光器 )和光電管 (光電二極管， 三極管或光電池 )所組成。 紅外發(fā)光二極管 (或激光器 )通上電后， 發(fā)出紅外光 (或激光 )； 當(dāng)遮光盤隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時， 光線依次通過光槽 (孔 )， 使對著的光電管導(dǎo)通， 相應(yīng)地產(chǎn)生反應(yīng)轉(zhuǎn)子相對定子位置的電信號， 經(jīng)放大后去控制功率晶體管， 使相應(yīng)的定子繞組切換電流。 第 10章 無刷直流電動機 光電式位置傳感器產(chǎn)生的電信號一般都較弱 ， 需要經(jīng)過放大才能去控制功率晶體管 。 但它輸出的是直流電信號 ， 不必再進行整流 ， 這是它的一個優(yōu)點 。 第 10章 無刷直流電動機 圖 10 6 光電式位置傳感器 第 10章 無刷直流電動機 圖 10 7 霍爾無刷直流電動機原理圖 第 10章 無刷直流電動機 霍爾元件 采用霍爾元件作為位置傳感器的無刷直
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