图6.27 无刷直流电动机调速系统仿真模型无刷直流电动机仿真使用永磁同步电机模块，在模块对话框中Flux distribution栏下选择Trapezoidal（梯形波）。图6.29c所示是无刷直流电动机一相绕组感应电动势，感应电动势是底宽为180°的梯形波，因此每相的磁通也是梯形波，以此特征，无刷直流电动机也称梯形波永磁同步电动机。表6.2 无刷直流电动机调速系统模块参数图6.29 无刷直流电动机系统仿真结果......
2023-06-19
无刷直流电动机驱动技术简介
【摘要】：无刷直流电动机的速度范围宽，任何速度下都可以全功率运行。无刷直流电动机的体积小，功率密度高。无刷直流电动机无机械换向器，采用全封闭式结构，可以防止尘土进入电动机内部，可靠性高。无刷直流电动机比异步电动机的驱动控制简单。因此，在选择无刷直流电动机时，要注意以上四点，确保直流无刷电动机选型能够符合生产需要。
无刷直流电动机（BLDC）以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷直流电动机既具有直流电动机良好的调速性能等特点，又具有交流电动机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。
无刷直流电动机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器（可有可无）组成。可见，它和直流电动机有着很多共同点，定子和转子的结构差不多（原来的定子变为转子，转子变为定子），绕组的连线也基本相同。但是，结构上它们都有一个明显的区别：无刷直流电动机没有直流电动机中的换向器和电刷，取而代之的是位置传感器。这样，电动机结构就相对简单，降低了电动机的制造和维护成本，但无刷直流电动机不能自动换向（相），牺牲的代价是电动机控制器成本的提高（如同样是三相直流电动机，有刷直流电动机的驱动桥需要4支功率管，而无刷直流电动机的驱动桥则需要6支功率管）。
图6-34所示为其中一种小功率三相、星形连接、单副磁对极的无刷直流电动机，它的定子在内，转子在外。另一种无刷直流电动机的结构和这种刚刚相反，它的定子在外，转子在内，即定子是线圈绕组组成的机座，而转子用永磁材料制造。
图6-34 无刷直流电机模型
无刷直流电动机有以下特点：
（1）无刷直流电动机的外特性好，能够在低速下输出大转矩，使得它可以提供大的启动转矩。
（2）无刷直流电动机的速度范围宽，任何速度下都可以全功率运行。
（3）无刷直流电动机的效率高、过载能力强，使得它在拖动系统中有出色的表现。
（4）无刷直流电动机的再生制动效果好，由于它的转子是永磁材料，制动时电动机可以进入发电机状态。
（5）无刷直流电动机的体积小，功率密度高。
（6）无刷直流电动机无机械换向器，采用全封闭式结构，可以防止尘土进入电动机内部，可靠性高。
（7）无刷直流电动机比异步电动机的驱动控制简单。
2.无刷直流电动机的工作原理
无刷直流电动机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。如果只给电动机通以固定的直流电流，则电动机只能产生不变的磁场，电动机不能转动起来，只有实时检测电动机转子的位置，再根据转子的位置给电动机的不同相通以对应的电流，使定子产生方向均匀变化的旋转磁场，电动机才可以跟着磁场转动起来。常用的几种无刷直流电动机如图6-35所示。
图6-35 常用的几种无刷直流电动机
图6-36所示为无刷直流电动机转动原理示意图，为了方便描述，电动机定子的线圈中心轴头接电动机电源，各相的端点接功率管，位置传感器导通时使功率管的G极接12 V，功率管导通，对应的相线圈被通电。由于三个位置传感器随着转子的转动会依次导通，使得对应的相线圈也依次通电，从而定子产生的磁场方向也不断地变化，电动机转子也跟着转动起来，这就是无刷直流电动机的基本转动原理——检测转子的位置，依次给各相通电，使定子产生磁场的方向连续均匀地变化。
图6-36 无刷直流电动机转动原理示意图
3.无刷直流电动机的分类
按照供电方式的不同，无刷直流电动机又可分为两类：方波无刷直流电动机，其反电势波形和供电电流波形都是矩形波，又称矩形波永磁同步电动机；正弦波无刷直流电动机，其反电势波形和供电电流波形均为正弦波。
4.无刷直流电动机的选用
（1）无刷直流电动机，选择正确的电压，根据客户的需要选择额定的电压来选择驱动器电压参数，注意使用的电压在空载与满载过程中不要超过驱动器所规定的范围。
（2）选择驱动器的峰值电流，选择峰值电流的方法是根据电动机的额定输入电流Ir，则峰值电流I p≥2I r，否则驱动器使用过程中输出电流没有一定的工程余量，如果已知电动机的额定输出功率（或最高输出功率）P r和驱动电压V r，则峰值电流I p≥4P r／V r。
（3）根据参数来设定电动机，需要根据不同的电动机来设置它适合的参数，当然温度的使用范围我们也需要考虑进去，温度越宽价格越高。
而无刷直流电动机的驱动器刹车采用电动机端短路刹车，电动机的运转就有刹车力，不运转就没有刹车力，转速越高刹车力越大。由于刹车电流不通过电流传感电阻，刹车电流不能控制。因此刹车时转速不能超过安全刹车转速，否则可能烧坏功率管，此功能请谨慎使用。
（4）无刷直流电动机电源绝缘的要求，为保证驱动器正常工作，电动机的霍尔线地线与电动机绕组线、霍尔地线绕组线与机壳之间绝缘电阻大于100MΩ（500 V DC），能承受600 V AC／50 Hz／1 mA／1 s耐压不击穿。
因此，在选择无刷直流电动机时，要注意以上四点，确保直流无刷电动机选型能够符合生产需要。
图6-37 步进电动机实物图
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