无刷电机工作及控制原理图文解析

发布时间：2023-09-06 09:28:06   来源：体育竞猜bob

　　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

　　东京-- 东芝公司（TOKYO：6502）旗下存储与电子元器件解决方案公司今日推出三相无刷电机驱动器：适用于12V电源的“TC78B015FTG”和适用于24V电源的“TC78B015AFTG”。这些新IC支持适用于家用电器和工业设施的小型风扇电机实现高转速。批量生产即日启动。 理想情况下，服务器风扇等散热风扇兼具体积小和高转速的特点，可确保较高的散热能力。东芝的新产品采用小型封装，可安装于小型电机的有限电路板空间上。它们还利用单传感器驱动和无电阻器电流检测系统减少外部元件数量。单传感器驱动可确保比无传感器驱动更可靠的电机运行并将霍尔传感器的数量从三个（三传感器驱动所必需）减少为一个。该无电阻器电流检测系统可减小电源消耗，无

　　驱动器应用于高转速小型电机驱动 /

　　意法半导体高能效单片三相三路电流检测BLDC驱动器：延长便携设备和物联网产品续航时间 中国，2018年5月2日——意法半导体推出业界首款同时适用于单电阻采样和三电阻采样的低电压无刷电机驱动器STSPIN233。该电机驱动器纤巧紧凑，仅为3mm x 3mm的封装内集成有200mΩ的 1.3Arms功率级。 不仅如此，STSPIN233的待机电流也创下业内最低功耗记录，能达到低于80nA。此外，它还能通过逻辑控制进入待机模式，是延长便携设备和物联网产品的电池续航时间的理想之选，适合使用的范围包括无人机摄像云台、教学机器人、电动牙刷、电动剃须刀、医用注射泵或物联网设备(IoT)内置的小型驱动器等。 STSPIN233供电设计非常简

　　无刷电机的工作原理依旧能想象一个圆柱体，不过这次不是小圆棒在中间转，而是一个块儿吸铁石在中间转，柱壁不在是吸铁石的两个磁极，而是刚才通了电的“扇叶”。这样只要一通电，柱壁因为电磁有了磁极，和中间的吸铁石产生互斥力，然后吸铁石疯狂转，电能就此转化为动能。它与有刷电机最大的区别就是，就不用那俩电刷通电了，因为我们大家可以直接给柱壁通电。 这样好处就很明显了，因没有那个电刷摩擦了，所以速度也更快了，损耗也减小了，输出功率更大了，电机的也寿命长了，还不产生火花呐，这对于一些在易燃位置的电器来说简直就是福音。 无刷电机优点： （1）无电刷、低干扰 无刷电机去除了电刷，最直接的变化就没有了有刷电机运转时产生的电火花，这样就极大减少了

　　的工作原理及优势是什么 /

　　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

　　实施磁场定向控制 /

　　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

　　引言     传统的直流电机以其优良的转矩特性和调速性能在运动系统中存在广泛的应用，但机械电刷却是它致命的弱点。电刷的存在带来了一系列的问题，如机械摩擦、噪声、电火花无线干扰，再加上寿命短、制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用场景范围。直流无刷电动机是利用电子换向装置代替传统的机械换向(电刷和换向器)的一种电动机，既保持了有刷电机的优良特性，又避免了电刷和换向器带来的缺陷。本文以32位ARM Cortex-M3内核的高性能微处理器LPC1766为核心，设计了直流无刷电机控制管理系统。该系统电路简单，软硬件开发方便，具有较高的性价比。 1 LPC1766简介     微控制器采用LPC1700系列ARM芯片LPC1766。LP

　　0 引言 伴随着城市化进程，我们正常的生活的交通距离逐步扩大，代替燃油汽车和自行车的电动车的普及大幅度的提高了电力资源的利用效率，促进了国民经济的健康发展。电瓶车以电力作动力，骑行中不产生污染，无损于空气质量。从改善人们的出行方式、保护自然环境和经济条件许可情况等因素综合来看，电瓶车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。电瓶车所用直流电机分为有刷电机和无刷电机两种。其中有刷电机控制较简单。但其易磨损的电刷带来维修保养工作量相对较大、常规使用的寿命相对较短等缺点。而直流无刷电机本身没有易磨损部件，电机寿命长，维修保养工作量小。但直流无刷电机采用电子换向原理工作，其控制过程比有刷电机复杂得多，因此对控制器质量的要求也高得多。 目前电动

　　控制器检测设计 /

　　传统的直流无刷电机采用方波控制方式，控制简单，容易实现，同时存在转矩脉动、换相噪声等问题，在一些对噪声有要求的应用领域存在局限性。针对这些应用，采用正弦波控制能很好的解决这样的一个问题。 直流无刷电机的正弦波控制简介 直流无刷电机的正弦波控制即通过对电机绕组施加一定的电压，使电机绕组中产生正弦电流，经过控制正弦电流的幅值及相位达到控制电机转矩的目的。与传统的方波控制相比，电机相电流为正弦，且连续变化，无换相电流突变，因此电机运行噪声低。 根据控制的复杂程度，直流无刷电机的正弦波控制可分为：简易正弦波控制与复杂正弦波控制。 （1）简易正弦波控制： 对电机绕组施加一定的电压，使电机相电压为正弦波，由于电机绕组为感性负载，因此电机相电流也为

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