当前位置:首页 > 电源 > 电源-能源动力
[导读]电气设备通常具有至少一个电机,用于将物体从其初始位置旋转或移动。市场上有多种电机类型可供选择,包括感应电机、伺服电机、直流电机(有刷和无刷)等。根据应用要求,可以选择特定的电机。然而,当前的趋势是大多数新设计正在转向无刷直流电机,即俗称的 BLDC 电机。

电气设备通常具有至少一个电机,用于将物体从其初始位置旋转或移动。市场上有多种电机类型可供选择,包括感应电机、伺服电机、直流电机(有刷和无刷)等。根据应用要求,可以选择特定的电机。然而,当前的趋势是大多数新设计正在转向无刷直流电机,即俗称的 BLDC 电机。

本文将重点介绍 BLDC 电机设计的以下方面:

· BLDC 电机的构造

· BLDC 电机的操作

· 扭矩和效率要求

· 与感应和有刷直流电机的比较

· BLDC 电机的选择标准

· 电机控制——速度、位置和扭矩,将在本文的第二部分中介绍。

建造

BLDC 电机在结构和工作原理方面分别与交流感应电机和有刷直流电机有许多相似之处。与所有其他电机一样,BLDC 电机也有转子和定子。

定子

与感应交流电机类似,BLDC 电机定子由叠层钢制成,堆叠起来承载绕组。定子中的绕组可以有两种排列方式;即星形图案(Y)或三角形图案(Δ)。两种模式之间的主要区别在于,Y 模式在低转速时提供高扭矩,而 Δ 模式在低转速时提供低扭矩。这是因为在 Δ 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。

定子中的钢叠片可以是有槽的或无槽的。无槽铁芯具有较低的电感,因此它可以以非常高的速度运行。由于叠片组中没有齿,对齿槽转矩的要求也降低了,因此也使其成为低速的理想选择(当转子上的永磁体和定子上的齿相互对齐时,因为两者之间的相互作用,会产生不希望的齿槽转矩并导致速度波动)。无槽铁芯的主要缺点是成本较高,因为它需要更多绕组来补偿较大的气隙。

正确选择用于构造定子的叠层钢和绕组对电机性能至关重要。选择不当可能会导致生产过程中出现多个问题,从而导致市场延迟和设计成本增加。

转子

典型 BLDC 电机的转子由永磁体制成。根据应用要求,转子中的极数可能会有所不同。增加极数确实会提供更好的扭矩,但代价是降低最大可能速度。

另一个影响最大扭矩的转子参数是用于制造永磁体的材料。材料的磁通密度越高,扭矩就越高。

工作原理及操作

BLDC 电机工作的基本原理与有刷直流电机相同;即内部轴位置反馈。在有刷直流电机的情况下,使用机械换向器和电刷实现反馈。借助内置 BLDC 电机,可使用多个反馈传感器来实现。最常用的传感器是霍尔传感器和光学编码器。注意:霍尔传感器根据霍尔效应原理工作,即当载流导体暴露在磁场中时,电荷载流子会受到基于导体两侧产生的电压的力。

如果磁场方向反转,产生的电压也会反转。对于 BLDC 电机中使用的霍尔效应传感器,每当转子磁极(N 或 S)经过霍尔传感器附近时,它们都会产生一个高或低电平信号,该信号可用于确定轴的位置。

在换向系统中——基于使用反馈传感器识别的电机位置的换向系统——三个电气绕组中的两个一次通电。

当转子开始移动时,该扭矩达到最大值,但随着两个磁场相互对齐,扭矩会减小。因此,为了保持扭矩或建立旋转,定子产生的磁场应该不断切换。为了赶上定子产生的磁场,转子将继续旋转。由于定子和转子的磁场都以相同的频率旋转,因此它们属于同步电动机的范畴。

定子的这种切换以建立旋转称为换向。对于三相绕组,换相有 6 个步骤;即,6 种独特的组合,其中电机绕组将通电

应用

单速- 对于单速应用,感应电机更适合,但如果必须随着负载的变化保持速度,那么由于 BLDC 电机的速度-转矩曲线平坦,BLDC 电机非常适合此类应用程序。

可调速- BLDC 电机更适合此类应用,因为变速感应电机还需要额外的控制器,从而增加系统成本。由于定期维护,有刷直流电机也将成为更昂贵的解决方案。

位置控制– 不需要像电磁炉这样的应用程序进行精确控制,而且维护成本低;BLDC 电机在这里也是赢家。然而,对于此类应用,BLDC 电机使用光学编码器,并且需要复杂的控制器来监控扭矩、速度和位置。

低噪声应用——有刷直流电机以产生更多 EMI 噪声而闻名,因此 BLDC 更适合,但 BLDC 电机的控制要求也会产生 EMI 和可听噪声。然而,这可以通过使用磁场定向控制 (FOC) 正弦 BLDC 电机控制来解决。


声明:该篇文章为本站原创,未经授权不予转载,侵权必究。
换一批
延伸阅读

在现代电力电子领域,半桥模块作为一种关键的功率转换组件,发挥着不可或缺的作用。其结构简单、易于控制、可靠性高等特点,使其在电机驱动、电源转换、电网治理等多个领域都有广泛的应用。本文将详细探讨半桥模块的工作原理、特点、应用...

关键字: 半桥模块 功率转换组件 电机驱动

IAR Embedded Workbench for Arm已全面支持小华半导体系列芯片,加速高端工控MCU和车用MCU应用的安全开发

关键字: MCU 编码器 电机驱动

电子换向器,作为一种关键的电力控制设备,广泛应用于各类电机驱动系统中。其核心功能是实现电流或电压的方向转换,从而实现对电机速度和方向的精确控制。那么,电子换向器究竟由哪些部分组成?这些部分又是如何协同工作的呢?本文将对此...

关键字: 电子换向器 电力控制设备 电机驱动

EPC推出采用紧凑型QFN封装(3 mm x 5 mm)的100 V、1 mOhm GaN FET(EPC2361),助力DC/DC转换、快充、电机驱动和太阳能 MPPT等应用实现更高的功率密度。

关键字: 导通电阻 DC/DC转换 电机驱动

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,广泛应用于工业设备、仪器仪表、家用电器、机器人、医疗设...

关键字: 电机驱动 无刷直流电机 机器人

步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响。步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成...

关键字: 步进电机 电机驱动

4.5A STSPIN948和5.0A STSPIN958的功率级配置灵活多变,驱动模式可调,动态响应快

关键字: 电机驱动 直流有刷电机 双极步进电机

随着汽车电气化和智能化的逐步深入,一辆车上的电机数量越来越多,应用也愈发丰富。除了负责汽车驱动的电机外,还有非常多的智能应用依赖于电机的动作执行。传统应用的包括车窗升降、座椅调节、空调等,新兴应用包括车灯随动、HUD、激...

关键字: MPS MCU 电机驱动 汽车电机

近日,工业控制及智能家电领域的全国产RISC-V MCU领军企业爱普特微电子正式发布了一款功能强大、高算力、高处理速度,可支持双电机驱动的全国产RISC-V 32位MCU—APT32F173系列。

关键字: RISC-V MCU 电机驱动

近年来,电机驱动市场有着广泛而快速的增长,无论是在工业领域、消费领域亦或是新兴的新能源汽车领域,电机驱动正在得到更多的应用。快速增长的电机驱动市场也对电子设计与芯片性能提出了更高的要求,例如高可靠性、更加全面的保护与诊断...

关键字: 电机驱动 新能源汽车
关闭