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电气百科:有刷、无刷直流永磁电机工作原理区别
发布者: 发布时间:2017-07-01 阅读:254

随着永磁材料和功率电子元器件的不断进步,无刷直流永磁电动机得到了快速的发展,它们被广泛用于工业、农业、国防、航空航天、现代科技和日常生活的各个领域。在电机技术领域内,合理正确地设计无刷直流永磁电动机成为一个越来越重要的课题。

有刷直流永磁电机原理介绍

在有刷直流永磁电动机中,电枢绕组设置在转子上,定子永磁体在气隙内形成激磁磁场。根据物理学定理,在此情况下,如果迫使电流在电枢绕组的某一根导体中流动,就会产生一个作用于该导体的电磁力,具体见表达式(1)F=K1Bli………………

式(1)中:

F——电磁力(N);

K1——常数;

B——气隙磁通密度(T);

L——导体的长度(m);

I——导体内的电流(A)。

电枢绕组由多个线圈(或称为元件)所组成,每个线圈又由若干线匝所组成。如果电枢绕组的总串联导体数为N,且N>1,并携带同样的电流,则电磁力的量值按式(2)计算。

F=K2BNli………………(2)

式(2)中,K2为一个常数。

在电动机内,作用在导体上的电动力对转子中心轴线形成一个力矩,迫使转子围绕中心轴线旋转。旋转电磁力矩的量值按式(3)。

M=K3BNRli………………(3)

式(3)中:

M——电磁力矩(N:m);

K3——常数;

R——导线所处位置相对转子中心轴线的半径(m)。

在有刷直流永磁电动机中,定子主要由永磁体磁极、导磁瓶和电刷构件所组成,转子主要由电枢绕组和换向器所组成。电枢绕组按一定的规律与换向器相连接,两个相邻线圈之间存在一定的角位移。假说,处在N极下的某一线圈从0°电角度位置开始通电,转子便开始旋转,该线圈内的电流在气隙磁场内产生的旋转电磁力矩从0值开始由小到大,再由大变小,当转子转至180°电角度时,该线圈产生的旋转电磁力矩又回到0值。这时,该线圈离开了N极,进入S极下面,该线圈内的电流方向被自动地切换(开关)成相反的方向。开关动作是借助若干个电刷和一个换向器的机械结构来实现的,这种由电枢线圈内电流方向的变换被称之为机械换向。

这样,在有刷直流电动机的某一磁极下,虽然线圈导体在不断地更替,但只要外加电压的极性不变,线圈导体中流过的电流方向始终不变,作用在电枢上的电磁转矩的方向始终不变,电动机的旋转方向也将始终不变,这就是有刷直流电动机的机械换向过程的本质。

无刷直流永磁电动机的工作原理

在无刷直流水磁电动机中,电枢绕组被设置在定子上,水磁体磁极被设置在转子上。定子各相电枢绕组相对转子永磁体磁场的位置,由转子位置传感器通过电子方式或电磁方式所感知;并利用其输出信号,通过电子换向电路,按照一定的逻辑程序去驱动与电枢绕组相连接的相应的功率开关晶体管,把电流开关或换向到相应的电枢绕组。随着转子的转动,转子位置传感器不断地发送出信号,致使电枢绕组不断地依次通电,不断地改变通电状态,从而使得在某一磁极下的线圈导体中流过的电流方向始终不变,这就是无刷直流永磁电动机的无接触式电子换向过程的实质。

有刷、无刷直流永磁电机工作原理区别

我们可以设想:在有刷直流永磁电动机中,如果把原先处于电动机内部的旋转电枢翻出来变成定子,把所有被连接在机械换向器上面的电枢绕组的引线头抽出来,并且给每一个引线头提供一个功率晶体管开关;而把原先处于外部的静止永磁体移入电动机的内腔变成转子,就可以把一台有刷型直流永磁电动机变换成一台无刷型直流永磁电动机。但是,这种实施方法必须包含大量的功率晶体管开关元件和与之相适应的转子位置传感器,就目前科技水平而论,这种方法很难实施,或者说还没有实用价值。因此,在当前的无刷直流永磁电动机中,定子电枢采用类似于一般交流电动机中的三相绕组,借助转子位置传感器检测出转子永磁体磁场与定子电枢绕组三相轴线之间的相对空间位置,通过逻辑信号处理和控制,来实现定子电枢三相绕组的电子换向。

 
 

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