無刷電機工作及控制原理(圖解)

1、.無刷電機工作及控制原理( 圖解 )左手定則，這個是電機轉(zhuǎn)動受力分析的基礎(chǔ)， 簡單說就是磁場中的載流導(dǎo)體， 會受到力的作用。讓磁感線穿過手掌正面，手指方向為電流方向，大拇指方向為產(chǎn)生磁力的方向，我相信喜歡玩模型的人都還有一定物理基礎(chǔ)的哈哈。.讓磁感線穿過掌心， 大拇指方向為運動方向， 手指方向為產(chǎn)生的電動勢方向。 為什么要講感生電動勢呢 ?不知道大家有沒有類似的經(jīng)歷，把電機的三相線合在一起，用手去轉(zhuǎn)動電機會發(fā)現(xiàn)阻力非常大， 這就是因為在轉(zhuǎn)動電機過程中產(chǎn)生了感生電動勢，從而產(chǎn)生電流，磁場中電流流過導(dǎo)體又會產(chǎn)生和轉(zhuǎn)動方向相反的力，大家就會感覺轉(zhuǎn)動有很大的阻力。不信可以試試。三相線分開，電機可以輕松

2、轉(zhuǎn)動三相線合并，電機轉(zhuǎn)動阻力非常大右手螺旋定則， 用右手握住通電螺線管， 使四指彎曲與電流方向一致， 那么大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的 N 極。.狀態(tài) 1當(dāng)兩頭的線圈通上電流時， 根據(jù)右手螺旋定則， 會產(chǎn)生方向指向右的外加磁感應(yīng)強度 B( 如粗箭頭方向所示 )，而中間的轉(zhuǎn)子會盡量使自己內(nèi)部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致， 以形成一個最短閉合磁力線回路， 這樣內(nèi)轉(zhuǎn)子就會按順時針方向旋轉(zhuǎn)了。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場方向與外部磁場方向垂直時， 轉(zhuǎn)子所受的轉(zhuǎn)動力矩最大。 注意這里說的是 “力矩 ”最大，而不是 “力”最大。誠然，在轉(zhuǎn)子磁場與外部磁場方向一致時，轉(zhuǎn)子所受磁力最大，但此時轉(zhuǎn)子呈水平狀態(tài)，力臂為

3、 0，當(dāng)然也就不會轉(zhuǎn)動了。補充一句，力矩是力與力臂的乘積。其中一個為零，乘積就為零了。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到水平位置時， 雖然不再受到轉(zhuǎn)動力矩的作用， 但由于慣性原因， 還會繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動， 這時若改變兩頭螺線管的電流方向， 如下圖所示， 轉(zhuǎn)子就會繼續(xù)順時針向前轉(zhuǎn)動，.狀態(tài) 2如此不斷改變兩頭螺線管的電流方向， 內(nèi)轉(zhuǎn)子就會不停轉(zhuǎn)起來了。 改變電流方向的這一動作，就叫做換相。補充一句：何時換相只與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)，而與其他任何量無直接關(guān)系。第二部分：三相二極內(nèi)轉(zhuǎn)子電機一般來說，定子的三相繞組有星形聯(lián)結(jié)方式和三角聯(lián)結(jié)方式，而 “三相星形聯(lián)結(jié)的二二導(dǎo)通方式 ”最為常用，這里就用該模型來做個簡單分析。上圖顯示了定子

4、繞組的聯(lián)結(jié)方式 (轉(zhuǎn)子未畫出假想是個二極磁鐵 )，三個繞組通過中心的連接點以 “Y型”的方式被聯(lián)結(jié)在一起。整個電機就引出三根線 A, B, C 。當(dāng)它們之間兩兩通電時，有 6 種情況，分別是 AB, AC, BC, BA, CA, CB 注意這是有順序的。下面我看第一階段： AB 相通電.當(dāng) AB 相通電，則 A 極線圈產(chǎn)生的磁感線方向如紅色箭頭所示， B 極產(chǎn)生的磁感線方向如圖藍色箭頭所示， 那么產(chǎn)生的合力方向即為綠色箭頭所示， 那么假設(shè)其中有一個二極磁鐵，則根據(jù) “中間的轉(zhuǎn)子會盡量使自己內(nèi)部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致 ”則 N 極方向會與綠色箭頭所示方向重合。至于 C，暫時沒他什么

5、事。第二階段： AC 相通電第三階段： BC 相通電.第三階段： BA 相通電為了節(jié)省篇幅，我們就不一一描述 CACB 的模型，大家可以自己類推一下。以下為中間磁鐵 (轉(zhuǎn)子 )的狀態(tài)圖：.每個過程轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)60 度六個過程即完成了完整的轉(zhuǎn)動，其中6 次換相我們再來看一個復(fù)雜點的， 圖(a) 是一個三相九繞組六極 (三對極 )內(nèi)轉(zhuǎn)子電機， 它的繞組連線方式見圖 (b)。從圖 (b)可見，其三相繞組也是在中間點連接在一起的，也屬于星形聯(lián)結(jié)方式。 一般而言，電機的繞組數(shù)量都和永磁極的數(shù)量是不一致的(比如用 9 繞組 6 極，而不是 6 繞組 6 極)，這樣是為了防止定子的齒與轉(zhuǎn)子的磁鋼相吸對齊。.其運

6、動的原則是：轉(zhuǎn)子的 N 極與通電繞組的 S 極有對齊的運動趨勢，而轉(zhuǎn)子的 S 極與通電繞組的 N 極有對齊的運動趨勢。即為 S 與 N 相互吸引，注意跟之前的分析方法有一定的區(qū)別。第一階段： AB 相通電第二階段： AC 相通電.第三階段： BC 相通電.第四階段： BA 通電.第五階段： CA 通電.第六階段： CB 通電.以上為六個不同的通電狀態(tài)，其中經(jīng)歷了五個轉(zhuǎn)動過程。每個過程為20 度?？赐炅藘?nèi)轉(zhuǎn)子無刷直流電機的結(jié)構(gòu)， 我們來看外轉(zhuǎn)子的。 其區(qū)別就在于， 外轉(zhuǎn)子電機將原來處于中心位置的磁鋼做成一片片， 貼到了外殼上， 電機運行時， 是整.個外殼在轉(zhuǎn)， 而中間的線圈定子不動。 外轉(zhuǎn)子無刷

7、直流電機較內(nèi)轉(zhuǎn)子來說， 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量要大很多 (因為轉(zhuǎn)子的主要質(zhì)量都集中在外殼上 )，所以轉(zhuǎn)速較內(nèi)轉(zhuǎn)子電機要慢，通常 KV 值在幾百到幾千之間。也是航模主要運用的無刷電機順便啰嗦一下吧。無刷電機 KV 值定義為：轉(zhuǎn)速 /V ，意思為輸入電壓每增加 1 伏特，無刷電機空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值。 比如說，標(biāo)稱值為 1000KV 的外轉(zhuǎn)子無刷電機，在 11 伏的電壓條件下，最大空載轉(zhuǎn)速即為： 11000rpm(rpm 的含義是：轉(zhuǎn) /分鐘 )。同系列同外形尺寸的無刷電機， 根據(jù)繞線匝數(shù)的多少， 會表現(xiàn)出不同的 KV 特性。繞線匝數(shù)多的， KV 值低，最高輸出電流小，扭力大 ;繞線匝數(shù)少的， KV 值高

8、，最高輸出電流大，扭力小。我先前測試過穿越機 2204 電機的極限電流，單電機能彪上 25A ，而 2212 系列電機 15A 都上不了。分析方法也和內(nèi)轉(zhuǎn)子電機類似， 大家可以自己分析一下， 根據(jù)右手螺旋定理判斷線圈的 N/S 極，轉(zhuǎn)子永磁體的 N 極與定子繞組的 S 極有對齊 (吸引 )的趨勢，轉(zhuǎn)子永磁體的 S 極與定子繞組的 N 極有對齊 (吸引 )的趨勢，從而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。經(jīng)典無刷電機 2212 1000kv 電機結(jié)構(gòu)分析。.圖為 DJI 2312S 電機和 XXD 2212 電機的 (解剖圖 ).圖為 xxd2212 線圈拆解圖.圖為 12 繞組 14 極(即 7 對極 )，電機繞組繞發(fā)圖后面畫出了 6 種兩相通電的情形， 可以看出，盡管繞組和磁極的數(shù)量可以有許多種變化，但從電調(diào)控制的角度看，其通電次序其實是相同的，也就是說，不管外轉(zhuǎn)子還是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機，都遵循AB-AC-BC-BA-CA-CB的順序進行通電換相。當(dāng)然，如果你想讓電機反轉(zhuǎn)的話，電子方法是按倒過來的次序通電;物理方法直接對調(diào)任意兩根線，假設(shè) A 和 B 對調(diào)，那么順序就是 BA-BC-AC-AB-CB-CA ，大家有沒有發(fā)現(xiàn)這里順序就完全倒過來了。.AB 相通電.AC 相通電.BC 相通電.BA 相通電.CA 相通電.CB 相