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无刷直流电机是在有刷直流电机的基础上发展起来的,就它们内部发生的电磁过程来说,本质上无多大差别。因此,下面先介绍一下有刷直流电机的工作原型里。
有刷直流电机主要由静止部分磁极体、转动部分电枢以及电刷和换向器等组成,如图1所示。图中,N、S为磁极体,线圈abed组成电枢,电刷A、B和换向片Ⅱ组成机械换向机构。
当接上电源后,电流I从电刷A流进去,经过换向片I、线圈abed至换向片Ⅱ,然后由电刷B流出。根据毕奥·萨伐尔定律:如果磁场中有一载流导体,且导体与磁场方向相互垂直,则作用在载流导体上的电磁力应为/ = IBι,,其中,I为流过导体的电流;B为磁通密度;ιa为载流导体的有效长度。这个力形成了作用在线圈上的电磁转矩。根据左手定则,线圈在这个电磁转矩的作用下,将按逆时针方向转动。当载流导体转过180°电角度后,电流I还是从电刷A进去,经由换向片I、线圈dcbca,至换向片Ⅱ,最后仍从电刷B流出。
可见,在有刷直流电机中,就是借助电刷一换向片,使得在某一磁极下,虽然导体在不断更替,但只要外加电压的极性不变,则导
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,电机的旋转方向也始终不变,这就是有刷直流电机的机械换相过程。
在无刷直流电机中,借助反映主转子位置的位置传感器的输出信号,通过电子换相线路去驱动与电枢绕组连接的相应的功率开关器件,使电枢绕组依次馈电,从而在定子上产生跳跃式的旋转磁场,驱动永磁转子旋转。随着转子的转动,位置传感器不断地送出信号,以改变电枢绕组的通电状态,使得在某一磁极下导体中的电流方向始终保持不变,这就是无刷直流电机的玩接触式换相过程,图2为无刷直流电机工作原理框图。
有刷直流电机的原理图
无刷直流电机工作原理框图
应该指出,在无刷直流电机中,电枢绕组和相应的功率开关器件的数目不可能很多,所以与有刷直流电机相比,它产生的电磁转矩波动比较大。
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