【《无刷直流电机工作原理概述》2300字】

无刷直流电机工作原理概述目录TOC\o"1-3"\h\u5234无刷直流电机工作原理概述 156471.1电动机转动的原理 152111.2无刷直流电机简介 1295691.3无刷直流电机的结构 2239691.4无刷直流电机的电流换向电路 219131.5无刷直流电机的电流换向过程 352441.6无刷直流电机的换向 41.1电动机转动的原理在了解无刷直流电动机的工作原理之前，我们先在了解一下电动机的转动原理。首先，我们对磁铁都非常了解，小的时候也都玩过磁铁，和磁铁有关有这么一句话，同极相斥，异极相吸。这句话的意思是当两个磁铁的同一极性相互靠近时就会相互排斥，而与之相对的，当两个磁铁的不同的极性相互靠近时，两个磁铁就会“啪”的一下撞在一起。因此我们假设，当我们拿着其中一块磁铁作为吸引，在与另一块磁铁保持一定的距离，如果我们有足够的速度来移动那块勾引用的磁铁，那么被吸引的磁铁就会跟在前面那块磁铁的后面。这个时候如果我们把平行的移动方式改为拿着磁铁画圈圈，那么同理可得，另一块磁铁也会因此跟着转圈圈。以上就是电动机转动的基本原理了，只不过在现实的真正的电动机中，用来勾引的“磁铁”并不是真正的磁铁，而是由线圈通电后所形成的磁场。1.2无刷直流电机简介无刷直流电机，英语缩写为BLDC（BrushlessDirectCurrentMotor）。其中电机的定子（不动的部分）是线圈，或者叫绕组。转子（转动的部分）是永磁体，就是磁铁。根据转子的位置，利用单片机来控制每个线圈的通电，使线圈产生的磁场变化，从而不断在前面勾引转子让转子转动，这就是无刷直流电机的转动原理。1.3无刷直流电机的结构首先，我们可以试着将线圈理解成长得像弹簧一样的东西。并且我们可以根据初中学过的右手螺旋法则得出，当电流从该线圈的上到下流过的时候，线圈上面的极性为N，下面的极性为S。像这样的线圈，我们在添加两个，平且按照一定的角度进行摆放，当有电流通过时就像是三个电磁铁一样了，而这就构成了电机的三相绕组。，如果再在绕组的中心加上一个永磁体来作为转子，那么就组成了一个简易的无刷直流电机。1.4无刷直流电机的电流换向电路无刷直流电机之所以既只用直流电，又不用电刷，是因为外部有个电路来专门控制它各线圈的通电。这个电流换向电路最主要的部件是FET（场效应晶体管，Field-EffectTransitor）。可以把FET看作是开关。下图将FET标为AT（A相Top），AB（A相Bottom），BT，BB，CT，CB。FET的“开合”是由单片机控制的。图1.11.5无刷直流电机的电流换向过程FET的“开合”时机是由单片机控制的。最常用的电流换向方法是Six-stepCommutation，翻译过来是“六步换向”。现在建个坐标系。六步换向的过程如下图所示。图1.2至于想要无刷直流电机的转子能够正常的转动，运转起来，主要靠的就是用六步换向生成一个旋转的磁场，在转子的前方不断勾引。就好先问所做的比喻一样，仿佛就像是那只拿着磁铁在画圈圈的手一样。如果你看合成的磁场方向和转子所在的位置的话，就一目了然了。在整个的转动过程中，就像是合成的磁场的S极一直在转子N极的前面等着。而只要我们能够控制好，把握好线圈通电的时机，让合成磁场的方向一直提前于转子的位置，转子就会一直屁颠屁颠地跟着。整个无刷直流电机的转子就这样成功，正常的运转起来了。1.6无刷直流电机的换向前文曾经提到过，控制转子转动的关键是，等转子转到合适的角度时，对通过线圈的电流进行换向，从而使生成的磁场方向发生变化，吸引转子，令转子转动。至于对于电流换向时机的把握，机对于转子当前所处的位置，具体如何，则需要通过一定的手段来得到想要的相关信息。其实判断转子位置的方法挺多，用传感器也行，不用传感器也行。先说用传感器的，传感器一般用霍尔传感器（HallSensor）。霍尔传感器通过霍尔效应（HallEffect），能检测出磁场强度的变化。根据高中物理所学的左手定则（用来判断带电导体在磁场中的受力方向），在霍尔传感器所在的回路中，磁场使带电粒子的运动发生偏转，带电粒子“撞到”霍尔传感器的两边，产生电位差。这时就可以用电压计接到霍尔传感器的两边，检测出这种电压变化，从而检测出磁场强度的变化。原理如下图所示。图1.3霍尔效应有了霍尔传感器，就能大致知道转子的位置了。霍尔传感器一般是每隔120°安装，或者每隔60°安装。下面假设是每隔120°安装的。假设转子N极划过霍尔传感器的感应区域时，霍尔传感器的输出电压为高（一般5V）。反之为低。图1.4根据HA，HB，HC的电平，可以知道转子所处位置的角度。比如，若HA高，HB低，HC低，我们能够知道转子处于180度～240度的电气角度之间。使用3个霍尔传感器时，分辨率是60度的电气角度。就是说我只能知道现在转子的位置在60°电气角度范围内，但准确具体多少度我们不知道。而其中，有关于电气角度和机械角度关系具体描述如下文中所讲解。与这里这里的霍尔传感器的实例相配合来说。所谓的机械角度其实就是电动机转子实际转过的角度。而电气角度和机械角度的关系与转子的极对数有关。这是因为实际上线圈生成的磁场要吸引的是转子的磁极。所以对于电机的转动控制来说，我们只关心电气角度就好。由此我们可以得出：电气角度=极对数x机械角度1.7无刷直流电机的引脚常见的无刷直流电机一般都有七个引脚，分别为红色引脚，橙色引脚，黄色引脚，绿色引脚，蓝色引脚，白色引脚和黑色引脚。每个引脚都与不同的元器件或者是信号口相连来实现不同的目的。其中，红色引脚黑色引脚主要的功能是连接电源，为无刷直流电动机的运转提供电能，而其中的红色引脚连接的是电源的正极，黑色则是连接电源的负极，而一般无刷直流电动机都是选取12V的电源进行驱动的；接下来是黄色引脚，黄色引脚的主要功能是对无刷直流电动机进行一个急停刹车的作用，具体的链接和实现功能的方法是通过对电源进行短接，以达到负极刹车的目