无刷电机的原理图解

Question

如题所述

Answer 1

直流无刷电机的工作原理：
1. 直流无刷电机是一种同步电机，其转子转速由电机的定子旋转磁场速度和转子极数（P）决定，遵循公式 N=120f/P。在转子极数固定的情况下，通过改变定子旋转磁场的频率来调节转子转速。
2. 直流无刷电机通过电子式控制（驱动器）来实现同步电机的控制。该控制机制能够调节定子旋转磁场的频率，并将电机转子的转速反馈至控制中心进行校正，以达到类似直流电机的性能。这意味着在额定负载范围内，即使负载发生变化，电机转子也能保持恒定的转速。
3. 直流无刷驱动器由电源部和控制部组成。电源部负责为电机提供三相电源，而控制部根据需求转换输入电源的频率。电源部可以直接接受直流电输入（通常为24V）或交流电输入（110V/220V）。如果输入为交流电，则需要先通过转换器（converter）转换为直流电。然后，通过换流器（inverter）将直流电压转换为3相电压，以驱动电机。
4. 换流器由6个功率晶体管（Q1～Q6）组成，分为上臂（Q1、Q3、Q5）和下臂（Q2、Q4、Q6），用于控制电机线圈的电流。控制部提供PWM（脉冲宽度调制）信号，以决定功率晶体管的开关频率和换流器的换相时机。
5. 为了实现速度的稳定控制，直流无刷电机内部装有霍尔传感器（hall-sensor），用于感应磁场并作为速度的闭环控制和相序控制的依据。然而，霍尔传感器仅用于速度控制，不适用于定位控制。
6. 控制部根据霍尔传感器感应到的电机转子位置，决定开启或关闭换流器中的功率晶体管，以产生旋转磁场并与转子的磁铁相互作用，从而驱动电机转动。当转子达到一定位置，控制部会切换功率晶体管的顺序，以改变电机转向。
7. 在电机运转过程中，控制部会比较驱动器设定的速度和加/减速率与霍尔传感器信号变化的速度，以决定下一组功率晶体管的开启和导通时间的长短，从而实现速度的精确控制。PWM是决定电机转速的关键因素。
8. 为了实现高转速和低转速的精确控制，需要考虑系统的时钟分辨率、霍尔传感器信号的读取方式，以及根据电机特性配置控制参数值。此外，速度反馈信号的改变可以参考编码器的变化，以提高信号的分辨率和控制效果。
9. 电机能够平稳运行且响应迅速，P.I.D.控制的恰当与否也至关重要。为了应对复杂多变的控制状态和环境，传统的工程控制需要结合模糊控制、专家系统和神经网络等智能理论，以实现更坚固耐用的控制效果。