无刷电机原理是什么

无刷电机原理是什么

无刷直流(BLDC)电机可以想象成与刷式直流电机截然相反，其中永久磁性在转子上，而绕线在定子上。因此，该电机没有刷子和换向器，消除了与刷式直流电机产生火花相关的劣势。该电机被称为直流电机，是因为其线圈通过直流电源驱动，而直流电源是按预定顺序的形式应用到不同的定子线圈。这一过程称为换向。但是，BLDC并不恰当，因为该电机实际上属于交流电机。在电路循环过程中，每个线圈中的电流正负交替。定子一般是凸极结构，旨在产生梯形反电动势波形，尽可能符合所应用的换向电压波形。但是实际上很难做到，产生的反电动势波形通常更像正弦，而非梯形。因此，PMSM电机使用的许多控制技术（如场定向控制）同样适用于BLDC电机。对BLDC电机的另一个误解是关于其如何驱动。不同于开环步进应用中驱动的定子线圈决定转子位置，在BLDC电机中，转子位置决定要驱动哪个定子线圈。定子磁通矢量位置必须与转子磁通矢量位置保持同步（而非相反），以使电机操作顺畅。要实现这一目的，需要了解转子位置来确定要驱动的定子线圈。现有多种技术可实现这一目的，但最常用的技术是使用霍尔效应传感器监控转子位置。遗憾的是，这些传感器及其相关连接器和线束会增加系统成本，并降低可靠性。为减少这些问题，已有多种技术开发出来用于消除这些传感器，进而实现无传感器操作。多数技术依靠在电机旋转时，从定子绕线的反电动势波形中提取位置信息。但是，依靠反电动势传感的技术在电机旋转缓慢或静止时便无用武之地，因为此时反电动势波形很弱或根本不存在。因此，我们不断开发新技术，以在低转速或零转速时从其它信号中获取转子位置信息。BLDC电机在效率额定值方面占绝对优势，一般可达到95%左右。当前对新非晶合金材料的研究正在将这一数字推向新高。已有报道称100W范围内效率为96%。BLDC电机还在争夺“世界最快电机”之称，部分电机速度可达到数十万RPM（其中一项应用中已报道400KRPM）。最常用的BLDC电机拓扑使用3相定子结构。因此，标准的6晶体管反向器是最常用的功率级，如图所示。根据运行要求（含传感器与无传感器、换向与正弦、PWM与SVM等），有很多方法可驱动晶体管来达到所需目标，不胜枚举。这对一般位于微处理器中的PWM发生器的灵活性提出了极高要求。好消息是，TI的电机控制处理器可轻