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直流無刷電機(jī)基本原理與驅(qū)動(dòng)方式
文章來源:永阜康科技 更新時(shí)間:2025/5/20 11:03:00
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直流無刷電機(jī)(Brushless DC Motor,BLDC)是一種基于電子換向技術(shù)的高效電機(jī),具有長壽命、低噪音和高功率密度的特點(diǎn)。相比于傳統(tǒng)有刷直流電機(jī),去掉了物理電刷和換向器,提高了壽命。配合FOC控制可以實(shí)現(xiàn)任意角度最大扭矩輸出,大大提高了電機(jī)效率。而且無刷電機(jī)采用正弦波控制可以降低紋波噪聲,使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)更為平滑穩(wěn)定,隨著其性能優(yōu)勢和價(jià)格的降低,當(dāng)前在很多場合已開始逐步推廣應(yīng)用。

1.BLDC基本構(gòu)成:
    機(jī)械結(jié)構(gòu)有定子,轉(zhuǎn)子和傳感器。定子通常為三相繞組線圈(星形或三角形連接),固定在電機(jī)外殼。轉(zhuǎn)子由永磁體(如釹鐵硼)構(gòu)成,無需電刷或機(jī)械換向器。在有傳感器控制中,霍爾傳感器或編碼器用于檢測轉(zhuǎn)子位置,輔助電子換向。在無傳感器控制中,使用反電動(dòng)勢檢測來判斷轉(zhuǎn)子位置,輔助電子換向。

電機(jī)本體如下圖:

2.工作原理:
   

通過控制器(如MCU或?qū)S抿?qū)動(dòng)芯片)驅(qū)動(dòng)逆變電路驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī),根據(jù)轉(zhuǎn)子位置信息配合核心處理器計(jì)算,按順序切換定子繞組的電流方向,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場,驅(qū)動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。其本質(zhì)是控制磁場方向,通過電磁感應(yīng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子。

3.驅(qū)動(dòng)電路:

控制核心配合三相逆變器驅(qū)動(dòng):由6個(gè)MOSFET/IGBT開關(guān)構(gòu)成三相全橋控制。驅(qū)動(dòng)回路圖如下


4.控制方式:
  1. 整體控制回路如下圖: 

  2. 方波驅(qū)動(dòng)(梯形波驅(qū)動(dòng))

    特點(diǎn):控制簡單,成本低,但存在轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪音。

    實(shí)現(xiàn):通過霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置,按固定順序,一般稱為六步換相,控制切換三相繞組的通電狀態(tài)。

    典型應(yīng)用:風(fēng)扇、電動(dòng)工具等對成本敏感的場景。

     

  3. 正弦波驅(qū)動(dòng)(FOC,矢量控制)

    使用霍爾傳感器或無感算法(如反電動(dòng)勢觀測器)獲取轉(zhuǎn)子位置。

    特點(diǎn):通過算法生成平滑的正弦電流,實(shí)現(xiàn)低噪音、高效率和高動(dòng)態(tài)響應(yīng)。算法更為復(fù)雜,對處理器的計(jì)算要求高。軟件開發(fā)難度較大。

    實(shí)現(xiàn):通過三相逆變器的開關(guān)狀態(tài)切換配合FOC算法,輸出正弦波驅(qū)動(dòng)無刷電機(jī)。

    典型應(yīng)用:精密控制場景,如無人機(jī)、機(jī)器人、電動(dòng)汽車。

 

5.直流有刷電機(jī)和無刷電機(jī)特性對比:

 
 
 
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