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无刷直流电机基础知识总结

赵云 发布于 2021-10-15 11:28
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今天给大家分享下电机控制中需要了解的一些基础知识,供大家参考学习。

一、三个基本定则

1.左手定则

左手定则是用来判断一个通电导体在磁场中受力方向的。具体受力方向如何判断,如下:

1)伸开左手,使大拇指和其余四指垂直;

2)手心面向N极,四指顺着电流的方向,那么大拇指所指方向就是导体受力方向。

力的大小计算公式为:F =    BILsinθ,其中B 为磁感应强度(单位 T),I 为电流大小(单位 A),L 为导体有效长度(单位 m),F 为力

的大小(单位 N),θ 为: B I 的夹角。左手定则示意图如下图一所示:



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图一:左手定则受力方向判断示意图

2.右手定则

由于通电导体的运动会切割磁感线,此时就会产生感应电动势,那么感应电动势的方向就可以用右手定则进行判定。右手定则具体内容如下所示:

右手平展,使大拇指与其余四指垂直,并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中,让磁感线从掌心进入(当磁感线为直线时,相当于手心面向N极),大拇指指向导线运动方向,则四指所指方向为导线中感应电流(感应电动势)的方向。

感应电动势的大小可以通过公式E = vBLsinθ进行计算,其中v 为导体的运动速度(单位 m/s),B 为磁感应强度(单位 T),L 为导体长度(单位

m),θ B L的夹角。右手定则判定方向示意图如下图二所示:



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图二:右手定则感应电动势方向判断示意图

3.右手螺旋定则

通电螺线管中流过电流时,会产生磁场,产生的磁场方向可以通过右手螺旋定则来进行判定。具体法则为:右手握住通电螺线管使四指弯曲




与电流方向一致,大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的 N 极。





右手螺旋定则判定示意图如下图三所示:




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图三:右手螺旋定则判定磁场方向示意图


我们都知道,如果我们将一个小磁针放入磁场中,那么小磁针N方向的转动方向是往静止磁场的N方向转动,也就是说,当把小磁针放入磁场中时,静止后,小磁针的N方向跟磁场的N方向是一致的。

静止时刻的方向示意图如下图四所示:


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图四:小磁针静止时的指向



二、电机基本概念

1.电机

电机(英文:Electric machinery,俗称马达)是指依据电磁感应定律实现电能转换传递的一种电磁装置。下图所示为直流无刷电机。

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图五:直流无刷电机



2.转子



电机工作时转动的部分称为转子。下图六所示为转子为永磁体的外转子电机转子结构。





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图六:转子示意图





3.定子和绕组

电机工作时不转动的部分称为定子如下图七所示为外转子无刷电机的定子示意图,定子结构上绕制了线圈。绕组就是定子上的线圈,通电后就会形成一定的磁场,从而推动转子旋转


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图七:定子示意图





4.内转子电机





转子在定子内部,示意图如下图八所示:



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图八:内转子电机示意图





5.外转子电机






转子在定子外部的电机称为外转子电机,如下图九为外转子电机示意图:






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图九:外转子电机示意图



6.极数与极对数

极数是N极,S级的总数,一般都是指永磁体的磁极数,下图十所示的电机有6极。极对数是 一个南极(S极) ,一个北极(N极) ,算一对磁极极对数=级数÷2,下图十所示的电机有3对极。

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图十:极数及极对数介绍示意图


7.机械角度与电角度

机械角度就是数学中的“空间几何角度”,恒等于360度。电角度指磁场每转过一对磁极,导体的电动势变化一个周期,定义一个周期为360°电角度。

电角度=机械角度*极对数

若电机有K对极,那么整个定子内圆有K*360°电角度,右图电机有4对极,因此一圈是360°机械角度,1440°电角度

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图十一:机械角度与电角度介绍示意图

8. KV值

KV值是指输入电压每增加 1 伏特,无刷电机空转转速增加值,转速=KV*电压。比如KV=1000,那么当输入电压10V时,空转转速就是10000rpm  (rpm=转/分钟)。同系列同外形尺寸的无刷电机,根据绕线匝数的多少,会表现出不同的 KV 特性。绕线匝数多的,KV 值低,最高输出电流小,扭力大;绕线匝数少的,KV 值高,最高输出电流大,扭力小。

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图十二:KV值示意图

9. 霍尔传感器

霍尔传感器感应磁场方向,并输出高低电平(”1”和”0”),根据霍尔传感器的输出值,就能确定转子的位置。下图十三表示霍尔安装及霍尔波形示意图:

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图十三:霍尔安装及霍尔波形示意图

10. 死点

转子在死点位置,电机无启动力矩,一般是转子磁场与定子磁场方向平行,如下图十四所示表示死点示意图:

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图十四:死点位置示意图

今天的内容就给大家分享到这里,下次有机会再继续给大家分享更多关于电机相关的基础知识,谢谢大家!


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