無(wú)刷電機(jī)工作及控制原理(圖解)

1、無(wú)刷電機(jī)工作及控制原理(圖解)左手定則，這個(gè)是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)受力分析的基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體，會(huì)受到力的作用。讓磁感線(xiàn)穿過(guò)手掌正面，手指方向?yàn)殡娏鞣较?，大拇指方向?yàn)楫a(chǎn)生磁力的方向，我相信喜歡玩模型的人都還有一定物理基礎(chǔ)的哈哈。讓磁感線(xiàn)穿過(guò)掌心，大拇指方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)方向，手指方向?yàn)楫a(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)方向。為什么要講感生電動(dòng)勢(shì)呢?不知道大家有沒(méi)有類(lèi)似的經(jīng)歷，把電機(jī)的三相線(xiàn)合在一起，用手去轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)阻力非常大，這就是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)過(guò)程中產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生電流，磁場(chǎng)中電流流過(guò)導(dǎo)體又會(huì)產(chǎn)生和轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的力，大家就會(huì)感覺(jué)轉(zhuǎn)動(dòng)有很大的阻力。不信可以試試。三相線(xiàn)分開(kāi)，電機(jī)可以輕松轉(zhuǎn)動(dòng)三相線(xiàn)合并，電機(jī)轉(zhuǎn)

2、動(dòng)阻力非常大右手螺旋定則，用右手握住通電螺線(xiàn)管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的N極。狀態(tài)1當(dāng)兩頭的線(xiàn)圈通上電流時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則，會(huì)產(chǎn)生方向指向右的外加磁感應(yīng)強(qiáng)度B(如粗箭頭方向所示)，而中間的轉(zhuǎn)子會(huì)盡量使自己內(nèi)部的磁感線(xiàn)方向與外磁感線(xiàn)方向保持一致，以形成一個(gè)最短閉合磁力線(xiàn)回路，這樣內(nèi)轉(zhuǎn)子就會(huì)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)了。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向與外部磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，轉(zhuǎn)子所受的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩最大。注意這里說(shuō)的是“力矩”最大，而不是“力”最大。誠(chéng)然，在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與外部磁場(chǎng)方向一致時(shí)，轉(zhuǎn)子所受磁力最大，但此時(shí)轉(zhuǎn)子呈水平狀態(tài)，力臂為0，當(dāng)然也就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)了。補(bǔ)充一句，力矩是力與力臂的乘積。其中

3、一個(gè)為零，乘積就為零了。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到水平位置時(shí)，雖然不再受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的作用，但由于慣性原因，還會(huì)繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)若改變兩頭螺線(xiàn)管的電流方向，如下圖所示，轉(zhuǎn)子就會(huì)繼續(xù)順時(shí)針向前轉(zhuǎn)動(dòng)，狀態(tài)2如此不斷改變兩頭螺線(xiàn)管的電流方向，內(nèi)轉(zhuǎn)子就會(huì)不停轉(zhuǎn)起來(lái)了。改變電流方向的這一動(dòng)作，就叫做換相。補(bǔ)充一句：何時(shí)換相只與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)，而與其他任何量無(wú)直接關(guān)系。第二部分：三相二極內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)一般來(lái)說(shuō)，定子的三相繞組有星形聯(lián)結(jié)方式和三角聯(lián)結(jié)方式，而“三相星形聯(lián)結(jié)的二二導(dǎo)通方式”最為常用，這里就用該模型來(lái)做個(gè)簡(jiǎn)單分析。上圖顯示了定子繞組的聯(lián)結(jié)方式(轉(zhuǎn)子未畫(huà)出假想是個(gè)二極磁鐵)，三個(gè)繞組通過(guò)中心的連接點(diǎn)以“Y”型的方式

4、被聯(lián)結(jié)在一起。整個(gè)電機(jī)就引出三根線(xiàn)A, B, C。當(dāng)它們之間兩兩通電時(shí)，有6種情況，分別是AB, AC, BC, BA, CA, CB注意這是有順序的。下面我看第一階段：AB相通電當(dāng)AB相通電，則A極線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁感線(xiàn)方向如紅色箭頭所示，B極產(chǎn)生的磁感線(xiàn)方向如圖藍(lán)色箭頭所示，那么產(chǎn)生的合力方向即為綠色箭頭所示，那么假設(shè)其中有一個(gè)二極磁鐵，則根據(jù)“中間的轉(zhuǎn)子會(huì)盡量使自己內(nèi)部的磁感線(xiàn)方向與外磁感線(xiàn)方向保持一致”則N極方向會(huì)與綠色箭頭所示方向重合。至于C，暫時(shí)沒(méi)他什么事。第二階段：AC相通電第三階段：BC相通電第三階段：BA相通電為了節(jié)省篇幅，我們就不一一描述CACB的模型，大家可以自己類(lèi)推一下。以下

5、為中間磁鐵(轉(zhuǎn)子)的狀態(tài)圖：每個(gè)過(guò)程轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)60度六個(gè)過(guò)程即完成了完整的轉(zhuǎn)動(dòng)，其中6次換相我們?cè)賮?lái)看一個(gè)復(fù)雜點(diǎn)的，圖(a)是一個(gè)三相九繞組六極(三對(duì)極)內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，它的繞組連線(xiàn)方式見(jiàn)圖 (b)。從圖(b)可見(jiàn)，其三相繞組也是在中間點(diǎn)連接在一起的，也屬于星形聯(lián)結(jié)方式。一般而言，電機(jī)的繞組數(shù)量都和永磁極的數(shù)量是不一致的(比如用9繞組6極，而不是6繞組6極)，這樣是為了防止定子的齒與轉(zhuǎn)子的磁鋼相吸對(duì)齊。其運(yùn)動(dòng)的原則是：轉(zhuǎn)子的N極與通電繞組的S極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而轉(zhuǎn)子的S極與通電繞組的N極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。即為S與N相互吸引，注意跟之前的分析方法有一定的區(qū)別。第一階段：AB相通電第二階段：AC相通電

6、第三階段：BC相通電第四階段：BA通電第五階段：CA通電第六階段：CB通電以上為六個(gè)不同的通電狀態(tài)，其中經(jīng)歷了五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程。每個(gè)過(guò)程為20度?？赐炅藘?nèi)轉(zhuǎn)子無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，我們來(lái)看外轉(zhuǎn)子的。其區(qū)別就在于，外轉(zhuǎn)子電機(jī)將原來(lái)處于中心位置的磁鋼做成一片片，貼到了外殼上，電機(jī)運(yùn)行時(shí)，是整個(gè)外殼在轉(zhuǎn)，而中間的線(xiàn)圈定子不動(dòng)。外轉(zhuǎn)子無(wú)刷直流電機(jī)較內(nèi)轉(zhuǎn)子來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要大很多(因?yàn)檗D(zhuǎn)子的主要質(zhì)量都集中在外殼上)，所以轉(zhuǎn)速較內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)要慢，通常KV值在幾百到幾千之間。也是航模主要運(yùn)用的無(wú)刷電機(jī)順便啰嗦一下吧。無(wú)刷電機(jī)KV值定義為：轉(zhuǎn)速/V，意思為輸入電壓每增加1伏特，無(wú)刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值。比如說(shuō)

7、，標(biāo)稱(chēng)值為1000KV的外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)，在11伏的電壓條件下，最大空載轉(zhuǎn)速即為：11000rpm(rpm的含義是：轉(zhuǎn)/分鐘)。同系列同外形尺寸的無(wú)刷電機(jī)，根據(jù)繞線(xiàn)匝數(shù)的多少，會(huì)表現(xiàn)出不同的KV特性。繞線(xiàn)匝數(shù)多的，KV值低，最高輸出電流小，扭力大;繞線(xiàn)匝數(shù)少的，KV值高，最高輸出電流大，扭力小。我先前測(cè)試過(guò)穿越機(jī)2204電機(jī)的極限電流，單電機(jī)能彪上25A，而2212系列電機(jī)15A都上不了。分析方法也和內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)類(lèi)似，大家可以自己分析一下，根據(jù)右手螺旋定理判斷線(xiàn)圈的N/S極，轉(zhuǎn)子永磁體的N極與定子繞組的S極有對(duì)齊(吸引)的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)子永磁體的S極與定子繞組的N極有對(duì)齊(吸引)的趨勢(shì)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)

8、。經(jīng)典無(wú)刷電機(jī)2212 1000kv電機(jī)結(jié)構(gòu)分析。圖為DJI 2312S電機(jī)和XXD 2212電機(jī)的(解剖圖)圖為xxd2212線(xiàn)圈拆解圖圖為12繞組14極(即7對(duì)極)，電機(jī)繞組繞發(fā)圖后面畫(huà)出了6種兩相通電的情形，可以看出，盡管繞組和磁極的數(shù)量可以有許多種變化，但從電調(diào)控制的角度看，其通電次序其實(shí)是相同的，也就是說(shuō)，不管外轉(zhuǎn)子還是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，都遵循AB->AC->BC->BA->CA->CB的順序進(jìn)行通電換相。當(dāng)然，如果你想讓電機(jī)反轉(zhuǎn)的話(huà)，電子方法是按倒過(guò)來(lái)的次序通電;物理方法直接對(duì)調(diào)任意兩根線(xiàn)，假設(shè)A和B對(duì)調(diào)，那么順序就是BA->BC->AC->AB->CB->CA，大家有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這里順序就完全倒過(guò)來(lái)了。AB相通電AC相通電BC相通電BA相通電CA相通電CB相通電要說(shuō)明