简述无刷直流电动机的结构和工作过程

　无刷直流电动机就是变频技术与直流电机相结合的产物，其具有效率高、噪音低、调速精度高、振动小、调速范围宽、寿命长等特点。下面就空调用无刷直流电机的组成及工作原理作简要介绍：

⑴直流电机的组成

直流电机本体：定子主要采取集中式绕组，根据控制不同，绕组相数有单相、二相、三相、四相等结构，用的最多的是三相绕组结构，绕组接法有星型接法和环形接法两种，绝大部分绕组采用星型接法。转子部分采用磁钢，磁钢提供电机的主磁场。电机控制部分：无刷电机的控制方式主要有PAM(脉幅调制技术)和 PWM(脉宽调制技术)，两种控制方式各有优缺点。

高压油位置传感器PWM驱动电路原理框图，主要由控制电路、逆变电路、三角波发生器、比较器、保护电路等组成。从原理框图可以看出，无刷直流电机的控制部分只包含一直一交变频电路中的逆变部分，整流及滤波部分由空调的主电控完成。

⑵工作原理

众所周知，永磁体提供的磁极磁场在电机旋转过程中固定不变的，这就是要求每个时刻定子绕组产生的电枢磁场必须与转子的磁极磁场相对应，即绕组的电流方向、导通与关断受转子位置的控制。因此，无刷直流电机必须有转子位置信号输出给电机的控制电路，电机的控制电路根据转子位置信号来控制相应的功率开关管的导通与关断，从而控制相应绕组的电流方向、导通与关断。定子绕组若按一定的通电顺序进行切换，就可以形成一个与转子位置对应的旋转磁场，使电机按要求的旋转方向旋转。相对磁钢的某一磁极而言，每个时刻与它对应的电枢磁场是固定的，即绕组的电流方向是固定的，这与有刷直流电机类似。

无刷直流电机运行原理图，绕组为三相星形接法，120度均布，采用三相半桥驱动方式，转子为一对极。在图示位置，磁钢的磁极中心线与A相绕组对齐，此时的控制电路根据转子位置检测信号，使S1开关管触发导通，B相绕组通电，在B相绕组磁场的作用下，转子将顺时针旋转120独门，到达虚线转子所示的位置，磁钢的磁极中心线与B相绕组对齐，此时，控制电路根据转子位置检测信号，使S1开关管关断，使S3开关管导通，A相绕组通电，转子在A相绕组磁场的作用下，转子将顺时针旋转120度，按上述通电顺序循环导通，转子就顺时针旋转下去。无刷直流电机采集转子位置信号，前者，电机结构简单，但电机起动困难后者，电机结构稍复杂，但起动平稳、可靠，目前大部分的无刷直流电机均采用后者。位置传感器的种类很多，空调用的无刷直流电机一般采用霍尔元件作为位置传感器。

无刷直流电机大部分采用三相星形绕组结构，桥式控制电路，下面就二相导通星形三相六状态的无刷直流电机的驱动原理作详细介绍：在此电机结构中，电机一般需要三个霍尔元件。两个霍尔元件之间的空间夹角为120度电角度，所以输出的脉冲信号相隔120度电角度。从真值表可以看出，每个霍尔元件一次导通 180度，每隔60度必有一个霍尔元件的输出状态发生却换，三个霍尔元件的输出状态的组合共有六种。与上述的霍尔元件的输出状态相对应，在一个周期内，三相绕组间隔60度电角度换相一次，每个时刻有两条相绕组导通，每相绕组连续导通120度。每相绕组正反向各导通一次，导通时间占三分之二周期。假定电枢各相绕组的导通次序为：UV\UW\VW\VU\WU\WV。

电机在该电枢磁场的作用下，按既定方向旋转。真值表的参数必须与控制电路的逻辑程序相吻合，电枢磁场与转子主磁场将不匹配，电机将能运转或倒转。

⑶电机调速

就调速原理来说，无刷直流电机类似于一般的直流电机，通过改变电枢两端的直流电压大小来改变电动机的转速。无刷直流电机有两种改变电压的方法：PAM 和PWM，PAM是电压的脉冲度保持不变，调节电压的幅值大小来改变电压的平均值大小PWM正好相反，即电压脉冲幅值不变，脉冲宽度磕掉。PAM方式调速。其调速线性度好、噪音低，控制电路简单，但线路较复杂，噪音较大，主要用于高压电机。

⑷PWM调速的实现

Vi为固定频率和固定电压的三角波，Vsp为直流电机电压，两者输入一比较，Vi输入比较器的同相端。当Vsp大于Vi时，比较器输出信号Vo为高电平，当Vsp小于Vi时，比较器输出信号Vo为低电平，Vo为一系列等宽度的脉冲波形，调节Vsp电压的大小，即可调节Vo的脉冲宽度的大小。直流高压 Vm施加到电机绕组两端，即可在绕组两端得到脉冲电压幅值不变，脉冲电压宽度可调的电压，调节Vo的脉宽占空比，机可调节电机绕组两端的电压平均值的大小，从而调节电机转速。PWM控制方式输出给绕组的电压波形是一系列等宽度的矩形波，矩形波含义较大成分的谐波。

直流无刷电机的设计步骤:首先根据用户需要确定电机额定功率、电压、转速和要求过载的倍数以及工作制，然后根据以上的信息选择合适的直流无刷系列电机。按照选择的直流无刷系列设计程序，计算出额定电流、额定转矩、最大电流等等......和你的制造工艺以及选用的轴承来确定电机的格挡转速。

对制造好的电机，应该通过试验方式来验证你的设计方案，当然在设计时应该考虑到实验方案，在设计、制造中加以兼顾。至于电压电流和转速关系，是你在设计时考虑电机特性来确定变化大小的。

以上供参考。

有刷直流电机，一般用永久磁铁做定子，线圈+铁芯做转子，使用整流子使转子与定子间产生偏移的磁场，使转子转动。

无刷直流电机，一般使用永久磁铁做转子，线圈+铁芯做定子，使用霍尔元件检测转子位置，再用电子开关，让定子产生旋转磁场，驱动转子旋转。

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