无刷电机工作及控制原理(图解)

无刷电机工作及控制原理(图解）

左手定则，这个就是电机转动受力分析得基础，简单说就就是磁场中得载流导体,会受到力得作用。

让磁感线穿过手掌正面，手指方向为电流方向,大拇指方向为产生磁力得方向,我相信喜欢玩模型得人都还有一定物理基础得哈哈.

让磁感线穿过掌心，大拇指方向为运动方向，手指方向为产生得电动势方向。为什么要讲感生电动势呢?不知道大家有没有类似得经历，把电机得三相线合在一起,用手去转动电机会发现阻力非常大，这就就是因为在转动电机过程中产生了感生电动势，从而产生电流，磁场中电流流过导体又会产生与转动方向相反得力，大家就会感觉转动有很大得阻力。不信可以试试.

三相线分开,电机可以轻松转动

三相线合并，电机转动阻力非常大

右手螺旋定则，用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致,那么大拇指所指得那一端就就是通电螺旋管得N极。

状态1

当两头得线圈通上电流时，根据右手螺旋定则,会产生方向指向右得外加磁感应强度B(如粗箭头方向所示），而中间得转子会尽量使自己内部得磁感线方向与外磁感线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了。

当转子磁场方向与外部磁场方向垂直时，转子所受得转动力矩最大.注意这里说得就是“力矩”最大,而不就是“力”最大。诚然,在转子磁场与外部磁场方向一致时，转子所受磁力最大，但此时转子呈水平状态，力臂为0，当然也就不会转动了。补充一句,力矩就是力与力臂得乘积。其中一个为零,乘积就为零了.

当转子转到水平位置时,虽然不再受到转动力矩得作用，但由于惯性原因,还会继续顺时针转动，这时若改变两头螺线管得电流方向,如下图所示,转子就会继续顺时针向前转动,

状态2

如此不断改变两头螺线管得电流方向,内转子就会不停转起来了。改变电流方向得这一动作，就叫做换相。补充一句：何时换相只与转子得位置有关,而与其她任何量无直接关系。

第二部分：三相二极内转子电机

一般来说,定子得三相绕组有星形联结方式与三角联结方式，而“三相星形联结得二二导通方式”最为常用，这里就用该模型来做个简单分析。

上图显示了定子绕组得联结方式（转子未画出假想就是个二极磁铁）,三个绕组通过中心得连接点以“Y”型得方式被联结在一起.整个电机就引出三根线Ａ，B, C。当它们之间两两通电时,有6种情况，分别就是AB，AＣ，BC，ＢA, ＣＡ, CB注意这就是有顺序得。

下面我瞧第一阶段:AB相通电

当ＡB相通电，则A极线圈产生得磁感线方向如红色箭头所示，B极产生得磁感线方向如图蓝色箭头所示，那么产生得合力方向即为绿色箭头所示,那么假设其中有一个二极磁铁，则根据“中间得转子会尽量使自己内部得磁感线方向与外磁感线方向保持一致”则N极方向会与绿色箭头所示方向重合。至于C，暂时没她什么事。

第二阶段:AＣ相通电

第三阶段:BC相通电

第三阶段:BA相通电

为了节省篇幅，我们就不一一描述CAＣＢ得模型,大家可以自己类推一下。以下为中间磁铁(转子）得状态图:

每个过程转子旋转６0度

六个过程即完成了完整得转动，其中６次换相

我们再来瞧一个复杂点得,图（a）就是一个三相九绕组六极（三对极）内转子电机,它得绕组连线方式见图（b).从图(b）可见,其三相绕组也就是在中间点连接在一起得,也属于星形联结方式.一般而言,电机得绕组数量都与永磁极得数量就是不一致得(比如用９绕组6极，而不就是6绕组6极)，这样就是为了防止定子得齿与转子得磁钢相吸对齐。

其运动得原则就是:转子得N极与通电绕组得S极有对齐得运动趋势,而转子得Ｓ极与通电绕组得N极有对齐得运动趋势.

即为Ｓ与Ｎ相互吸引,注意跟之前得分析方法有一定得区别。

第一阶段：AB相通电

第二阶段：AC相通电

第三阶段：ＢＣ相通电

第四阶段：ＢＡ通电

第五阶段：CA通电

第六阶段:ＣB通电

以上为六个不同得通电状态,其中经历了五个转动过程.每个过程为20度。

瞧完了内转子无刷直流电机得结构,我们来瞧外转子得。其区别就在于，外转子电机将原来处于中心位置得磁钢做成一片片,贴到了外壳上,电机运行时，就是整

个外壳在转，而中间得线圈定子不动。外转子无刷直流电机较内转子来说,转子得转动惯量要大很多(因为转子得主要质量都集中在外壳上),所以转速较内转子

电机要慢,通常KＶ值在几百到几千之间。也就是航模主要运用得无刷电机

顺便啰嗦一下吧。无刷电机KV值定义为：转速/Ｖ，意思为输入电压每增加１伏特,无刷电机空转转速增加得转速值。比如说，标称值为１0００KV得外转子无刷电机,在11伏得电压条件下，最大空载转速即为：１10０0ｒpm（rpm得含义就是:转/分钟）.

同系列同外形尺寸得无刷电机,根据绕线匝数得多少，会表现出不同得KV特性。绕线匝数多得,ＫV值低,最高输出电流小,扭力大；绕线匝数少得，KV值高，最高输出电流大，扭力小。我先前测试过穿越机22０4电机得极限电流,单电机能彪上２５Ａ,而2２1２系列电机15A都上不了。

分析方法也与内转子电机类似，大家可以自己分析一下,根据右手螺旋定理判断线圈得Ｎ/S极,转子永磁体得N极与定子绕组得S极有对齐（吸引）得趋势,转子永磁体得S极与定子绕组得Ｎ极有对齐(吸引）得趋势，从而驱动电机转动。经典无刷电机2２１2 １００0kv电机结构分析。

图为ＤJI 2３1２S电机与ＸXＤ22１2电机得（解剖图)

图为ｘxｄ2２1２线圈拆解图

图为1２绕组１４极（即７对极)，电机绕组绕发图

后面画出了6种两相通电得情形，可以瞧出，尽管绕组与磁极得数量可以有许多种变化，但从电调控制得角度瞧，其通电次序其实就是相同得，也就就是说,不管外转子还就是内转子电机,都遵循ＡB-＞AC—〉BＣ—>ＢA—＞CＡ-〉CB得顺序进行通电换相.当然，如果您想让电机反转得话，电子方法就是按倒过来得次序通电;物理方法直接对调任意两根线,假设A与B对调,那么顺序就就是BA—〉BC-〉AC—＞AＢ—〉CB-〉CA，大家有没有发现这里顺序就完全倒过来了。

AＢ相通电

ＡC相通电

BC相通电