电机原理概要

深入理解无刷直流电机矢量控制技术

第一章 电机原理概要

1.1 左手定则

判断通电导体在磁场中的受力。

导体受力 $ F(N) $为

\[F=B\times I \times L \]

式中， $ B $ 为磁通密度（ $ Wb/m^2 $ ）； $ I $ 为电流（ $ A $ ）； $ L $ 为处于磁场中导体的长度（ $ m $ ）。

1.2 右手螺旋定则

右手螺旋定则又称安培定则，主要用原图判断电流所产生的磁场的方向。

1.3 有刷电机原理

有刷直流电机主要是由定子、换向器、电刷以及转子组成。定子固定不动，一般由永磁体制作（也有直流电机的定子为通电线圈）。通电线圈控制磁场的强度和方向。换向器负责在特定的位置改变电流的方向，使产生的磁场始终和定子磁场保持一定的角度，这样在磁场的相互作用下，转子会做旋转运动。

优点：

• 结构简单，励磁方向方向始终和定子磁场方向保持一定的角度，因此转矩大，控制方法简单有效。
• 具有很好的调速性能：改变直流供电电压，流过线圈的电流发生变化，所产生的磁场强度也会发生变化，进而磁场之间的力也随之改变，从而达到调速的目的。

缺点：

• 容易磨损，寿命短
• 接触点易产生灰尘
• 噪音大

1.4 无刷电机原理

无刷直流电机控制技术用电力电子器件替代电刷，用霍尔传感器实时检测转子位置，根据霍尔传感器的状态控制电力电子器件的通断，进行有效的换向。（没有传感器的话，则依赖电机运动关系和磁链方程，通过观测器估算转子位置进行有效控制）

一般无刷直流电机为三相电机。

图中，\(U\)、\(V\)、\(W\)为无刷电机的三相线圈，转子为永磁体。

无刷直流电机逆变器驱动电路（\(DC\rightarrow AC\) 直流转交流），通过控制功率管的通断，控制电机的电流和方向。

优点：

• 寿命长
• 噪音小
• 无粉尘
• 过载能力强
• 调速范围广泛，线性度好

缺点：

• 控制成本高