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纯电动汽车无刷直流电动机工作原理

时间:2016-07-13 10:39 来源:电工之家

电动汽车无刷直流电动机工作原理
纯电动汽车无刷直流电动机(BLDC电动机)实际上是交流(AC)电动机。我们将会看到通过是因为交流电必须是可变频率的,并且来自于直流电源,也因为它的速度一扭矩特性与传统的有刷直流电动机十分相似。因此,无刷直流电动机不是完全适合的名字,也会令人产生混淆,它被不同制造商和用户赋予不同的名字,最常见的有自同步交流电动机、变频同步电动机、永磁同步电动机和电子整流电动机(ECM)。

无刷直流电动机的基本工作原理:开关通过定子中的一个线圈改变从直流电源流出的电流的方向,转子由一个永磁铁组成,电流流过定子使其产生磁场,转子沿顺时针方向转动。转子通过定子的两极之间,定子中的电流被中断,惯性动量使转子继续旋转。定子线圈被再次接通,但是电流方向和由此产生的磁场方向是相反的。所以转子受磁场力作用继续顺时针旋转,定子线圈中的电流不断交替变化,这个过程周而复始地持续进行。
很显然,电路中电流方向的转换关必须与转子所处的位置同步。这是利用传感器来完成的,我们经常用霍尔效应传感器中转子的磁性来感应它所处的位置,也经常使用光传感器。
单线圈系统存在一个问题:扭矩是十分不稳定的。使用3个或者更多线圈时,这种现象会有所好转,线圈B的接通使电动机顺时针转动,当转子处于线圈B的磁极之间时,线圈C开始通电工作,如此这样依次进行。
这种用于驱动和控制线圈电流的电子电路称为换流器,它与一般换流器电路相同或者十分相似。它将位置传感器信号(主要控制信号)输入给微处理器。
无刷直流电动机的一个特点是转矩随着转速的升高而减小。旋转的磁场将会在与它接近的线圈中产生一个反电动势。这个反电动势将与转速成比例,并减小线圈中的电流,从而减小磁场强度,使扭矩减小。最终感应的反电动势的大小与电源电压相等,此时电动机会达到最大转速。这种特性与有刷直流电动机相同。
这种类型的电动机可以十分简单地用做发电机以及再生制动或者动态制动(或称为能耗制动、发电制动)。
尽管电流通过电动机线圈时不断变换,但是必须有一个直流电源提供能量,这就是这类电动机被称为直流电动机的原因。它仍被十分广泛地应用于计算机设备中,驱除磁盘存储系统巾的可移动部件和风扇,在这些小型电动机中,转换电路与传感器开关组合在一起,内嵌于电动机中。然而它们也被用于带有更复杂控制器的更高功率的场合,控制器可以改变线圈电流(从而改变转矩),从而产生一个非常灵活的驱动系统。

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