【专题4:直流无刷电机控制】 之 【2.先了解电机 - 交流异步马达/异步感应马达的原理】
一个默默耕耘的工程师…
1.交流异步马达/异步感应马达的原理
单项交流马达定子示意图:
a和b组成了主绕组,c和d组成了副绕组。将主绕组和副绕组连起来,a和c向外导出了两根线。只要让a和c的通电相序相差90°,就会在定子与转子之间的空隙中产生一个旋转磁场,旋转磁场会切割定子上的硅钢片或线圈绕组,使定子上的硅钢片或线圈绕组产生一个力,这个力会拖动转子发生转动。
旋转磁场运动很快,随着切割的持续进行,转子的速度在逐步逼近旋转磁场的速度,当两者速度一样时,相对切割也就停止,即转子也就降速了,一旦转子的速度和旋转磁场运动的速度不一样,又会进行切割,然后到达一样,然后又停止切割,周而复始…
也就是转子的速度一般都比旋转磁场的速度低,即两者异步,所以也就称为异步电机。又因为是两根线来通电,也就称为单项交流异步电机。
如何让通电相序相差90°?
在N或L线中串一个电容。
如果就是单纯的串一个电容,旋转磁场就使一个圆,非常完美;但因为定子中的线圈绕组或硅钢片有内阻,就类似于在电容后面串了一个电阻,这会使产生的旋转磁场不会一个正圆,而是一个椭圆;椭圆形的旋转磁场对转子不会完全相对切割,即效率会降低,并且会使马达震荡。
注意:
旋转磁场是定子产生的,旋转磁场位于位于定子和转子之间的空隙中。
如果定子不是绕线或用硅钢片,而是用一块永磁磁铁,将这种电机称为永磁电机。用磁钢来代替绕线定子。
2.直流马达
直流马达的定子是用永磁体来做的,磁存储量比较大,这样做出来的马达效率会比较高。并且马达的定子和转子是同步的,所以效率也会很高,效率一般在70%以上,有的可以增大到90%以上。
直流马达一开始是有刷的,现在逐步在往无刷方面发展。
3.有刷直流马达
- 内部结构
- 转子实物图
- 定子实物图
- 碳刷实物图
4.工作原理
碳刷会和换向器接触,并向转子导电,让转子产生上图中的磁场,N端会向下吸,S端会向上吸,这样转子就转动了90°,变成了如下图所示。
当转子转到图b时,立即改变转子上的电流方向,让转子产生图3所示磁场,转子会继续转动。到达图4时,再次改变转子电流方向,从而使转子一直都在转动。
电流的方向改变依赖于换向器和碳刷。注意,永磁磁杠,即定子是不动的,转子上会通电流,使其产生磁场,转子产生的磁场和磁杠的磁场相互吸引,让转子发生转动。
- 有刷直流电机模型示意图
通过碳刷和换向器,向转子输入电流,让转子在B端产生一个N,在C端产生一个S,在A端产生一个N,转子就会逆时针转动。
有刷马达的优点:相对于单项交流异步马达来说,它的效率比较高,因为效率高,输出相同功率下,体积可以做得非常小,控制也比较简单。
有刷马达的缺点:由于有刷马达需要一个碳刷,即碳刷会和换向器进行摩擦,碳刷会有损耗,需要经常换碳刷,非常麻烦,即使用寿命比较短,并且碳刷和换向器的接触地方也会产生电火花,有了电火花,也就会产生电磁干扰,因为这些原因,导致它的电流不能太大。我们将换向器和碳刷去掉,用电子元器件来代替,即机械换向变成了机械换向,因此无刷马达孕育而生。