直流無刷電機工作原理及換相噪聲的頻率計算公式

1.直流無刷電機的基本結(jié)構(gòu)

        直流無刷電機利用電子開關(guān)線路和位里傳感器來代替電刷和換相器，使這種電機既具有直流電機的特性，又具有交流電機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點。

        直流電源通過開關(guān)線路向電機定子繞組供電，電機轉(zhuǎn)子位置由位置傳感器檢測并提供信號去觸發(fā)電子開關(guān)電路中的功率開關(guān)元件使之導(dǎo)通或截止，從而控制電機的轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.直流無刷電機的工作原理
        本文以LN65-ZL電機為例，說明電機的工作原理。該電機為8級12槽電機，在某一瞬間，定子和轉(zhuǎn)子之間的位置關(guān)系如圖2所示。取出該電機的一個單元電機(圖2中1/4部分即定轉(zhuǎn)子各一對極)進(jìn)行簡化分析，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動一個角度，由位置傳感器感應(yīng)出轉(zhuǎn)子的位置，控制電路對位置信號進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生控制信號，控制信號經(jīng)驅(qū)動電路隔離放大后控制電子開關(guān)電路中的的功率開關(guān)元件，使電機的各相繞組按一定的順序工作。

3.換相噪聲的頻率計算公式推導(dǎo)
        圖3表示電機的6個工作狀態(tài)。其中，1和0表示三向繞組中電流的方向，1為正向，0為負(fù)向。三相繞組中從繞組的首端進(jìn)、末端出為正，從繞組的末端進(jìn)、首端出為負(fù)。
        從圖3可看出，直流無刷電機的一個單元電機(即電機的定子或轉(zhuǎn)子中一對極)在一個周期內(nèi)有6種工作狀態(tài)，相鄰兩種工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，對定子和轉(zhuǎn)子都會產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動，即換相轉(zhuǎn)矩脈動。由于電機有4對極，相應(yīng)的一個周期內(nèi)，將有4x6=24種工作狀態(tài)。綜上所述，可推導(dǎo)直流無刷電機換相轉(zhuǎn)矩脈動頻率，簡稱換相頻率為:
        f=i×k×p×n/60(1)
        其中，i—頻率的階數(shù);產(chǎn)一一換相噪聲頻率，Hz;
        k—電機定轉(zhuǎn)子中每對極在一個周期內(nèi)所對應(yīng)的工作狀態(tài)數(shù);
        P—電機極對數(shù);
        n—電機轉(zhuǎn)速，rpm。
        由于大部分電機是上述第6種狀態(tài)，所以公式也可簡化為
        F=0.1×p×no                                   (2)
        當(dāng)直流無刷電機的某一階換相頻率接近或等于電機系統(tǒng)中的任何一個部分的固有頻率時，就會產(chǎn)生明顯的振動和換相噪聲，頻率與換相頻率f相同。