探秘无刷电机:感应电压与转子位置的内在联系
出处:网络整理 发布于:2025-07-14 16:10:14
在为无刷电机选择驱动器时,我们发现有些驱动器的规格书上标注了 “无控制”。以往我们认为驱动无刷电机必须依靠转子,但这类驱动器检测的却是感应电压,而非位置传感器的信息。这里所说的感应电压,是指手动旋转无刷电机的曲轴时,绕组上产生的电压。那么,仅仅通过检测该感应电压,为何就能确定转子的位置呢?
实际上,部分无刷电机的驱动器具备无传感器控制功能,无需使用等位置传感器就能使电机运转。其中,通过感应电压的波形,尤其是检测过零点来估测转子位置的方式,应用十分广泛。
该线圈两端产生的电压大小与磁通量变化的大小成正比,感应电压(Vbemf)可以用磁通量的微分来表示。公式中线圈匝数 n 表明,感应电压的大小与匝数成正比。如果 N 极为正极,且电压的参照物为图中线圈的左侧端子,则公式中的磁通量 Φ 为负值。
将这种感应电压的产生现象应用到电机工作中,当由永磁体组成的转子在定子内部旋转时,穿过定子的磁通量会发生变化。例如,在转子的某个位置,线圈 A 的齿槽与 S 极相对,磁通沿 S 极方向穿过。当转子继续旋转时,齿槽 A 与 S 极相对的面积减少,穿过线圈的磁通量也随之减少。当转子旋转到特定位置时,穿过线圈的磁通量变为零。可见,对于电机而言,随着转子的旋转,与线圈(齿槽)相对的磁体的磁极和磁通密度不断变化,从而产生感应电压。
假设转子的励磁波形为正弦波励磁波形,当转子相对于绕组旋转一周时,穿过绕组(齿槽)的磁通量会发生变化,感应电压也会相应改变。当转子处于特定位置时,齿槽的磁通量为零;随着转子旋转,磁通量会呈正弦波增长或减少。通过这种运动,会产生相应的感应电压,而感应电压是齿槽中磁通量变化量(微分)的负值。
从上述内容可以看出,转子的位置、齿槽中的磁通量、转子旋转时磁通量的变化以及由此产生的感应电压之间存在着固定的关系。这就是为什么我们可以通过感应电压来确定转子相对于绕组的位置。例如,当检测到感应电压由负变正的过零点时,就可以知道此时转子相对于绕组(齿槽)处于特定位置。理论上,我们也可以推测出其他转子位置,但需要克服一些问题,如感应电压的大小会随电机转速变化、永磁体的磁通分布变化会导致感应电压波形变化等。使用比较器电路可以较为容易地检测到过零点。
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