无刷直流电动机和步进电动机工作原理及区别

  • 藤仓自动化
  • 2021-05-16 15:59
  什么是无刷直流电动机和步进电动机?介绍这两种电机的不同工作原理,结构和分类:
 
  无刷直流电机
 
  无刷直流电动机由电动机主体和无刷电动机驱动器组成。它是典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机在自控模式下运行,因此不会像重载下通过变频启动的同步电动机那样在转子上增加启动绕组,并且在负载变化时不会引起振荡和突然失步。当前,中小容量无刷直流电动机的永磁体大多使用高磁能级稀土钕铁硼(Nd-Fe-B)材料。
 
  步进电机
 
  步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的角位移或线性位移的电动机。每次输入脉冲信号时,转子都会旋转一个角度或向前移动。输出角位移或线性位移与输入脉冲数成正比,速度与脉冲频率成正比。因此,步进电动机可以称为脉冲电动机。
 
  一、无刷直流电机和步进电机不同的工作原理
 
  (1)无刷直流电机
 
  BLDC电机使用半导体开关设备来实现电子换向,也就是说,它使用电子开关设备来代替传统的接触式换向器和电刷。无刷直流电动机具有可靠性高,无反向火花和机械噪音低的优点。因此,它们被广泛用于高端录音机,录像机,电子仪器和自动化办公设备。
 
  (2)步进电机
 
  Nema步进电机根据电磁体原理将电能转换为机械能。它由缠绕在电机定子槽上的线圈驱动。步进电动机与其他控制电动机之间的最大区别在于,步进电动机可以接收数字控制信号(电脉冲信号)并将其转换为相应的角度或线性位移。实际上是执行数字模式转换的执行元素。而且,它可以是开环位置控制。输入脉冲信号以获得指定的位置增量。与传统的直流控制系统相比,该增量式位置控制系统几乎不需要调整,成本大大降低。步进电机的角位移严格与输入脉冲数成正比,并且与时间脉冲同步。因此,只要控制电动机绕组的脉冲数,频率和相序,就可以获得所需的旋转角度,速度和方向。
 
  二、无刷直流电机和步进电机的不同结构
 
  (1)无刷直流电机
 
  高速bldc电动机由永磁体转子,多极绕组定子和位置传感器组成。定子绕组电流的位置传感器根据转子位置的变化以一定的顺序进行换向。(检测转子磁极相对于定子绕组的位置,并在某个位置生成位置感应信号。经过信号转换电路的处理后,它将根据一定的逻辑关系控制电源开关电路。)定子绕组的工作电压由位置传感器确定。提供用于输出控制的电子开关电路。无刷直流电动机有三种类型的位置传感器:磁敏,光电和电磁。
 
  对于使用磁感应位置传感器的无刷直流电动机,在定子上安装磁感应传感器(例如霍尔元件,磁感应二极管,磁极管,磁感应电阻器或专用集成电路等)。组件以检测磁体和转子旋转时产生的永久磁场变化。
  带有光电位置传感器的BLDC电机在定子组件上的特定位置配备了光电传感器。转子装有遮光罩,光源是发光二极管或小灯泡。当转子旋转时,由于挡光板的作用,定子上的光敏元件会间歇性地产生一定频率的脉冲信号。
 
  使用电磁位置传感器的无刷直流电动机在定子组件上装有电磁传感器组件(例如耦合变压器,接近开关,LC谐振电路等)。当永磁转子的位置发生变化时,电磁效应将导致电磁传感器生成高频调制信号(幅度随转子位置而变化)。
 
  (2)步进电机
 
  Nema步进电机通常由前后盖,轴承,中心轴,转子铁芯,定子铁芯,定子组件,波纹垫圈,螺钉和其他零件组成。定子和转子的铁心由硅钢板制成。定子上有六个磁极,并且每两个相对的磁极都缠绕有相同的相绕组。三相绕组使用星形连接作为控制绕组。转子铁芯上没有绕组,只有四个齿。齿的宽度等于定子极靴的宽度。
 
  三、无刷直流电机和步进电机的不同分类
 
  (1)无刷直流电机
 
  如果按工作特性划分,直流无刷电动机可分为两类,一类是具有直流电动机特性的直流无刷电动机,另一类是具有交流电动机特性的直流无刷电动机。两者均主要由直流电源供电。区别在于前者使用位置传感器来检测转子的位置,并使用检测到的信号来触发相应的电子换向电路以实现非接触式换向。后者通过逆变器将直流电转换为交流电,以驱动通用异步电动机或同步电动机。
 
  如果根据驱动模式进行划分,则有一个方波BLDC电机。电机的反电动势设计为梯形波。逆变器输出方波电流或电压,并与电动机反电动势保持适当的相位关系,从而产生更平滑的电磁转矩。
 
  如果按照转子信号的检测方法进行划分,则无刷电动机可以分为两类:位置传感器和无位置传感器。对于位置传感器,由于传感器的一些缺点,例如对温度,灰尘,振动和其他工作环境的敏感性,无刷直流电动机的应用受到限制。没有位置传感器可以克服传感器的缺点,因此它已被更广泛地使用。
 
  根据磁铁的形状,电动机可分为内置式和表面连接式两种。每个分类中都有许多不同的类型,基本上与永磁电动机相似。
  (2)步进电机
 
  步进电动机根据其结构可分为三种主要类型:电抗性步进电动机,永磁体步进电动机和混合式步进电动机。
 
  1.无功步进电机
 
  无功功率步进电动机在定子上具有绕组,而转子则由软磁性材料组成。它具有结构简单,成本低,步距角小至1.2°的特点,但动态性能差,效率低,发热量高。因此,难以保证其可靠性。
 
  2.永磁步进电机
 
  的转子由永磁材料制成。转子的极数与定子的极数相同。它的特点是动态性能好,输出扭矩大。但是,该电机的精度很差,步距角也很大(通常为7.5°或15°)。
 
  3.混合式步进电机
 
  混合式步进电动机结合了电抗性步进电动机和永磁体步进电动机的优点。定子具有多相绕组,转子使用永磁材料。转子和定子上有许多小齿,以提高步进精度。混合式步进电机的特点是输出转矩大,动态性能好,步距角小。但是,结构复杂并且成本高。
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