无刷直流电机中反电动势的定义

2019-12-10 15:22:44

反电动势的定义BLDC电机转动时，每个绕组都会产生叫做反电动势（反电动势）的电压，根据楞次定律，其方向与提供给绕组的主电压相反。这一反电动势的极性与励磁电压相反。反电动势主要取决于三个因素：
•转子角速度
•转子磁体产生的磁场
•定子绕组的匝数

反电动势 = (E) ∝ NlrBω
其中：N是每相绕组的匝数，l是转子的长度，r是转子的内径，B是转子磁场密度，ω是电机的角速度

电机设计完毕后，转子磁场和定子绕组的匝数都是固定的。唯一决定反电动势的因素就是角速度，或者说转子转速，随着转子转速的提高，反电动势也随之增加。电机技术规范提供了一个称为反电动势常数的参数，可用于估计给定转速下的反电动势。绕组两端的压降可通过从供电电压中减去反电动势值算出。

使用反电动势常数设计电机的方法如下：当电机以额定转速运行时，反电动势和供电电压间的电势差足以使电机消耗额定电流，提供额定转矩。如果电机转速超过额定转速，反电动势会显著增长，从而降低绕组两端的压降，减小电流，从而导致转矩曲线下降。转速曲线上最后一点表示供电电压等于反电动势与电机中压降损耗之和，此时电流和转矩都等于0。

BLDC电机的无传感器控制现在我们已经了解了根据霍尔传感器给出的转子位置进行换向的过程。BLDC电机还可通过监视反电动势信号，而不是霍尔传感器信号来换向。正如我们在前面的小节中看到的，每次换向时都有一个绕组得正电，第二个得负电，第三个保持开路状态。如图7所示，霍尔传感器信号会在反电动势的电压极性从正变为负或从负变为正时改变状态。在理想情况下，这应在反电动势穿过零值时发生，但实际上由于绕组特性，会有延时。该延时应由单片机补偿。

下图展示了BLDC电机无传感器控制的框图。要考虑的另一个方面是电机转速极慢的情况。由于反电动势与转子转速成正比，在极慢的转速下反电动势的幅值很低，很难检测到过零点。因此，当电机从静止状态起动时必须采用开环控制，待有足以检测到过零点的反电动势时，才转而采用反电动势检测控制。可检测到反电动势的最低转速可通过该电机的反电动势常数算出。用这种方法换向无需霍尔传感器，在某些电机中连霍尔传感器磁体也不需要了。这就简化了电机结构，同时节约了成本。如果电机在多灰尘或多油的环境中运行，需要不时清洁才能确保霍尔传感器检测正常，在这种情况下使用无传感器控制自然很有优势。电机安装在难以检修的位置时同样也是如此。