第10章無刷直流電動機

1、第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機10.1概述概述10.2無刷直流電動機系統(tǒng)組成無刷直流電動機系統(tǒng)組成10.3三相無刷直流電動機運行分析三相無刷直流電動機運行分析10.4無刷直流電動機的模型無刷直流電動機的模型10.5無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動10.6無位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置檢測無位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置檢測10.7無刷直流電動機的電樞反應(yīng)無刷直流電動機的電樞反應(yīng)10.8改變無刷直流電動機轉(zhuǎn)向的方法改變無刷直流電動機轉(zhuǎn)向的方法第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 傳統(tǒng)直流電動機具有調(diào)速和起動特性好、堵轉(zhuǎn)

2、轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于各種驅(qū)動裝置和伺服系統(tǒng)。但是，直流電動機中電刷和換向器之間的機械接觸嚴重影響了電機運行的精度、性能和可靠性，所產(chǎn)生的火花會引起電磁干擾，縮短電機壽命，同時電刷和換向器裝置使直流電機結(jié)構(gòu)復雜、噪音大、維護困難，限制了其在很多場合中的應(yīng)用，因此，長期以來人們都在尋求可以不用電刷和換向器裝置的直流電動機。隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展以及各種大功率電子器件的廣泛應(yīng)用，這種愿望已逐步得以實現(xiàn)。 10.1 概概 述述第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 無刷直流電動機（BrushlessDCMotor，BLDCM）正是隨著近年來微處理器技術(shù)和新型功率電子器件的不斷發(fā)展，以及

3、高磁能積、低成本的永磁材料的出現(xiàn)而逐漸成熟的一種新型直流電動機。無刷直流電動機用電子開關(guān)線路和位置傳感器代替了傳統(tǒng)直流電動機中的電刷和換向器，既具有直流電動機的特性，又具有交流電動機結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點。它的轉(zhuǎn)速不再受機械換向的限制，若采用高速軸承，則可以在高達每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速下運行。無刷直流電動機將電子線路與電機融為一體，把先進的電子技術(shù)應(yīng)用于電機領(lǐng)域，這將促使電機技術(shù)更新、更快的發(fā)展。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 無刷直流電動機用途非常廣泛，尤其適用于高級電子設(shè)備、機器人、航空航天技術(shù)、數(shù)控裝置、醫(yī)療化工等高新技術(shù)領(lǐng)域。無刷直流電動機有兩種定義方式，一

4、種是認為該類電機屬于自同步永磁電機，將其中反電動勢和供電電流波形均為正弦波的電動機稱為調(diào)速永磁同步電動機（PermanentMagneticSynchronousMotor，PMSM）；而將反電動勢和供電電流波形均為方波（梯形波）的電動機稱為無刷直流電動機。另一種是將該類電機統(tǒng)稱為無刷直流電動機，將反電動勢和供電電流波形均為正弦波的稱為正弦波無刷直流電動機；而將反電動勢和供電電流為方波（梯形波）的稱為方波無刷直流電動機。第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 無刷直流電動機是一種通過電子開關(guān)線路實現(xiàn)換相的新型電子運行電機，由電動機本體、電子開關(guān)線路（功率電子逆變電路）、轉(zhuǎn)子位置傳感器

5、和控制器等組成無刷直流電動機系統(tǒng)，其原理框圖如圖101所示。圖中直流電源通過電子開關(guān)線路向電動機定子繞組供電，電機轉(zhuǎn)子位置由位置傳感器檢測并送入控制器，在控制器中經(jīng)過邏輯處理產(chǎn)生相應(yīng)的換相信號，以一定的規(guī)律控制電子開關(guān)線路中的功率開關(guān)器件，使之導通或關(guān)斷，將電源順序分配給電動機定子的各相繞組，從而使電動機轉(zhuǎn)動。 10.2 無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖101無刷直流電動機系統(tǒng)原理框圖 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖 10 - 2 無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu) 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機

6、 10.2.1電機本體結(jié)構(gòu)電機本體結(jié)構(gòu)無刷直流電動機本體,首先應(yīng)滿足電磁方面的要求，保證在工作氣隙中產(chǎn)生足夠的磁通，電樞繞組允許流過一定的電流，以便產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩；其次，應(yīng)滿足機械方面的要求，且結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠。電機本體由定子和轉(zhuǎn)子兩個主要部分構(gòu)成，分內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子兩種型式。除導磁鐵心外，轉(zhuǎn)子上安放有用永磁材料制成的永磁體，形成一定極對數(shù)的轉(zhuǎn)子磁極。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖103無刷直流電動機內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式（a）面貼式；（b）內(nèi)嵌式；（c）整體粘結(jié)式 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 定子是電機本體的靜止部分，稱為電樞，主要由導磁的定子鐵心和

7、導電的電樞繞組組成。定子鐵心用硅鋼片疊成以減少鐵心損耗，同時為減少渦流損耗，在硅鋼片表面涂絕緣漆，將硅鋼片沖成帶有齒槽的沖片，槽數(shù)根據(jù)繞組的相數(shù)和極數(shù)來定。常用的定子鐵心結(jié)構(gòu)有兩種，一種為分數(shù)槽(每極每相槽數(shù)為分數(shù))集中繞組結(jié)構(gòu)，其類似于傳統(tǒng)直流電機定子磁極的大齒（凸極）結(jié)構(gòu)，凸極上繞有集中繞組，有時在大齒表面開有多個小齒以減小齒槽轉(zhuǎn)矩，定子大、小齒結(jié)構(gòu)如圖104所示；另一種與普通的同步電動機或感應(yīng)電動機類似，在疊裝好的鐵心槽內(nèi)嵌放跨接式的集中或分布繞組，其線圈可以是整距也可以是短距，為減少齒槽轉(zhuǎn)矩和噪音，定子鐵心有時采用斜槽。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖104定子大

8、小齒結(jié)構(gòu)第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 定子鐵心中放置對稱的多相（三相、四相或五相）電樞繞組，對稱多相電樞繞組接成星形或封閉形（角形），各相繞組分別與電子開關(guān)線路中的相應(yīng)功率開關(guān)管相連。當電動機經(jīng)功率開關(guān)電路接上電源后，電流流入繞組，產(chǎn)生磁場，該磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電動機帶動負載旋轉(zhuǎn)。電動機轉(zhuǎn)動起來后，便在繞組中產(chǎn)生反電動勢，吸收一定的電功率并通過轉(zhuǎn)子輸出一定的機械功率，從而將電能轉(zhuǎn)換為機械能。要求繞組能流過一定的電流，產(chǎn)生足夠的磁場并得到足夠的轉(zhuǎn)矩。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 10.2.2位置傳感器位置傳感器轉(zhuǎn)子磁場相對于定子繞組位

9、置的檢測是無刷直流電動機運行的關(guān)鍵，對這一位置檢測的直接方法就是采用位置傳感器，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號。正余弦旋轉(zhuǎn)變壓器或者編碼器也可用作位置傳感器，但成本較高，僅用在精密控制場合。此外，還有利用容易檢測的電量信號來間接判斷轉(zhuǎn)子磁極位置的方案，其中最具代表性的是電動機定子繞組的反電動勢過零檢測法或者稱為端電壓比較法(詳見10.6節(jié))。本節(jié)將簡單介紹電磁式、光電式和霍爾元件式等三種常用位置傳感器的結(jié)構(gòu)和原理。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 1.電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器是利用電磁感應(yīng)原理來工作的，由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖105所示。

10、圖105電磁式位置傳感器結(jié)構(gòu) (a)傳感器AA剖面圖；(b)傳感器端面圖 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 在圖105中，定子上有鐵心和線圈，鐵心的中間為圓柱體，安放勵磁繞組Wj，繞組外施高頻（一般為幾千赫茲到幾十千赫茲）電源勵磁；鐵心沿定子圓周有軸向凸出的極，極上套有信號線圈Wa、Wb和Wc，以感應(yīng)信號電壓。導磁扇形片放置在不導磁的鋁合金圓形基盤上制成轉(zhuǎn)子，固定在電動機的轉(zhuǎn)軸上，扇形片數(shù)等于電機極對數(shù)。由于勵磁電源的頻率高達幾千赫茲以上，因此定子鐵心及轉(zhuǎn)子導磁扇形片均由高頻導磁材料（如軟磁鐵氧體）制成?？梢钥闯觯@實際上是有著共同勵磁線圈的幾個開口變壓器。當扇形導磁片隨著電動

11、機轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)時，其與傳感器定子圓周凸極的相對位置發(fā)生變化，使開口變壓器磁路的磁阻變化，信號線圈匝鏈的磁通大小變化，可感應(yīng)出不同幅值的電動勢，依此判斷轉(zhuǎn)子的位置。第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 2. 光電式光電式 光電式傳感器是由固定在定子上的幾個光電耦合開關(guān)和固定在轉(zhuǎn)子軸上的遮光盤所組成， 如圖10 - 6所示。 遮光盤上按要求開出光槽(孔)， 幾個光電耦合開關(guān)沿著圓周均布， 每只光電耦合開關(guān)是由相互對著的紅外發(fā)光二極管(或激光器)和光電管(光電二極管， 三極管或光電池)所組成。 紅外發(fā)光二極管(或激光器)通上電后， 發(fā)出紅外光(或激光)； 當遮光盤隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時， 光線依

12、次通過光槽(孔)， 使對著的光電管導通， 相應(yīng)地產(chǎn)生反應(yīng)轉(zhuǎn)子相對定子位置的電信號， 經(jīng)放大后去控制功率晶體管， 使相應(yīng)的定子繞組切換電流。第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 光電式位置傳感器是利用光電效應(yīng)而工作的，由固定在定子上的數(shù)個光電耦合開關(guān)和固定在轉(zhuǎn)子軸上的遮光盤所組成，如圖106所示。遮光盤上開有透光槽（孔），其數(shù)目等于電動機轉(zhuǎn)子磁極的極對數(shù)，且有一定的跨度。光電耦合開關(guān)沿圓周均勻分布，每只均由軸向相對的紅外發(fā)光二極管和光電管（光電二極管或三極管）所組成。使用時，紅外發(fā)光二極管通電發(fā)出紅外光，當遮光盤隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，光線依次通過光槽，使對著的光電管導通，產(chǎn)生反應(yīng)轉(zhuǎn)子相對定

13、子位置的電信號。光電式位置傳感器性能較穩(wěn)定，輸出的是直流電信號，無需再進行整流。但其本身產(chǎn)生的電信號一般比較弱，需要放大。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖 10 - 6 光電式位置傳感器第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 3.霍爾元件式位置傳感器霍爾元件式位置傳感器霍爾元件式位置傳感器是利用半導體材料的霍爾效應(yīng)產(chǎn)生輸出電壓的，它實際上是其電參數(shù)按一定規(guī)律隨周圍磁場變化的半導體磁敏元件。用霍爾半導體材料可制成長為l、寬為m、厚為d的六面體4端子元件，霍爾效應(yīng)原理如圖107所示。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖107霍爾效應(yīng)原理 第第10

14、10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 根據(jù)霍爾效應(yīng)原理，如果在垂直于lm面沿厚度方向穿過磁場B，在垂直于md面沿l方向施加控制電流I，則在寬度為m的方向上會產(chǎn)生霍爾電動勢EH，可以表示為 IBKdBIREHHH(101) 式中,RH為霍爾系數(shù)，與材料的電阻率和遷移率有關(guān)；KH為靈敏度?；魻栯妱觿莸臉O性隨磁場B方向的變化而變化。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 霍爾元件式位置傳感器也是由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成的。由于無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子是永磁的，因此可以很方便地利用霍爾元件式位置傳感器檢測轉(zhuǎn)子的位置。圖108所示為霍爾無刷直流電動機原理圖，表示采用霍爾元件作為位置傳感器的四相無

15、刷直流電動機的工作原理。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖108霍爾無刷直流電動機原理圖 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 在圖108中，兩個霍爾元件H1和H2以間隔90的電角度安置于電機定子A和B相繞組的軸線上作為傳感器定子，并通以控制電流，電動機轉(zhuǎn)子磁極的永磁體兼作位置傳感器的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生勵磁磁場。當電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，永磁體N極和S極輪流通過霍爾元件H1和H2，因而產(chǎn)生對應(yīng)轉(zhuǎn)子位置的兩個正的和兩個負的霍爾電動勢，經(jīng)邏輯處理后去控制功率晶體管的導通和關(guān)斷，使4個定子繞組輪流切換電流。霍爾元件體積小、靈敏度高，但對環(huán)境和工作溫度有一定要求，且安置和定位不便，耐震差

16、，易于損壞?；魻栐a(chǎn)生的電動勢很低，使用時需要進行放大。在實際應(yīng)用中，是將霍爾元件與放大電路一起制作在同一塊集成塊上，構(gòu)成霍爾集成元件，以方便使用。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 10.2.3功率電子開關(guān)電路功率電子開關(guān)電路無刷直流電動機中功率電子開關(guān)電路多采用具有自關(guān)斷能力的全控器件，如GTR、GTO、功率MOSFET和IGBT等，其中功率MOSFET和IGBT目前在應(yīng)用中已占主導地位。主電路一般有橋式或半橋式（非橋式）兩種，與電機電樞繞組的連接有不同的組合，功率電子開關(guān)電路如圖109所示。其中圖(a)和(b)是半橋式電路，其余的是橋式電路。 第第10 10章章 無刷

17、直流電動機無刷直流電動機 圖109功率電子開關(guān)電路 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 電樞繞組的相數(shù)和功率電子主電路連接方式不同，電機轉(zhuǎn)矩脈動及繞組利用率也不同。一般來說，相數(shù)越多，轉(zhuǎn)矩脈動越?。辉谙嗤鄶?shù)下，橋式電路比半橋式電路轉(zhuǎn)矩脈動小，繞組利用率高。但是隨著相數(shù)的增多，開關(guān)電路中使用的器件也越多，成本也就越高。三相星形橋式電路采用兩兩導通方式工作，其繞組利用率較高，力矩波動小，因而得到廣泛應(yīng)用。需要指出的是，無刷直流電動機控制系統(tǒng)中開關(guān)電路的工作頻率是由轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速決定的，是一種自控式逆變器。電機中相繞組的頻率和電機轉(zhuǎn)速始終保持同步，不會產(chǎn)生振蕩和失步。 第第10 10章章

18、 無刷直流電動機無刷直流電動機 10.2.4控制器控制器控制器是無刷直流電動機正常運行并實現(xiàn)各種調(diào)速伺服功能的指揮中心，主要具有以下功能：(1)對正/反轉(zhuǎn)、停車和轉(zhuǎn)子位置信號進行邏輯綜合，為功率開關(guān)電路各開關(guān)管提供開、關(guān)信號（換相信號），實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及停車控制。(2)在固定的供電電壓下，根據(jù)速度給定和負載大小產(chǎn)生PWM調(diào)制信號來調(diào)節(jié)電流（轉(zhuǎn)矩），實現(xiàn)電機開環(huán)或閉環(huán)控制。(3)實現(xiàn)短路、過流、過電壓和欠電壓等故障的檢測和保護。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 10.3三相無刷直流電動機運行分析三相無刷直流電動機運行分析10.3.1工作原理工作原理圖1010所示是三相無刷

19、直流電動機的組成示意圖。電機本體是一個兩極的永磁電動機，定子三相對稱繞組按Y形聯(lián)結(jié)，無中線。功率開關(guān)電路采用三相全橋式電路，兩兩導通工作方式。假設(shè)初始時刻轉(zhuǎn)子處于圖1011(a)所示的位置。此時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制器處理，向功率開關(guān)電路的相應(yīng)開關(guān)管送出開通脈沖，使V1、V6導通；電流從電源的正極流出，經(jīng)V1流入A相繞組，再從B相繞組流出，經(jīng)V6回到電源的負極，A相繞組正向通電（A+），B相繞組反向通電（B-）。電樞繞組在空間產(chǎn)生的磁場Ba與轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場Br相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1010三相無刷直流

20、電動機的組成示意圖第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1011轉(zhuǎn)子位置與繞組電流換相示意圖 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 在這種通電方式下，A、B、C三相繞組每隔60換相一次。除換相過程外，每一時刻總有兩相繞組同時通電。功率開關(guān)管的導通規(guī)律為：V1、V6V1、V2V3、V2V3、V4V5、V4V5、V6V1、V6，共有6個導通狀態(tài)，每一狀態(tài)都有兩個開關(guān)管同時導通，每個開關(guān)管導通120，因而該通電方式稱為兩兩導通三相六狀態(tài)。表101給出了星形聯(lián)結(jié)三相無刷直流電動機兩兩導通三相六狀態(tài)的運行規(guī)律。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 在無刷直流電機運

21、行時的每個60范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子磁場沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而定子合成磁場Ba保持在上個位置靜止。當轉(zhuǎn)子磁場連續(xù)旋轉(zhuǎn)60到達新的位置時，定子合成磁場才跳躍到下一個位置上?？梢姡ㄗ雍铣纱艌鲈诳臻g不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而是一種跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，每次躍進60。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 以上是以兩極電機為例所作的分析，其結(jié)論可以推廣到p1（p為極對數(shù)）的多極電機。對于多極電機，繞組每換相一次，定子合成磁場躍進60電角度，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)60電角度。每一個通電循環(huán)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過360電角度；定子共有6個通電狀態(tài)，每個開關(guān)管仍導通120。定子電流產(chǎn)生的電樞磁場在空間有6個不同的位置，稱為6個磁狀態(tài)；前、后

22、出現(xiàn)的兩個不同磁狀態(tài)的磁場軸線間所夾的電角度稱為磁狀態(tài)角（或稱狀態(tài)角），用m表示，此時m=60。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 10.3.2電樞繞組感應(yīng)電動勢及電樞電流電樞繞組感應(yīng)電動勢及電樞電流轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，電樞導體切割轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的磁場，或者說電樞繞組匝鏈的轉(zhuǎn)子永磁體磁通發(fā)生變化，在繞組中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢eA、eB和eC稱為電樞反電動勢。反電動勢的大小和波形與氣隙永磁場的幅值大小、分布形狀和繞組結(jié)構(gòu)形式有關(guān)。在方波無刷直流電機中，由轉(zhuǎn)子永磁極產(chǎn)生的氣隙磁通密度Bg沿圓周的理想分布為矩形或具有一定平頂寬度的梯形波。實際電機中為減少漏磁，永磁極極弧長度均小于極距，而永磁極存

23、在邊緣漏磁，假如不考慮定子齒槽的影響，則氣隙磁通密度以極中心線為對稱，在極弧范圍內(nèi)基本維持不變（三相電機中其平頂寬度至少應(yīng)有極距的），而在磁極邊緣處逐漸衰減，在幾何中性線處為零。 32第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 為分析方便，假設(shè)：(1）轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的氣隙磁場磁通密度沿圓周按理想梯形波分布，平頂寬度為極距，幅值為Bgm（T）。(2）不考慮電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)，認為氣隙磁密幅值不變。(3）忽略電樞繞組的電感，認為電流可以突變。(4）忽略電子開關(guān)器件的開、關(guān)過程，認為換相瞬時完成。(5）電樞采用整距集中繞組，每相串聯(lián)匝數(shù)為N，電機轉(zhuǎn)速為n(r/min)。按照電動機慣例，規(guī)定三相

24、定子電流和感應(yīng)電動勢的正方向如圖1012,A相正電動勢的方向如圖1013所示。 32第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1012三相定子感應(yīng)電動勢和電流正方向 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1013A相正電動勢的方向 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 根據(jù)假設(shè)(1），由于轉(zhuǎn)子磁場在氣隙圓周中按梯形波分布，因此在電機旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子磁場在電樞繞組中產(chǎn)生的反電動勢隨時間按梯形波規(guī)律變化。以圖1011(a)所示轉(zhuǎn)子磁極位置作為轉(zhuǎn)子起始位置，可得到如圖1014所示的三相繞組感應(yīng)電動勢波形，其幅值為Ea。三相電動勢eA、eB和eC波形及幅值相同，相位差為

25、120。下面仍以圖1011(a)所示轉(zhuǎn)子磁極位置為起始點，以A相為例來分析繞組內(nèi)電流和感應(yīng)電動勢的關(guān)系。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 當轉(zhuǎn)子沿順時針方向從0向120角度位置旋轉(zhuǎn)，即從圖1011(a)所示位置轉(zhuǎn)動到圖1011(c)所示位置時，A相繞組的兩條邊A和X分別切割轉(zhuǎn)子S極和N極的峰值磁場，感應(yīng)電動勢eA的值恒定，即eA=+Ea，方向如圖1013所示。A相繞組一直保持正向通電，電流幅值恒定，iA=+Ia。當轉(zhuǎn)子從120向180角度位置旋轉(zhuǎn)，即從圖1011(c)所示位置轉(zhuǎn)動到圖1011(d)所示位置時，A相繞組的兩條邊A和X切割的磁場改變方向，感應(yīng)電動勢處于從+Ea向E

26、a變化的過渡階段，此時A相繞組不通電，iA=0。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 當轉(zhuǎn)子從180向300角度位置旋轉(zhuǎn)，即從圖1011(d)所示位置轉(zhuǎn)動到圖1011(f)所示位置時，A相繞組的兩條邊A和X分別切割轉(zhuǎn)子N極和S極的峰值磁場，感應(yīng)電動勢eA的值恒定，即eA=Ea。A相繞組反向通電，電流幅值恒定，iA=Ia。當轉(zhuǎn)子從300向360（即0）角度位置旋轉(zhuǎn)，即從圖1011(f)所示位置轉(zhuǎn)動到圖1011(a)所示位置時，A相繞組的兩條邊A和X切割的磁場又改變方向，感應(yīng)電動勢又處于從Ea向+Ea變化的過渡階段，此時A相繞組不通電，iA=0。依據(jù)表101和圖1011給出的兩兩導通

27、三相六狀態(tài)運行規(guī)律，并結(jié)合圖1014的三相電動勢波形，綜合分析可見，在各相反電動勢為正或者負的幅值的120范圍內(nèi)，該相處于通電狀態(tài)。由于不考慮換相及電路的過渡過程，因此理想電流為120寬度的矩形波，如圖1014所示。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1014三相繞組感應(yīng)電動勢及電流波形 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 根據(jù)切割定理可以求出各相反電動勢的幅值Ea為 )V(602anBKnDlNBEgmEagm(102) 式中，Da為電樞鐵心內(nèi)徑，單位為m；l為鐵心長度，單位為m；為與結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)。由于不考慮電樞反應(yīng)的去磁效應(yīng)，磁通密度幅值Bgm保持不變，因

28、而反電動勢幅值Ea正比于轉(zhuǎn)速n，可以寫為 602aEDNlKEa=KEn (103) 式中，KE=KEBgm稱為電勢系數(shù)。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 取A相正向通電、B相反向通電的時間區(qū)間（如圖1014中所示060區(qū)間）來求電樞電流。當A、B兩相繞組同時通電時，繞組線電壓uAB等于直流電源電壓Us，電勢平衡方程為 Us=RaiA+eARaiBeB+2UT(104) 式中，Ra為電樞繞組相電阻；2UT為開關(guān)管導通壓降。 因為eA=+Ea，eB=Ea，iA=+Ia，iB=Ia，所以 Us=2RaIa+2Ea+2UT (105) 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動

29、機 則電樞電流為 )A(21222TsaaTasaUEURRUEUIa(106) 當電機堵轉(zhuǎn)時，n=0，Ea=0，所以堵轉(zhuǎn)電流為Taad21UURIs(107) 需要說明的是，雖然式(106)和式(107)是在060區(qū)間求得的，但同樣適用于其他區(qū)間。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 10.3.3 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩 先按照安培力定理，取A相正向通電、B相反向通電的時間區(qū)間（如圖1014中所示060區(qū)間）來求電磁轉(zhuǎn)矩T。由于A、B相導體均處于磁通密度幅值為Bgm的磁場下，流過的電流均為Ia，因此產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩T為aTgmagm222IKIBKDINlBTaTa(Nm) （108）

30、 式中，KT=2NlDa是與電動機結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)；KT=KTBgm稱為轉(zhuǎn)矩系數(shù)。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 另外，也可以根據(jù)電磁功率求得電磁轉(zhuǎn)矩。由上述分析可知，在理想化的方波無刷直流電動機中，反電動勢（感應(yīng)電動勢）為梯形波，在各相的導通區(qū)間內(nèi)電流為方波。由于在任何時刻定子三相繞組中只有兩相導通，于是電磁功率為 Pe=eAiA+eBiB+eCiC=2EaIa(109) 電磁轉(zhuǎn)矩為 aae2IEPT(1010) 式中，為轉(zhuǎn)子機械角速度(rad/s)， 。可見，電磁轉(zhuǎn)矩與電樞繞組反電動勢、電樞電流和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速有關(guān)。在一定的電源電壓和轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)矩恒定。 n602第第10 10章

31、章 無刷直流電動機無刷直流電動機 考慮到感應(yīng)電動勢幅值Ea的大小正比于轉(zhuǎn)子磁場磁通密度Bgm和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n，將式（102）和式（103）分別代入式（1010），同樣有 (1011) )mN(aTagmIKIBKTT式（108）和式（1011）與他勵直流電動機的電磁轉(zhuǎn)矩計算式相同。同樣，認為無刷直流電動機中由永磁體產(chǎn)生的勵磁磁場Bgm恒定，于是電磁轉(zhuǎn)矩正比于定子電流，通過控制定子電流Ia的大小就可以控制轉(zhuǎn)矩，使其具有良好的可控性。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 10.3.4 機械特性機械特性 根據(jù)式（105）和式（103），若忽略管壓降，可得電機的轉(zhuǎn)速為 Eaas22KIRUn

32、（r/min） （1012）將式（1011）代入式(1012)可得機械特性方程式為 TKKRnTKKRKUnaTE0LTEaEs2(1013) 式中， 為理想空載轉(zhuǎn)速。無刷直流電動機的機械特性曲線如圖1015所示。電機堵轉(zhuǎn)時的轉(zhuǎn)矩為 Es0L2KUn第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 TsTadTd21UURKIKTa(1014) 可以看出，無刷直流電動機機械特性曲線的形狀同他勵直流電動機的機械特性曲線類似。這樣，從圖1010左側(cè)的直流電源端看，逆變器電子換相裝置加上永磁電動機就相當于一臺他勵式的直流電動機，施加于逆變器的直流電壓和電流就相當于直流電動機的電樞電壓和電流，并具有與

33、他勵直流電動機相同的輸出特性。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1015無刷直流電動機機械特性曲線 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 10.4 無刷直流電動機的模型無刷直流電動機的模型 上節(jié)分析了無刷直流電動機的工作原理，得出了理想條件下無刷直流電動機的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩計算式以及機械特性表達式。在研究無刷直流電動機的性能以及分析設(shè)計功率電子開關(guān)電路和控制策略時，往往要將電機與開關(guān)電路耦合起來，這就需要有一個清晰而準確的電機本體模型。由于方波無刷直流電動機轉(zhuǎn)子永磁體產(chǎn)生的氣隙磁密分布并非理想方波，且定、轉(zhuǎn)子鐵心具有非線性磁化特性，同時考慮到電樞反應(yīng)的存在，

34、若要獲得較精確的結(jié)果，應(yīng)該采用場路耦合的方法，即把對電機磁場的求解與外部開關(guān)電路耦合在一起實時分析。此時電機本體是采用有限元模型或磁場解析模型，雖然準確但求解過程繁瑣、費時，不夠簡潔、清晰。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 基于合理的簡化、假設(shè)建立電機等效電路和參數(shù)模型，是電機性能分析的有效手段。但方波無刷直流電動機的氣隙磁場、反電動勢以及電樞繞組電流均為非正弦，不宜采用交流相量表示，要對其進行分析，應(yīng)直接利用電動機本身的實際時間變量來建立數(shù)學模型、列寫方程，既簡單又具有較好的準確度。本節(jié)以三相電機為例，建立基于無刷直流電動機相變量的數(shù)學模型。三相無刷直流電動機，若按Y形聯(lián)結(jié)

35、無中線，則三相繞組的電勢平衡方程式為 CCCCCBBBBBAAAAAepiRuepiRuepiRu(1015) 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 式中，uA、uB和uC為定子繞組相電壓（V）；RA、RB和RC為定子繞組相電阻（）；iA、iB和iC為定子繞組相電流（A）；p為微分算子，；eA、eB和eC為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時永磁體磁場在定子三相繞組中所產(chǎn)生的反電動勢（V）；A、B和C為定子三相繞組所匝鏈的由定子相電流引起的磁鏈（Wb），可以表示為 tpddBBCACACCCCBCABABBBCACAAMAAAiMiMiLiMiMiLiMiMiL(1016) 式中，LA、LB和LC為定子三相

36、繞組自感；MAB、MBA、MAC、MCA、MBC和MCB為定子三相繞組間互感。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 假設(shè)三相繞組對稱，不計磁路飽和的影響，則定子繞組電感（自感和互感）不隨定子電流及轉(zhuǎn)子位置變化，有RA=RB=RC，LA=LB=LC，MAB=MBA=MCA=MAC=MBC=MCB。用Ra、L和M分別表示定子繞組的相電阻、相自感和相間互感，將式（1016）代入式（1015）并寫為矩陣形式，得到 CBACBACBAaaaCBAeeeiiipLMMMLMMMLiiiRRRuuu000000(1017) 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 由于三相繞組為Y形無

37、中線聯(lián)結(jié)，有 iA+iB+iC=0 (1018) 因此MiB+MiC=MiA (1019) 式（1017）可整理為 CBACBACBAaaaCBAeeeiiipMLMLMLiiiRRRuuu000000000000(1020) 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1016 三相無刷直流電動機等效電路模型第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 對于實際的系統(tǒng)，習慣采用電動機線電壓方程式，由式（1020）可得 CABCABCBACBAaaaaaaCABCABeeeiiipMLLMLMMLLMMLiiiRRRRRRuuu000000(1021) 式中，eAB=eAeB；eB

38、C=eBeC；eCA=eCeA。 轉(zhuǎn)子運動方程為 KTTTtJL0dd(1022) 式中,T為電磁轉(zhuǎn)矩；T0為空載阻轉(zhuǎn)矩；TL為負載轉(zhuǎn)矩；K為粘滯轉(zhuǎn)矩系數(shù)；J為包括負載在內(nèi)的系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 10.5 無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動無刷直流電動機的轉(zhuǎn)矩脈動 理想的方波直流無刷電機中，假定氣隙磁密為理想方波或梯形波，其電樞繞組電動勢平頂寬度接近120，這時，如果忽略電流上升和下降的過渡過程，認為可以控制電流使其為方波或頂部寬度接近120的梯形波，并且電流與電勢同相，此時電磁轉(zhuǎn)矩是平滑而穩(wěn)定的恒定轉(zhuǎn)矩，不隨電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角的變化而變化。而在實際系統(tǒng)中，無刷直流

39、電動機的電磁轉(zhuǎn)矩并不是理想的恒定值，而是具有較大的脈動。引起電磁轉(zhuǎn)矩脈動的原因主要有以下幾方面： 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 (1)繞組換相。 無刷直流電動機的各相繞組是輪流通電的，當繞組換接，電流從一相換相到另一相時，由于電樞繞組電感的存在，繞組電流無法在瞬間發(fā)生改變，因此換相不能瞬時完成，需要一定的換相時間。也就是說，前一相電流緩慢下降到0，后一相電流緩慢上升到一定的值，有一個過渡過程。考慮換相過程的三相方波無刷直流電動機電流波形示意圖如圖1017所示。電流的換相過程會引起轉(zhuǎn)矩的脈動。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1017 考慮換相過程的三相方

40、波無刷直流電動機電流波形示意圖第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 為分析換相過程，給出功率開關(guān)電路與電機耦合的模型如圖1018所示，其中的V1V6為開關(guān)器件采用的MOSFET管。假設(shè)電機最初工作在圖1014中所示的060區(qū)間，即A相正向、B相反向通電，功率開關(guān)管V1和V6導通。在t=60時開始換相，V6關(guān)斷V2導通，即保持A正向通電不變，從B相換相到C相。B相電流將沿BVD3V1AB的續(xù)流路徑衰減到0，C相電流將沿Us（+）V1ABV2Us（-）的激勵路徑逐漸建立。若忽略管壓降，則有回路電勢平衡方程： BBAaACsCAaAdd)(dd)(dd)(dd)(eetiMLtiMLiR

41、iReeUtiMLtiMLiRiRABaACa(1022) 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1018 功率開關(guān)電路與電機耦合的模型 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 (2)電流調(diào)制。無刷直流電動機大多用于調(diào)速場合，為了實現(xiàn)在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，同時保證在任何轉(zhuǎn)速下都能使電流迅速地達到所需要的大小，以產(chǎn)生足夠的轉(zhuǎn)矩帶動負載，往往用較高的直流電源電壓供電，通過開關(guān)電路的滯環(huán)控制或PWM調(diào)制來調(diào)節(jié)電流。采用滯環(huán)控制或PWM調(diào)制時，電流將在某一平均值附近很小的范圍內(nèi)以鋸齒波形狀波動，并不能保持絕對恒定，經(jīng)調(diào)制的電樞電流波形如圖1019所示。鋸齒波電流會帶來轉(zhuǎn)

42、矩的脈動。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1019經(jīng)調(diào)制的電樞電流波形 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 (3)齒槽轉(zhuǎn)矩。無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子為永磁體結(jié)構(gòu)，而定子鐵心往往開槽。定子齒槽與轉(zhuǎn)子永磁體的相互作用，會產(chǎn)生一個幅值隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角變化而變化的轉(zhuǎn)矩，稱為齒槽轉(zhuǎn)矩。由于定子齒與轉(zhuǎn)子磁極相吸產(chǎn)生切向磁拉力，使轉(zhuǎn)子有旋轉(zhuǎn)到與定子成特定角度的趨勢，以使得永磁體的磁路磁阻最小，即轉(zhuǎn)子磁極力圖與定子齒“對齊”，故該轉(zhuǎn)矩又稱為定位轉(zhuǎn)矩。齒槽轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子的角位置變化，通常采用解析法或數(shù)值法計算。圖1020所示為未經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的一種結(jié)構(gòu)中齒槽轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子位置變化的規(guī)律。齒槽轉(zhuǎn)矩疊

43、加到由定子電流和轉(zhuǎn)子磁場產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩上，其結(jié)果是導致轉(zhuǎn)矩脈動。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1020齒槽轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子位置變化的規(guī)律 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 齒槽轉(zhuǎn)矩一般需要通過電機的設(shè)計來消除。設(shè)計時首先要選擇恰當?shù)牟蹟?shù)和極數(shù)配合，例如一種典型設(shè)計是采用兩極下三槽的分數(shù)槽繞組。其他常用的方法有采用斜槽或斜極結(jié)構(gòu)，將定子槽或轉(zhuǎn)子磁極斜一個定子齒距，顯然，斜槽或斜極也會影響電樞繞組的反電動勢。也有采用定子大齒表面開淺槽、無槽電樞或無鐵心電樞結(jié)構(gòu)等方案。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 (4)反電動勢非理想。因為電機制造工藝或轉(zhuǎn)子永

44、磁體充磁不理想等因素，可能造成電機反電動勢不是理想梯形波，但是控制系統(tǒng)依然按照反電動勢為理想梯形波的情況供給方波電流，從而引起電磁轉(zhuǎn)矩脈動。此類電磁轉(zhuǎn)矩脈動雖可以通過適當?shù)目刂品椒ㄒ约皩ふ易罴训亩ㄗ与娏鞑ㄐ蝸硐?，但最佳電流波形是建立在對反電動勢進行精確測定的基礎(chǔ)上，而各電機反電動勢波形又不盡相同，使其通用性受到限制。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 10.6無位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置檢測無位置傳感器的轉(zhuǎn)子位置檢測無刷直流電機的運行是利用轉(zhuǎn)子位置信息來控制定子繞組換相的，轉(zhuǎn)子位置的檢測至關(guān)重要。轉(zhuǎn)子位置檢測的最直接方法就是采用10.2.2節(jié)中介紹的幾種位置傳感器。但位置傳感器安裝

45、在電機內(nèi)部有限的空間里，會使電機結(jié)構(gòu)設(shè)計復雜，增加電機尺寸和制造成本，且維修困難。另外，位置傳感器接線多，使得系統(tǒng)接線復雜、易受干擾、密封困難，在某些惡劣的環(huán)境（高溫、腐蝕、污濁等）中，其可靠性降低，甚至無法正常工作。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 無位置傳感器的位置檢測是獲取轉(zhuǎn)子位置信號的一種間接方法，雖然省去了位置傳感器，但電機的基本工作原理并未改變。在電機運轉(zhuǎn)的過程中，作為功率開關(guān)器件換相導通時序的轉(zhuǎn)子位置信號仍然是需要的，仍然是通過轉(zhuǎn)子磁極的位置來控制功率開關(guān)電路的通斷。此時，位置信號不再是由位置傳感器來提供，而是由新的位置信號檢測措施來代替，通過電動機本體的輸入、

46、輸出電量，經(jīng)過控制器的硬件檢測或軟件計算來得到轉(zhuǎn)子磁極位置。其核心和關(guān)鍵是構(gòu)架轉(zhuǎn)子位置信號檢測線路，從硬件和軟件兩個方面來間接獲得可靠的轉(zhuǎn)子位置信號。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 1.反電動勢過零點檢測原理反電動勢過零點檢測原理在無刷直流電動機中，因為定子電樞繞組反電動勢過零點與轉(zhuǎn)子位置之間有著固定的關(guān)系，所以確定了反電動勢的過零點也就確定了轉(zhuǎn)子的位置。所謂過零法，是通過檢測電樞繞組的端電壓來確定未導通相反電動勢的過零點，經(jīng)過一定的延遲，給該相繞組通電。以三相Y形聯(lián)結(jié)無刷直流電動機為例，據(jù)圖1018可以得出電勢平衡方程為 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機

47、N0N0N0dd)(dd)(d)(uetiMLiRuuetiMLiRuuedtiMLiRuCCCaCAABaBAAAaA(1024) 式中，uA0、uB0、uC0為各相對地端電壓；uN為Y形接法中性點電壓。假設(shè)電機具有理想的梯形波反電動勢波形，三相繞組對稱，忽略電樞反應(yīng)以及定子齒槽的影響，采用兩相導通的三相六狀態(tài)120工作方式。若不考慮換相的過渡過程，則每60內(nèi)三相繞組中只有兩相繞組導通，即總有一相繞組處于斷電狀態(tài)。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 例如，在圖1014中所示的060區(qū)間內(nèi)，A相和B相導通，C相斷電，則C相電流為零。C相電勢方程可以簡化為 uC0=eC+uN (

48、1025) 從而得到C相的反電動勢過零點檢測方程為 eC=eC0+uN (1025) 由于C相繞組是斷電的，因此可以通過比較端電壓uC0與中性點電壓uN來獲得C相反電動勢過零點時刻。注意到該檢測點超前于下一次換相時刻30電角度，故檢測到反電動勢過零點后，應(yīng)延遲30電角度后再進行換相，以保證電機能產(chǎn)生最大平均電磁轉(zhuǎn)矩。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 同理，可以得到A相和B相的反電動勢過零點檢測方程為 eA=eA0+uN (1027) eB=eB0+uN 一般情況下，電機三相繞組Y形接法的中性點并沒有引線引出來，真正的電機中性點電壓不能直接得到，因此需要想辦法獲得中性點電壓。

49、在上述060區(qū)間內(nèi)，iB=iA，eB=eA，將式（1024）中A、B兩相的電勢平衡方程相加得到中性點電壓： )(21B0A0Nuuu(1028) 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 因此，C相反電動勢過零點檢測方程變形為)(210B0A0uuueCC(1029) 同理，可以得到A相和B相的反電動勢過零點檢測方程為 )(21)(210C0A00C0B0uuueuuueBBAA(1030) 上述兩種形式都可以用于檢測反電動勢過零點，其區(qū)別在于中性點電壓的獲得方式不同。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 2.反電動勢過零法的實現(xiàn)反電動勢過零法的實現(xiàn) 反電動勢過零點檢測可

50、以采用硬件比較法或者軟件計算法來具體實現(xiàn)。 硬件法是先將端電壓利用電阻分壓并濾波后，再利用對稱電阻網(wǎng)絡(luò)虛構(gòu)一個中性點，通過比較器比較端電壓與該中性點電壓來獲得反電動勢過零點信息。硬件法原理電路如圖1021所示，圖中N為虛構(gòu)的中性點。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1021 硬件法原理電路第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 軟件法是將端電壓分壓并濾波后，再利用A/D轉(zhuǎn)換由微處理器讀取三路端電壓，通過實時計算得到反電動勢過零點。當采用電流調(diào)制的方式進行調(diào)速控制時，在開關(guān)管開通或關(guān)斷時，電流的突變會產(chǎn)生電抗電勢，使電抗電勢波形出現(xiàn)尖峰，當與反電動勢反相的尖峰電壓均

51、較大時，合成電勢會出現(xiàn)較多的過零點，影響換相點判斷的準確性。因此，必須以很高的采樣率對反電動勢進行采樣，同時為了保證換相的可靠性，還要在算法上對偽過零點進行濾除，這勢必占用大量的CPU資源，不利于系統(tǒng)開發(fā)。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 無論是硬件法還是軟件法，檢測信號都是經(jīng)電阻分壓、低通濾波后得到的，濾波電容的存在，會使檢測到的過零點相對于實際過零點有延遲，而且轉(zhuǎn)速越高，延遲越多，使位置檢測不準確。因此，即使采用硬件法，在調(diào)速應(yīng)用場合也必須結(jié)合軟件根據(jù)轉(zhuǎn)速進行適當?shù)男拚?。可以求得圖1021所示電路的延遲角為rctanRRRRRRCRRfR(103

52、1) 式中，f為信號頻率。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 3.三段式啟動三段式啟動因為電動機靜止或轉(zhuǎn)速較低時，反電動勢信號沒有或很小，無法根據(jù)反電動勢信號檢測轉(zhuǎn)子位置，所以電動機必須先開環(huán)啟動至一定轉(zhuǎn)速，然后切換到位置檢測的閉環(huán)運行狀態(tài)。必須解決靜止啟動和自同步切換這兩個問題，其中的一種方法是采用所謂的三段式啟動法。三段式啟動時，先給預先設(shè)定的兩相繞組通以短暫電流，使轉(zhuǎn)子磁極穩(wěn)定在該兩相繞組的合成磁場軸線上，以此作為轉(zhuǎn)子磁極的初始位置；然后按照定、轉(zhuǎn)子間正確的空間位置關(guān)系，送出開關(guān)電路的控制信號，使對應(yīng)的功率開關(guān)管導通，并逐漸增加控制信號頻率，電機啟動并升速；當電動機反電動

53、勢隨著轉(zhuǎn)速的升高達到一定值時，通過反電動勢過零檢測已經(jīng)能夠確定轉(zhuǎn)子位置，即從開環(huán)啟動切換到了自同步運行。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 10.7無刷直流電動機的電樞反應(yīng)無刷直流電動機的電樞反應(yīng)電機負載時電樞磁場對主磁場的影響稱為電樞反應(yīng)。無刷直流電動機的電樞反應(yīng)與電樞繞組連接和通電方式有關(guān)。下面以三相非橋式開關(guān)電路供電的兩極三相無刷電動機為例來分析其電樞反應(yīng)的特點。無刷直流電動機的電樞反應(yīng)如圖1022所示。圖中定子A相繞組為通電狀態(tài)，電樞磁勢Fa的空間位置為A相繞組的軸線方向，并保持不變；磁狀態(tài)角m=2/3。 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1022無刷直流電動機的電樞反應(yīng) 第第10 10章章 無刷直流電動機無刷直流電動機 圖1022中所示1和2為磁狀態(tài)角所對應(yīng)的邊界，電樞磁勢Fa可分成直軸分量Fad和交軸分量Faq。當轉(zhuǎn)子磁極軸