第3章 無刷電機(jī)

第7章無刷直流電動機(jī)及其控制

【本章知識架構(gòu)】

【本章教學(xué)目標(biāo)與要求】了解無刷直流電動機(jī)的發(fā)展歷史掌握無刷直流電動機(jī)的基本構(gòu)成與工作原理了解無刷直流電動機(jī)的控制方式掌握直流無刷電動機(jī)的主回路3.1.1無刷永磁伺服電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)無刷永磁伺服電動機(jī)也稱為交流永磁伺服電動機(jī)，通常是指由永磁電動機(jī)和相應(yīng)驅(qū)動、控制系統(tǒng)組成的無刷永磁電動機(jī)伺服系統(tǒng)，其本質(zhì)上是一種自控變頻同步電動機(jī)系統(tǒng)，有時也僅指永磁電動機(jī)本體。無刷永磁伺服電動機(jī)就電動機(jī)本體而言是一種采用永磁體勵磁的多相同步電動機(jī)，定子結(jié)構(gòu)與普通同步電動機(jī)或感應(yīng)電動機(jī)基本相同，轉(zhuǎn)子方面則由永磁體取代了電勵磁同步電動機(jī)的轉(zhuǎn)子勵磁繞組。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的三種基本形式：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是無刷永磁伺服電動機(jī)與其它電機(jī)最主要的區(qū)別，對其運(yùn)行性能、控制系統(tǒng)、制造工藝和適用場合等均具有重要影響。按照永磁體在轉(zhuǎn)子上位置的不同，無刷永磁伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)一般可分為表面式（凸裝式）、嵌入式和內(nèi)置式三種基本形式。

3.1.1

無刷永磁伺服電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)表面式轉(zhuǎn)子：典型結(jié)構(gòu)如圖3-1a）所示，永磁體通常呈瓦片形，通過環(huán)氧樹脂直接粘貼在轉(zhuǎn)子鐵心表面上。在體積和功率較小的無刷永磁伺服電動機(jī)中，也可以采用圓環(huán)形永磁體，如圖3-1b）所示，永磁體為一整體的圓環(huán)，該結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子制造工藝性較好。圖3-1表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

b）永磁體為圓環(huán)形a）永磁體為瓦片形3.1.1無刷永磁伺服電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)嵌入式轉(zhuǎn)子：結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，永磁體嵌裝在轉(zhuǎn)子鐵心表面的槽中。圖3-2嵌入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

對于高速運(yùn)行的伺服電動機(jī)，采用表面式或嵌入式時，為了防止離心力的破壞，常需在其外表面再套一非磁性金屬套筒或包以無緯玻璃絲帶作為保護(hù)層。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子：永磁體不是裝在轉(zhuǎn)子表面上，而是位于轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部，可能的幾何形狀有多種，圖3-3給出了兩種典型結(jié)構(gòu)。圖3-3a）所示轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中永磁體為徑向充磁，在圖3-3b）所示轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中永磁體為橫向充磁。a）永磁體徑向充磁b）永磁體橫向充磁圖3-3內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

3.1.1無刷永磁伺服電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)當(dāng)電動機(jī)極數(shù)較多時，徑向充磁結(jié)構(gòu)受到永磁體供磁面積的限制，不能提供足夠的每極磁通，而橫向充磁結(jié)構(gòu)由于相鄰磁極表面極性相同，每個極距下的磁通由相鄰兩個磁極并聯(lián)提供，可得到更大的每極磁通。橫向充磁結(jié)構(gòu)的不足之處是漏磁系數(shù)較大，且轉(zhuǎn)軸上需采取適當(dāng)?shù)母舸糯胧?，如采用非磁性轉(zhuǎn)軸或在轉(zhuǎn)軸上加非磁性隔磁襯套，使制造成本增加，制造工藝變得復(fù)雜。

三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的比較表面式的特點(diǎn)：表面式結(jié)構(gòu)的電機(jī)交、直軸電感相等，是一種隱極式同步電動機(jī)；由于有效氣隙較大，繞組電感低，有利于改善電機(jī)的動態(tài)性能；可使轉(zhuǎn)子做的直徑小，慣量低。因此許多無刷永磁伺服電動機(jī)都采用這種結(jié)構(gòu)。

3.1.1無刷永磁伺服電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)嵌入式和內(nèi)置式的特點(diǎn)：交、直軸磁路磁阻是不相等的。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的交、直軸磁路如圖3-4所示。直軸磁路磁阻大于交軸磁路磁阻，因此內(nèi)置式和嵌入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷永磁伺服電動機(jī)屬于凸極同步電動機(jī)。

a）直軸磁通路徑b）交軸磁通路徑圖3-4內(nèi)置式無刷永磁伺服電動機(jī)的交、直軸磁路注意：電勵磁凸極同步電動機(jī)中直軸磁路磁阻小于交軸磁路，因此直軸同步電抗Xd（電感Ld）大于交軸同步電抗Xq（電感Lq），而永磁同步電動機(jī)中正好相反，其交、直軸繞組電感的關(guān)系是LqLd。3.1.1無刷永磁伺服電動機(jī)的基本結(jié)構(gòu)3.1.2無刷永磁電動機(jī)伺服系統(tǒng)的組成無刷永磁伺服電動機(jī)通常由變頻電源供電

由恒頻電源供電的永磁同步電動機(jī)僅適用于在要求恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的場合作為驅(qū)動電機(jī)使用。為了解決電動機(jī)的起動問題，其轉(zhuǎn)子上需裝設(shè)籠型起動繞組（阻尼繞組），利用籠型繞組感應(yīng)產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩將電動機(jī)加速到接近同步速，然后由永磁體產(chǎn)生的同步轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子牽入同步。對于伺服電動機(jī)而言，一個基本要求是其轉(zhuǎn)速能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，因此無刷永磁伺服電動機(jī)通常由變頻電源供電，采用變頻調(diào)速技術(shù)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。變頻電源供電的永磁同步伺服電動機(jī)，由于供電電源頻率可以由低頻逐漸升高，可以直接利用同步轉(zhuǎn)矩使電動機(jī)起動，故轉(zhuǎn)子上一般不設(shè)阻尼繞組。3.1.2無刷永磁電動機(jī)伺服系統(tǒng)的組成同步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本類型

根據(jù)變頻電源頻率控制方式的不同，同步電動機(jī)變頻調(diào)速系統(tǒng)可以分為他控變頻和自控變頻兩大類。他控變頻：用獨(dú)立的變頻裝置給同步電動機(jī)供電，通過直接改變變頻裝置的輸出頻率調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，是一種頻率開環(huán)控制方式。自控變頻：所用的變頻電源是非獨(dú)立的，變頻裝置輸出電流（電壓）的頻率和相位受反映轉(zhuǎn)子磁極空間位置的轉(zhuǎn)子位置信號控制，是一種定子繞組供電電源的頻率和相位自動跟蹤轉(zhuǎn)子磁極空間位置的閉環(huán)控制方式。由于電動機(jī)輸入電流的頻率始終和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持同步，采用自控變頻方式的同步電動機(jī)不會產(chǎn)生振蕩和失步現(xiàn)象，故也稱為自同步電動機(jī)系統(tǒng)。7.2無刷直流電機(jī)的基本組成和工作原理

7.2.1基本組成環(huán)節(jié)直流無刷電動機(jī)主要由電動機(jī)本體、位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分組成。電動機(jī)本體主要包括定子和轉(zhuǎn)子兩部分，定子繞組一般為多相，轉(zhuǎn)子由永磁材料按一定極對數(shù)（2p=2,4，…）組成。A相、B相、C相繞組分別與功率開關(guān)管V1、V2、V3相連，位置傳感器的跟蹤轉(zhuǎn)子與電動機(jī)轉(zhuǎn)軸相連接。

圖7.2直流無刷電動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理

當(dāng)定子繞組的某一相通電時，該電流與轉(zhuǎn)子磁極所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子位置變換成電信號，去控制電子開關(guān)線路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相。由于電子開關(guān)線路的導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機(jī)械換向器的換向作用。因此，所謂直流無刷電動機(jī)，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為是一臺由電子開關(guān)線路、永磁式同步電動機(jī)以及位置傳感器三者組成的“電動機(jī)系統(tǒng)”。

7.3無刷直流電動機(jī)的原理框圖

原理框圖如圖7.3所示。構(gòu)成直流無刷電動機(jī)轉(zhuǎn)子的永久磁鋼與永磁有刷電動機(jī)中所使用的永久磁鋼的作用相似，都是在電動機(jī)的氣隙中建立足夠的磁場。其不同之處在于，直流無刷電動機(jī)中永久磁鋼裝在轉(zhuǎn)子上，而直流有刷電動機(jī)的磁鋼則裝在定子上。

直流無刷電動機(jī)的電子開關(guān)線路用來控制電動機(jī)定子上各相繞組，通電的順序和時間，主要由功率邏輯開關(guān)單元和位置傳感器信號處理單元兩個部分組成。功率邏輯開關(guān)單元是控制電路的核心，其功能是將電源的功率以一定的邏輯分配關(guān)系分配給直流無刷電動機(jī)定子上的各相繞組，以便使電動機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。各相繞組導(dǎo)通的順序和時間主要取決于來自位置傳感器的信號。但位置傳感器所產(chǎn)生的信號一般不能直接用來控制功率邏輯開關(guān)單元，往往需要經(jīng)過一定邏輯處理后才能去控制邏輯開關(guān)單元。綜上所述，組成無刷電動機(jī)各主要部件的框圖，如圖7.4所示。

圖7.4直流無刷電動機(jī)的組成框圖7.2.2基本工作原理

用圖7.2的三相直流無刷電動機(jī)半控橋電路原理圖說明。此處采用光電器件作為位置傳感器，以3個功率晶體管Vl

、V2

、V3

構(gòu)成功率邏輯單元。3個光電器件VP1

、VP2

、VP3

的安裝位置各相差120。，均勻分布在電動機(jī)一端。

假定此時光電器件VP1

被照射，從而使功率晶體管V1呈導(dǎo)通狀態(tài)，電流流入繞組A-A，，該繞組電流同轉(zhuǎn)子磁極作用后所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子的磁極按照順時針方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子極轉(zhuǎn)過120。以后，直接裝在轉(zhuǎn)子軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板也跟著同時轉(zhuǎn)動，并遮住VP1

而使VP2

受光照射，從而使晶體管V1截止，晶體管V2導(dǎo)通，電流從繞組A-A，斷開而流入繞組B-B，，使得轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)朝著箭頭方向轉(zhuǎn)動，并帶動遮光板同時朝順時針方向旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁機(jī)再次轉(zhuǎn)過120。以后，此時旋轉(zhuǎn)遮光板已經(jīng)遮住VP2而使VP3

受光照射，從而使晶體管V2截止，晶體管V3導(dǎo)通，電流流入繞組C-C，，于是驅(qū)動轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)朝著順時針方向旋轉(zhuǎn)過120。以后，重新開始下次的360。旋轉(zhuǎn)。這樣，隨著位置傳感器轉(zhuǎn)子扇形片的轉(zhuǎn)動，定子繞組在位置傳感器VP1、VP2、VP3

的控制下，一相一相地依次饋電，實(shí)現(xiàn)了各相繞組電流的換向。

不難看出，在換向過程中，定子各相繞組在工作氣隙中所形成的旋轉(zhuǎn)磁場是跳躍式的，這種旋轉(zhuǎn)磁場在360。的電角度范圍內(nèi)有3種磁狀態(tài)，每種磁狀態(tài)持續(xù)120。電角度。圖7.5給出了各相繞組的導(dǎo)通順序示意圖。

圖7.5各相繞組的導(dǎo)通示意圖7.2.3常用的位置傳感器

1．電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器是利用電磁效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)其位置測量作用的，主要有開口變壓器、鐵磁諧振電路、接近開關(guān)等多種類型。在直流無刷電動機(jī)中，用的較多的是開口變壓器,這種傳感器的結(jié)構(gòu)如圖7.6所示。

圖7.6電磁式位置傳感器(a)結(jié)構(gòu)原理圖；(b)剖面圖2．光電式位置傳感器

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7.7所示。

光電式位置傳感器產(chǎn)生的電信號一般都較弱，需要經(jīng)過放大才能去控制功率晶體管。但它輸出的是直流電信號，不必再進(jìn)行整流，這是它的一個優(yōu)點(diǎn)。

3．磁敏式位置傳感器

磁敏式位置傳感器是指它的某些電參數(shù)按一定規(guī)律隨周圍磁場變化的半導(dǎo)體敏感元件，其基本原理為霍爾效應(yīng)和磁阻效應(yīng)。目前，常見的磁敏傳感器有霍爾元件或霍爾集成電路、磁敏電阻器及磁敏二極管等多種。

采用霍爾元件作為位置傳感器的無刷直流電動機(jī)通常稱為“霍爾無刷直流電動機(jī)”。由于無刷直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是永磁的，就可以很方便地利用霍爾元件的“霍爾效應(yīng)”檢測轉(zhuǎn)子的位置。圖7.8表示四相霍爾無刷直流電動機(jī)原理圖。7.3無刷直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)

無刷直流電機(jī)廣泛應(yīng)用于驅(qū)動和伺服系統(tǒng)中，在許多場合，不但要求電機(jī)具有良好的啟動和調(diào)節(jié)特性，而且要求電機(jī)能夠正反轉(zhuǎn)。通常采用改變逆變器開關(guān)管的邏輯關(guān)系，使電樞繞組各相導(dǎo)通順序變化來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。為了使電機(jī)正反轉(zhuǎn)均能產(chǎn)生最大平均電磁轉(zhuǎn)矩以保證對稱運(yùn)行，必須精確設(shè)計轉(zhuǎn)子位置傳感器與轉(zhuǎn)子主磁極和定子各相的相互位置關(guān)系，以及正確的邏輯關(guān)系。下面以兩相導(dǎo)通星型三相六狀態(tài)無刷直流電機(jī)為例，來分析其正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)方法。采用霍爾元件轉(zhuǎn)子位置傳感器來實(shí)現(xiàn)無刷直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)調(diào)速，如圖7.12所示。1．正轉(zhuǎn)

設(shè)電機(jī)處于A、B相繞組導(dǎo)通的磁狀態(tài)初始位置，如圖7.13a所示，此時霍爾元件A、B在傳感器磁場作用下，有高電平輸出,uhA=uhB=1；霍爾元件C不受磁場作用，有低電平輸出，此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用使電機(jī)順時針旋轉(zhuǎn)。故A、B相繞組導(dǎo)通的磁狀態(tài)對應(yīng)的霍爾元件信號邏輯為

uhA=1，uhB=1,uhC=0。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過60。電角度，達(dá)到A、C相繞組導(dǎo)通的磁狀態(tài)初始位置，如圖7.13b所示。此時霍爾元件B處于傳感器永磁體下，有高電平輸出，

；霍爾元件A、C不受磁場作用，有低電平輸出，uhA=uhC=0，定轉(zhuǎn)子磁場相互作用仍使電機(jī)順時針繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生最大電磁轉(zhuǎn)矩。A、C相繞組導(dǎo)通的磁狀態(tài)對應(yīng)的霍爾元件信號邏輯為

uhA=1，uhB=1,uhC=0...依此類推，可得一周內(nèi)電機(jī)正轉(zhuǎn)時對應(yīng)的各相繞組導(dǎo)通順序與三個霍爾元件輸出信號的邏輯關(guān)系。

7.13正轉(zhuǎn)時相互位置關(guān)系2反轉(zhuǎn)

設(shè)電機(jī)定子及位置傳感器的相互位置仍如圖7.14a所示，但繞組B、C通電，對應(yīng)的定轉(zhuǎn)子磁動勢關(guān)系如圖7.14a所示?？梢婋姍C(jī)反向逆時針旋轉(zhuǎn)，此時霍爾元件輸出邏輯為

uhA=1，uhB=0,uhC=0。在B、C相繞組通電狀態(tài)，定轉(zhuǎn)子磁動勢軸線平均以正交相互位置關(guān)系逆時針方向旋轉(zhuǎn)，同樣可以產(chǎn)生最大電磁轉(zhuǎn)矩。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過

電角度后，到達(dá)圖7.9b所示狀態(tài)。此時導(dǎo)通AC相繞組，該兩相繞組的合成定子磁動勢仍驅(qū)動轉(zhuǎn)子逆時針方向繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，該磁狀態(tài)對應(yīng)的霍爾元件輸出邏輯為

uhA=1，

uhB=0,uhC

。由此可得，根據(jù)霍爾傳感器的輸出信號，各開關(guān)管控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的導(dǎo)通邏輯關(guān)系如表7-1所示。由表7-l可知，正反轉(zhuǎn)時各開關(guān)管對應(yīng)于霍爾傳感器輸出信號的邏輯關(guān)系正好相反。7.14反轉(zhuǎn)時相互位置關(guān)系

表7-1無刷直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)換向邏輯表7.4直流無刷電動機(jī)的主回路

1．三相半控電路

常見的三相半控電路如圖7.15所示。圖7.15中，A、B、C為電動機(jī)定子三相繞組：VT1、VT2、VT3為3個大功率MOSFET管，主要起開關(guān)作用；Hl

、H2

、H3為來自轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號。在三相半控電路中，要求位置傳感器的輸出信號1/3周期為高電平，2/3周期為低電平，并要求各傳感器之間的相位差也是1/3周期，如圖7.16所示。圖7.15三相半控電路當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鋼的位置如圖7.17(a)所示時，要求H1處于高電平，H2

、H3

都處于低電平；VF1

導(dǎo)通，A相繞組通電，由左手定則可知，在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)；當(dāng)轉(zhuǎn)子磁鋼轉(zhuǎn)到圖7.17(b)所示的位置時，H2處于高電平，Hl

、H3

都處于低電平，VF2導(dǎo)通，B相繞組通電，A相繞組斷電，在轉(zhuǎn)子磁鋼同B相繞組所產(chǎn)生的電磁力Fb的作用下，轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時針方向旋轉(zhuǎn)；到圖7-17(c)所示的位置時，H3處于高電平，H1、H2

都處于低電平，VF3導(dǎo)通，C相繞組通電，在轉(zhuǎn)子磁鋼同C相繞組所產(chǎn)生的電磁力Fc的作用下，轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，回到圖7.17(a)所示的位置。然后，繼續(xù)重復(fù)上述過程。圖7.16三相半控電路中位置傳感器的信號波形圖7.17繞組通電同轉(zhuǎn)子磁鋼位置的關(guān)系和一般的直流電動機(jī)一樣，在電動機(jī)起動時，由于其轉(zhuǎn)速很低，故轉(zhuǎn)子磁通切割定子繞組所產(chǎn)生的反電動勢很小，因而可能產(chǎn)生較大的電流。另外，三相半控電路雖然結(jié)構(gòu)簡單，但電動機(jī)本體的利用率很低，每個繞組只通電1/3時間，2/3時間處于關(guān)斷狀態(tài)，沒有得到充分的利用；在運(yùn)行過程中其轉(zhuǎn)矩的波動也較大。因此，在一些要求比較高的場合，一般不使用三相半控電路。

2．三相丫形連接全控電路

圖7.18給出了一種三相丫形連接的全控電路。圖中，VT1-VT6

為6個MOSFET功率管，起繞組的開關(guān)作用。VT1、VT3

、VT5

為P溝道MOSFET，低電平時導(dǎo)通；VT2

、VT4

、VT6

為N溝道MOSFET，高電平時導(dǎo)通。它們的通電方式又可分為兩兩導(dǎo)通方式和三三導(dǎo)通方式兩種。

圖7.18丫形連接繞組三相全控橋式電路（1）兩兩通電方式

所謂的兩兩通電方式是指每一瞬間有2個功率管導(dǎo)通，每隔1/6周期（60

。電角度）換向一次，每次換向一個功率管，每一功率管導(dǎo)通120

。電角度。各功率管的導(dǎo)通順序依次為VTlVT2

、VT2VT3

、VT3VT4

、VT4VT5

、VT5VT6

、VT6VT1

。當(dāng)功率管VTl和VT2導(dǎo)通時，電流從VTl

管流入A相繞組，再從C相繞組流出，經(jīng)VT2管回到電源。如果認(rèn)定流入繞組的電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正，那么從繞組流出電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為負(fù)，它們的合成轉(zhuǎn)矩如圖7.19(a)所示。方向在Ta和-Tc的角平分線上；當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)過60

。以后，由VTlVT2

通電換成VT2VT3通電，這時，電流從VT3流入B相繞組再從C相繞組流出，經(jīng)VT2

管回到電源，此時的合成轉(zhuǎn)矩如圖7.19(b)所示，合成轉(zhuǎn)矩的方向轉(zhuǎn)過了60

。電角度。而后，每次換向一個功率管，合成轉(zhuǎn)矩矢量方向就隨著轉(zhuǎn)過60

。電角度，但大小始終保持不變，圖7.19(c）表示了全部合成轉(zhuǎn)矩的方向。所以，同樣一臺直流無刷電動機(jī)，每相繞組通過與三相半控電路同樣的電流時，采用三相丫形連接全控電路，在兩兩換向的情況下，合成轉(zhuǎn)矩增加了倍；每隔60。換向一次，每個功率管通電120

。，每個繞組通電240。，其中正向通電和反向通電各120

。

(2）三三通電方式

所謂的三三通電方式是指每一瞬間均有3個功率管同時通電，每隔60。換向一次，每個功率管通電180。，它們的導(dǎo)通順序依次是VTlVT2VT3、VT2VT3VT4、VT3VT4VT3、VT4VT5VT6、VT5VT6VT1、VT6VT1VT2。

當(dāng)VT6VT1VT2：導(dǎo)通時，電流從VT1管流入A相繞組，經(jīng)B相和C相繞組（此時，B、C兩相繞組為并聯(lián)）分別從VT6和VT2流出。此時，流過B相和C相繞組的電流分別為流過A相繞組的一半，其合成轉(zhuǎn)矩如圖7.20(a)所示，

方向同A相，大小為1.5Ta；經(jīng)過60。電角度后，換向到VT1VT2VT3通電，即先關(guān)斷VT6而后導(dǎo)通VT3

（注意，一定要先關(guān)VT6而后通VT3，否則VT6和VT3同時通電，則電源被VT6VT3短路，這是絕對不允許出現(xiàn)的），此時，電流分別從VT1和VT3

流入，經(jīng)A相和B相繞組（相當(dāng)于A相和B相并聯(lián)）再流入C相繞組，經(jīng)VT2回到電源，如圖7.20(b)所示，方向與-C相同，轉(zhuǎn)過了60

。，大小仍然是15Ta；再經(jīng)過60。電角度，換向到VT2VT3VT4通電，而后依次類推。它們的合成轉(zhuǎn)矩如圖7.20(c)所示。

圖7.19丫形連接繞組兩兩通電時的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖

圖7.20丫形連接繞組三三通電時的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖

3．三相△形連接全控電路

直流無刷電動機(jī)的三相△形連接主回路如圖7.21所示。該連接電路的組成元件與三相丫形連接全控橋式電路類似，也可分為兩兩通電和三三通電兩種控制方式。

(l）兩兩通電方式

此時，通電順序為VT1VT2、VT2VT3、、VT3VT4、VT4VT5、VT5VT6.VT6VT1。當(dāng)VT1VT2

通電時，電流從VT1流入，分別通過A相繞組和B、C兩相繞組，再從VT2管流出。此時，繞組的連接是B、C兩相繞組串聯(lián)后再同A相繞組并聯(lián)，如果假定流過A相繞組的電流為I，則流過B、C

兩相繞組的電流分別為I/2。此時的合成轉(zhuǎn)矩如圖7.22所示，其方向同A相轉(zhuǎn)矩，大小為A相轉(zhuǎn)矩的1.5倍。不難看出，其結(jié)果與丫形連接時的三三通電情況類似。

圖7.21三相△形連接繞組原理圖

圖7.22三相△形連接時，兩兩通電合成轉(zhuǎn)矩矢量圖

(2)三三通電方式

此時的導(dǎo)通順序依次是VFlVF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF3、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2。當(dāng)VF6VF1VF2導(dǎo)通時，電流從VF1管流入，同時經(jīng)A相和B相繞組，再分別從VF6和VF2流出，C相繞組則沒有電流通過，這就相當(dāng)于A、B兩相繞組并聯(lián)。如果假定電流的方向從A到B、從B到C、從C到A所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正，從B到A、從C到B、從A到C所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為負(fù)。由圖7.23可知，流向A相繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正，而流入B相繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為負(fù)，合成轉(zhuǎn)矩的大小為A相繞組轉(zhuǎn)矩的

倍。不難看出，其結(jié)果與丫形連接兩兩通電時的情況類似。區(qū)別在于當(dāng)繞組星形連接兩兩通電時，為兩繞組相串聯(lián)，而當(dāng)△形連接三三通電時，則為兩繞組并聯(lián)。

圖7.23三相△形連接時，三三通電合成轉(zhuǎn)矩矢量圖

7.5無刷直流電機(jī)的控制方法

從無刷直流電機(jī)的發(fā)展歷程來看，大致有三種控制方式，第一種是最簡控制方式；第二種是調(diào)壓控制方式；第三種是電流滯環(huán)PWM控制方式。以下