直流電動機(jī)的設(shè)計(jì)

引言直流電動機(jī)：是以直流電為電源的直流電機(jī)，它具有良好的啟動性能，并能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍較廣的平滑調(diào)速。因此，直流電機(jī)在啟動和調(diào)速要求較高的機(jī)械上廣泛地使用保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機(jī)所稱的“功率〞。當(dāng)然，有著本質(zhì)的區(qū)別。電動機(jī)的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電動機(jī)的輸出功率是可變的。直流電動機(jī)分為定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組.定子繞組產(chǎn)生磁場.當(dāng)通直流電時(shí).定子繞組產(chǎn)生固定極性的磁場.轉(zhuǎn)子通直流電在磁場中受力.于是轉(zhuǎn)子在磁場中受力就旋轉(zhuǎn)起來.直流電機(jī)構(gòu)造復(fù)雜.造價(jià)高.。1概述1.1直流電機(jī)的分類電機(jī)：應(yīng)用電磁原理實(shí)現(xiàn)電能與機(jī)械能互換的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，統(tǒng)稱為電機(jī)。電動機(jī)是指把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電機(jī)。按照產(chǎn)生或取用電能種類的不同，電機(jī)分為直流電機(jī)與交流電機(jī)。產(chǎn)生電能的稱為發(fā)電機(jī)，取用電能的稱為電動機(jī)。電動機(jī)分為交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩大類．交流電動機(jī)又分為單相的和三相的，異步的和同步的。直流電動機(jī)按照勵磁方式的不同分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種。交流電動機(jī)應(yīng)用較為普遍，特別是異步電動機(jī)應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)簡單、鞏固耐用、維護(hù)方便、價(jià)格廉價(jià)和工作可靠等。直流電機(jī)是人類最早創(chuàng)造和應(yīng)用的一種電機(jī)，雖然目前不如交流電機(jī)應(yīng)用普通，但是，直流電動機(jī)具有比交流電動機(jī)較為優(yōu)良的調(diào)速和起動性能。它的調(diào)速范圍廣，平滑性、經(jīng)濟(jì)性較好，采用晶閘管調(diào)速系統(tǒng)更為方便；它的起動轉(zhuǎn)矩較大。這種性能對有些機(jī)械的拖動是十分重要的，例如大型機(jī)床、電力機(jī)車、大型軋鋼機(jī)、大型起重設(shè)備等。直流電機(jī)也有它顯著的缺點(diǎn)：一是制造工藝復(fù)雜，生產(chǎn)本錢高；二是運(yùn)行時(shí)由于電刷與換向器之間容易產(chǎn)生火花，可靠性較差，維護(hù)較麻煩。人們雖做過很多研究工作來改善交流電動機(jī)的性能，但還不能全部用交流拖動來代替直流拖動。因而，在某些機(jī)械的拖動中，仍需用直流電動機(jī)。1.2直流電動機(jī)的系列為了滿足各行各業(yè)對產(chǎn)品的不同要求，生產(chǎn)廠商將產(chǎn)品制成不同型號系列。所謂系列就是指產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形狀根本相似，而某種性能參數(shù)例如容量則按一定等級遞增的一系列產(chǎn)品。對于電動機(jī)來說，系列產(chǎn)品的電壓、轉(zhuǎn)速、機(jī)座號和鐵心長度都有一定的等級?！?〕Z型系列Z為直流電機(jī)的漢語拼音第一個(gè)字母。這種系列是通風(fēng)防護(hù)式的。適用于調(diào)速范圍不大的機(jī)械拖動，少灰塵，少腐蝕及溫度低的場所?！?〕Z2型系列它是Z型系列的改良型，也是防護(hù)式。調(diào)速范圍可達(dá)2：1，即可超過額定轉(zhuǎn)速的一倍。〔3〕ZO型系列這種電機(jī)是封閉式的，用于多灰塵但無腐蝕性氣體的場所?！?〕ZD型系列主要用于需要廣泛調(diào)速，具有較大的過載能力的場所。如大型機(jī)床、卷揚(yáng)機(jī)、起重設(shè)備?！?〕ZQD型系列它是直流牽引電動機(jī)，用于牽引車輛。2直流電動機(jī)的工作原理〔a〕ab邊在N極下時(shí)〔b〕ab邊在S極下時(shí)圖1-1直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖1-1是直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖。途中N和S是一對拱頂不動的磁極，用以產(chǎn)生所需要的磁場。圖1-1所示那樣將電樞繞組通過電刷接到直流電源上，繞組的轉(zhuǎn)軸與機(jī)械負(fù)載相連，這時(shí)便有電流從電源的正極流出，經(jīng)電刷A流入電樞繞組，然后經(jīng)電刷B流回電源的負(fù)極。在圖1-1〔a〕所示位置時(shí),線圈的ab邊在N極下，cd邊在S極下，電樞繞組中的電流沿著a→b→c→d的方向流動。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力F，其方向可用左手定則來判斷。這一對電磁力所形成的電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。同理在圖1-1〔b〕中，電磁力及電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍然使電動機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。由此可見，在直流電動機(jī)中，為了產(chǎn)生方向始終如一的電磁轉(zhuǎn)矩，電流必須經(jīng)過換向，換向用的銅片稱為稱為換向片。互相絕緣的換向片組合的總體稱為換向器。在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，電機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械沿著與電磁轉(zhuǎn)矩相同的方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)向負(fù)載輸出機(jī)械功率。與此同時(shí)，由于電樞繞組旋轉(zhuǎn)，線圈ab和cd邊切割磁感線產(chǎn)生了感應(yīng)電動勢e。根據(jù)右手定則，其方向與電樞電流的方向相反，故稱反電動勢。電源只有克服這一反電動勢才能向電機(jī)輸出電流。因此，電機(jī)向機(jī)械負(fù)載輸出機(jī)械功率的同時(shí)，電源卻向電機(jī)輸出電功率。可見，在這種情況下，電機(jī)起著將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的作用，也就是說，電機(jī)作為電動機(jī)運(yùn)行。3直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)電機(jī)的結(jié)構(gòu)是由以下幾方面的要求來確定的。首先是電磁方面的要求:使電機(jī)產(chǎn)生足夠的磁場，感應(yīng)出一定的電動勢，通過一定的電流，產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩，要有一定的絕緣強(qiáng)度。其次是機(jī)械方面的要求：電機(jī)能傳遞一定的轉(zhuǎn)矩，保持機(jī)械上的鞏固穩(wěn)定。此外，還要滿足冷卻的要求，溫升不能過高；還要考慮便于檢修，運(yùn)行可靠等。從電機(jī)的根本工作原理知道，電機(jī)的磁極和電樞之間必須有相對運(yùn)動，因此，任何電機(jī)都有固定不動的定子和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子兩局部組成，在這兩局部之間的間隙叫空氣隙。下面介紹直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)。〔1〕主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生主磁通φ，主磁極鐵心包括極心和極掌兩局部。極心上套有勵磁繞組，各主磁極上的繞組一般都是串聯(lián)的。改變勵磁電流If的方向，就可改變主磁極極性，也就改變了磁場方向。〔2〕換向磁極在兩個(gè)相鄰的主磁極之間中性面內(nèi)有一個(gè)小磁極，這就是換向磁極。它的構(gòu)造與主磁極相似，它的勵磁繞組與主磁極的勵磁繞組相串聯(lián)。換向磁極的作用是產(chǎn)生附加磁場，改善電機(jī)的換向，減小電刷與換向器之間的火花，不致使換向器燒壞。主磁極中性面內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度本應(yīng)為零值，但是，由于電樞電流通過電樞繞組時(shí)所產(chǎn)生的電樞磁場，使主磁極中性面的磁感應(yīng)強(qiáng)度不能為零值。于是使轉(zhuǎn)到中性面內(nèi)進(jìn)行電流換向的繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，使得電刷與換向器之間產(chǎn)生較大的火花。用換向磁極的附加磁場來抵消電樞磁場，使主磁極中性面內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度接近于零，這樣就改善了電樞繞組的電流換向條件，減小了電刷與換向器之間的火花。〔3〕電刷裝置電刷裝置主要由用碳與石墨制成導(dǎo)電塊的電刷、加壓彈簧和刷盒等組成。固定在機(jī)座上(小容量電機(jī)裝在端蓋上)不動的電刷，借助于加壓彈簧的壓力和旋轉(zhuǎn)的換向器保持滑動接觸，使電樞繞組與外電路接通。電刷數(shù)一般等于主磁極數(shù)，各同極性的電刷經(jīng)軟線匯在一起，再引到接線盒內(nèi)的接線板上，作為電樞繞組的引出端?！?〕機(jī)座機(jī)座用鑄鋼或鑄鐵制成。用來固定主磁極、換向磁極和端蓋等，它是電機(jī)磁路的一局部。機(jī)座上的接線盒有勵磁繞組和電樞繞組的接線端，用來對外接線?！?〕端蓋端蓋由鑄鐵制成，用螺釘固定在底座的兩端，蓋內(nèi)有軸承用以支撐旋轉(zhuǎn)的電樞?！?〕轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子又稱電樞，是電機(jī)的旋轉(zhuǎn)局部。它由電樞鐵心、繞組、換向器等組成。電樞鐵心由硅鋼片沖制迭壓而成，在外圓上有分布均勻的槽用來嵌放繞組。鐵心也作為電機(jī)磁路的一局部。繞組是產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或電磁轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的主要部件。它是由許多繞組元件構(gòu)成，按一定規(guī)則嵌放在鐵心槽內(nèi)和換向片相連，使各組線圈的電動勢相加。繞組端部用鍍鋅鋼絲箍住，防止繞組因離心力而發(fā)生徑向位移。換向器由許多銅制換向片組成，外形呈圓柱形，片與片之間用云母絕緣。為了使電機(jī)平安而有效地運(yùn)行，制造廠對電機(jī)的工作條件都加以技術(shù)規(guī)定。按照規(guī)定的工作條件進(jìn)行運(yùn)行的狀態(tài)叫做額定工作狀態(tài)。電機(jī)在額定工作時(shí)的各種技術(shù)數(shù)據(jù)叫做額定值，一般加下標(biāo)e表示。這些額定值都列在電機(jī)的銘牌上，使用電機(jī)前，應(yīng)熟悉銘牌。使用中的實(shí)際值，一般不應(yīng)超過銘牌所規(guī)定的額定值。型號：它表示電機(jī)的類別。例如：Z2—12〔Z：直流；2：設(shè)計(jì)序號；1：鐵心長度；2：機(jī)座號〕額定電流Ie是指發(fā)電機(jī)長期運(yùn)行時(shí)電樞輸出給負(fù)載的允許電流。對于電動機(jī)則是指電源輸入到電動機(jī)的允許電流。額定電壓Ue是指發(fā)電機(jī)輸出的允許端電壓。對于電動機(jī)則指輸入到電動機(jī)端鈕上的允許電壓。額定轉(zhuǎn)速ne是指電機(jī)在額定工作狀態(tài)時(shí)，應(yīng)到達(dá)的轉(zhuǎn)速。額定功率(額定容量)Pe對于發(fā)電機(jī)來說，這是指在額定電壓下，輸出額定電流時(shí)，向負(fù)載提供的電功率Pe,對于電動機(jī)來說，則是指在額定電壓，額定電流和額定轉(zhuǎn)速下，電動機(jī)軸上輸出的機(jī)械功率Pe=UeIeηe額定效率ηe：額定功率與輸入功率之比，稱為電機(jī)的額定效率，即ηe=〔額定功率/輸入功率〕×100%4直流電動機(jī)的機(jī)械特性直流電動機(jī)按勵磁方式可分為四種，以并勵電動機(jī)應(yīng)用得比擬廣泛。轉(zhuǎn)速需要保持恒定或需要在廣泛范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)速的生產(chǎn)機(jī)械，常采用并勵電動機(jī)，例如大型車床、磨床、刨床和某些冶金機(jī)械等。他勵電動機(jī)和并勵電動機(jī)只是聯(lián)接方式不同，兩者的特性是一樣的。下面我們以并勵電動機(jī)為例，來討論它們的機(jī)械特性。4.1直流電動機(jī)的機(jī)械特性〔1〕機(jī)械特性表征電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的兩個(gè)主要物理量是：電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩T和電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n。直流電動機(jī)的機(jī)械特性是指電動機(jī)的端電壓等于額定值，勵磁電路的電流和電樞電路的電阻不變的條件下，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系，即n=f(T)。機(jī)械特性是電動機(jī)最重要的工作特性，它是討論電動機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行、啟動、調(diào)速和制動等運(yùn)行的根底。機(jī)械特性可分為固有(自然)機(jī)械特性和人為機(jī)械特性。固有特性，表示電動機(jī)在額定參數(shù)運(yùn)行條件下的機(jī)械特性；人為特性，表示改變電動機(jī)一種或幾種參數(shù)，使之不等于其額定值時(shí)的機(jī)械特性?！?〕機(jī)械特性硬度一般用特性硬度來評價(jià)電動機(jī)機(jī)械特性變化程度。所謂機(jī)械特性硬度定義為在機(jī)械特性曲線的工作范圍內(nèi)某一點(diǎn)轉(zhuǎn)矩對該點(diǎn)轉(zhuǎn)速的微分,即在曲線上該點(diǎn)的斜率。因此，按照機(jī)械特性硬度的概念，將電動機(jī)的機(jī)械特性分為以下三類：1)絕對硬特性轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速不變化。2)硬特性轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速降落較小。3)軟特性轉(zhuǎn)矩變化時(shí)，轉(zhuǎn)速降落大。這種評價(jià)分類，是因?yàn)槎鄶?shù)電動機(jī)的機(jī)械特性是轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而下降，但不同的電動機(jī)下降程度不同。下面以并勵電動機(jī)為例。4.2并勵電動機(jī)的機(jī)械特性方程圖4-1是并勵電動機(jī)的接線圖，其電壓與電流的關(guān)系可用以下各式表示：If=U/RfI=Ia+If圖4-1并勵直流電動機(jī)接線圖當(dāng)電源電壓和勵磁電路總電阻保持不變時(shí)，則勵磁電流If及由它產(chǎn)生的磁通φ也保持不變。T＝CTφIa=KIa由Ea＝CEφn可得：將Ia=T/(CTφ)代入上式上式是并勵電動機(jī)的機(jī)械特性方程。2、并勵電動機(jī)的固有機(jī)械特性按固有機(jī)械特性所給定的條件，U=Ue=常數(shù)，勵磁電流If調(diào)節(jié)至磁通φ=φe并保持不變。由于Ra很小，從并勵電動機(jī)的機(jī)械特性方程式可知，n=f(T)將是一根傾斜度很小的直線如圖4-2所示。在負(fù)載從空載到滿載，轉(zhuǎn)速降落，僅為額定轉(zhuǎn)速的5％-10％，因此并勵電動機(jī)的機(jī)械特性是硬特性。圖4-2并勵電動機(jī)的機(jī)械特性并勵電動機(jī)在運(yùn)行時(shí)，切不可斷開勵磁電路，使If=0。這樣，主磁極上僅有很小的剩磁通，反電動勢很小。在空載時(shí)，將導(dǎo)致轉(zhuǎn)速急劇上升；在有一定負(fù)載時(shí)，電動機(jī)停轉(zhuǎn)并使電樞電流急劇增加，會引起嚴(yán)重事故。3、并勵電動極的人為機(jī)械特固有機(jī)械特性只反映電動機(jī)在額定條件下運(yùn)行的性能，對應(yīng)某一轉(zhuǎn)矩下，電動機(jī)只能運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)速。而在生產(chǎn)上往往有一些要求，例如在一定的轉(zhuǎn)矩下，根據(jù)不同的情況，要求有不同的轉(zhuǎn)速。這就必須人為地改變電動機(jī)的某些參數(shù)，來改變電動機(jī)的機(jī)械特性，以滿足生產(chǎn)上的要求。這時(shí)的機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。5直流電動機(jī)的啟動要正確使用電動機(jī)，首先碰到的問題是怎么使它啟動？所謂直流電動機(jī)的啟動，是指直流電動機(jī)接通電源后，轉(zhuǎn)速由n=0升到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速nl的全過程。要使電動機(jī)的啟動過程合理，要考慮的問題包括：①啟動電流Ist的大小；②啟動轉(zhuǎn)矩Tst的大小；③啟動時(shí)間的長短；④啟動過程是否平滑，即加速度是否均勻；⑤啟動過程的能量損耗；⑥啟動設(shè)備的簡單可靠。其中，啟動電流和啟動轉(zhuǎn)矩是主要的。直流電動機(jī)的啟動包括直接啟動、降壓啟動和電樞回路串電阻啟動。下面著重介紹電樞回路串電阻啟動。電樞回路串接電阻，啟動電流為Is=Un/Ra+R,負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL可知,啟動過程中要求電動機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩,即T>TL。根據(jù)要求，可確定串接電阻R的大小，這樣有了加速轉(zhuǎn)矩后才能使系統(tǒng)啟動，而加速轉(zhuǎn)矩的大小又必須滿足生產(chǎn)工藝對加速度的要求。因此他勵直流電動機(jī)啟動時(shí)，必須有足夠大的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，又不使啟動電流過大，使電動機(jī)在滿足生產(chǎn)工藝要求的前提下平安啟動，但隨著轉(zhuǎn)速的升高，應(yīng)逐級切除電阻，否則電樞回路長期串接較大電阻，將引起較大的能量損耗。額定功率較小的電動機(jī)可采用在電樞電路內(nèi)串聯(lián)起動變阻器的方法起動。起動前先把起動變阻器調(diào)到最大值，加上勵磁電壓，保持勵磁電流為額定值不變。再接通電樞電源，電機(jī)開始起動。隨著轉(zhuǎn)速的升高，逐漸減小起動變阻器的電阻，直到全部切除。額定功率較大的電動機(jī)一般采用分級起動的方法以保證起動過程中既有比擬大的起動轉(zhuǎn)矩，有使起動電流不會超過允許值。現(xiàn)以兩級起動為例來說明起動步驟和起動過程。〔1〕起動過程起動步驟如下：1〕串聯(lián)起動電阻電樞電路的總電阻為=++加上勵磁電壓，保持勵磁電流為額定值不變，然后加上電樞電壓，這時(shí)電動機(jī)的機(jī)械特性如圖5-1中的人為特性a所示。由于起動轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL電動機(jī)拖動生產(chǎn)機(jī)械特性a由a1向a2點(diǎn)移動。2〕切除起動電阻3〕切除起動電阻當(dāng)工作點(diǎn)到達(dá)點(diǎn)，即電磁轉(zhuǎn)矩〔2〕他勵直流電動機(jī)起動電阻的計(jì)算計(jì)算分級起動電阻，有兩種情況：1.起動級數(shù)m未定：初選求m，整成整數(shù)m計(jì)算值計(jì)算各級電阻或分段電阻。2.起動級數(shù)m已定，選定計(jì)算值計(jì)算各級電阻或分段電阻。6無刷直流電動機(jī)以無刷直流電動機(jī)為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。無刷直流電動機(jī)由電子換向線路、轉(zhuǎn)子位置傳感器和電動機(jī)本體組成。電動機(jī)本體是指多相〔三相、四相、五相等〕的永磁體轉(zhuǎn)子。各相電樞繞組分別與電子換向線路中相應(yīng)功率開關(guān)元件相聯(lián)接，功率開關(guān)元件在電子換向線路控制下，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測出來的轉(zhuǎn)子位置，按照一定規(guī)律流通或截至，這樣在定子上的電樞繞組中的電流隨著轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換流，并在定子內(nèi)腔產(chǎn)生了跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，使永磁體轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)起來。在無刷直流電動機(jī)中，借助反映主轉(zhuǎn)子位置的位置傳感器的輸出信號，通過電子換向線路去驅(qū)動與電樞繞組連接的相應(yīng)的功率開關(guān)元件，使電樞繞組依次饋電，從而在主定子上產(chǎn)生跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場，拖動永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，位置傳感器不斷的送出信號，以改變電樞繞組的通電狀態(tài)，使得在某一磁極下導(dǎo)體中的電流方向始終保持不變，這就是無刷直流電動機(jī)的無接觸式換流的實(shí)質(zhì)。圖6-1為無刷直流電動機(jī)的工作原理圖的方框圖。圖6-1無刷直流電動機(jī)的方框原理圖應(yīng)該指出，在無刷直流電動機(jī)中，電樞繞組和相應(yīng)的功率開關(guān)元件的數(shù)目不可能很多，所以，與有刷直流電動機(jī)相比，它產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩波動比擬大。6.1無刷直流電動機(jī)的換流在無刷直流電動機(jī)中，來自位置傳感器的驅(qū)動信號，按照一定的邏輯，使某些功率開關(guān)元件在某一瞬間導(dǎo)通或截止，電樞繞組內(nèi)的電流發(fā)生跳變，從而改變了主定子的磁狀態(tài)，我們把電樞繞組內(nèi)的這種電流變化過程的物理現(xiàn)象稱為“換流〞。每換流一次，磁狀態(tài)就改變一次。這樣，在工作氣隙內(nèi)會產(chǎn)生一個(gè)跳躍式的旋轉(zhuǎn)磁場。為了使無刷直流電動機(jī)可靠地運(yùn)行，就應(yīng)該正確地進(jìn)行換流。6.2無刷直流電動機(jī)的電子線路一臺完整的無刷直流電動機(jī)是由電動機(jī)本體、位置傳感器和電子線路組成。電子線路又由振蕩電路、解調(diào)電路和功放電路組成。一套良好的無刷直流電動機(jī)的電子線路必須滿足工作穩(wěn)定可靠，功耗小、壽命長、本錢低等要求，這些就是我們設(shè)計(jì)無刷直流電動機(jī)電子線路的出發(fā)點(diǎn)。電子換向線路和位置傳感器相配合，起到與機(jī)械換向相類似的作用。所以，電子換向線路也是無數(shù)直流電動機(jī)實(shí)現(xiàn)無接觸換向的一個(gè)重要組成局部。電子換向線路的任務(wù)是將位置傳感器的輸出信號進(jìn)行解調(diào)，預(yù)放大，功率放大，然后去觸發(fā)未級功率晶體管，使電樞繞組按一定的邏輯程序饋電，保證電動機(jī)的可靠運(yùn)行。1.振蕩電路無刷直流電動機(jī)采用磁電式位置傳感器時(shí)，它一定要與振蕩電路配合才能完成位置傳感器的作用。根據(jù)無刷直流電動機(jī)的工作特點(diǎn)，要求振蕩器頻率范圍在幾十千赫到幾百千赫。這時(shí)，選用變壓器反應(yīng)的LC正弦波震蕩器比擬適宜。變壓器式的LC正弦波振蕩電路是由放大電路，選頻網(wǎng)絡(luò)，反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和負(fù)載局部組成，如圖6-2所示。圖6-2LC震蕩電路電路要產(chǎn)生振蕩必須滿足兩個(gè)條件：一是由輸出端反應(yīng)到輸入端的電壓與放大器在同樣輸出情況下所需要的輸入信號同相，這稱為自激振蕩的相位條件。二是由輸出端反應(yīng)到輸入端的信號要足夠大，其幅值大于或等于放大器要求的輸入電壓的幅值，此稱為自激振蕩的幅值條件。如果用數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示，首先設(shè)輸入信號為那末放大器輸出是同頻率的正弦量，這個(gè)正弦量經(jīng)過反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)后加到輸入端的電壓為則自激振蕩的條件為對于上圖所示的LC振蕩電路而言，相位條件是利用變壓器反應(yīng)來到達(dá)的。因?yàn)樵诰w管放大電路中，集電極輸出具有倒相作用，即輸出信號與輸入信號相位相差，而反應(yīng)線圈和振蕩回路里中的信號也有的相位差。這樣，反應(yīng)信號的相位和原輸入信號的相位相差，符合了自激振蕩的相位條件。為了滿足自激振蕩的幅值條件，必須有式中——基極與發(fā)射極之間的交流等效電阻；M——和之間的互感；C——振蕩回路里的電容；R——諧振電路中代表全部能量損耗的等效電阻；β——晶體管的放大倍數(shù)。在一般的LC正弦波振蕩電路里，晶體管的放大倍數(shù)β很容易滿足。只要電路正確，元件無損壞，電路是容易起振的。在無刷直流電動機(jī)中，振蕩器的頻率相當(dāng)于載波頻率，電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率〔或傳感器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率〕相當(dāng)于調(diào)制頻率。對無刷直流電動機(jī)而言，有用的是調(diào)制頻率，所以對載波頻率穩(wěn)定度的要求是不高的。但是，要求振蕩器的諧振頻率比電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)頻率高的多，這樣才能正確的反映位置傳感器轉(zhuǎn)子的角度和位置。對一般轉(zhuǎn)速的無刷直流電動機(jī)而言，振蕩器的頻率選幾十千頻到幾百千頻就可以滿足位置傳感器的要求了。2.解調(diào)電路解調(diào)電路是把位置傳感器副邊繞組中獲得的信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動電壓的電路，見圖6-3。圖6-3解調(diào)電路圖6-3中，最左邊是磁電式傳感器的原邊繞組，是磁電式傳感器的副邊繞組。振蕩器產(chǎn)生幾十千赫到幾百千赫的等幅正弦波電壓，通過輸進(jìn)位置傳感器的原邊繞組，位置傳感器的轉(zhuǎn)子起磁路耦合作用，在某一時(shí)間〔或角度〕內(nèi)，它把U相的原邊繞組耦合起來，副邊繞組內(nèi)就有與振蕩器同頻率的電壓輸出，即其中，為振蕩器諧振頻率。沒有耦合的副邊繞組和的輸出電壓和均為零。在位置傳感器轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)的情況下，副邊繞組輸出的電壓波形是振蕩器輸出波形被傳感器轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率調(diào)制以后的波形。由于副邊繞組各路對稱，解調(diào)電路也一樣，所以本設(shè)計(jì)只分析一路。副邊繞組的輸出電壓經(jīng)過二極管檢波，電容C濾波后，變?yōu)槊}沖電壓，在位置傳感器轉(zhuǎn)子不斷旋轉(zhuǎn)的情況下，經(jīng)過解調(diào)電路后的電壓的波形圖6-4所示。圖6-4三個(gè)副邊繞組輸出電壓經(jīng)過調(diào)解后的波形為防止電動機(jī)出現(xiàn)死區(qū)，即在某區(qū)域內(nèi)沒有電磁轉(zhuǎn)矩，位置傳感器的轉(zhuǎn)子角度要設(shè)計(jì)得比理論角度大一些。所以相鄰之間在時(shí)間上有重疊區(qū)。用它們來驅(qū)動電動機(jī)時(shí)，就會出現(xiàn)相同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)，這個(gè)狀態(tài)的存在對于非橋式星形電樞繞組而言是有益無害的，它可以減小電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動。但是重疊區(qū)不能太大，過大的重疊區(qū)導(dǎo)致電動機(jī)效率下降。7結(jié)論直流電機(jī)是由直流電源〔電池等〕驅(qū)動，具有很好的回轉(zhuǎn)特性和輸出效率。和相同大小的一般交流電機(jī)相比，具有更強(qiáng)的扭矩和過載能力。在大負(fù)荷的時(shí)候低速運(yùn)轉(zhuǎn)、也就是說轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速和負(fù)荷大小成反比，通過電壓進(jìn)行更好的控制。由于通過電刷來供應(yīng)電流、使用壽命相對來說不是很長、必須通過維護(hù)保養(yǎng)來延長壽命。直流電機(jī)的一個(gè)最常見變體可以消除電致噪聲，電刷也易于維護(hù)，