同步電機(jī)之關(guān)于永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)

永磁直流電動(dòng)機(jī)具有良好的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性，調(diào)速范圍寬、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大，這一系列的優(yōu)點(diǎn)使得它被廣泛應(yīng)用于傳動(dòng)系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。但是由于永磁直流電動(dòng)機(jī)中有電刷和換向器的存在，在進(jìn)行換向時(shí)有電磁、機(jī)械、電化學(xué)等不同因素交錯(cuò)在一起，而產(chǎn)生火花、噪聲、速度限制、無線電干擾等一系列問題，由于這些問題的存在也是永磁直流電動(dòng)機(jī)發(fā)展的致命缺點(diǎn)。為了解決這些弊病，早在20世紀(jì)30年代人們就提出用電子管電路代替機(jī)械滑動(dòng)接觸無換向器電動(dòng)機(jī)。但是由于當(dāng)時(shí)電子器件的技術(shù)水平和制造成本的限制，這項(xiàng)技術(shù)并沒有得到發(fā)展。

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是大功率、快速開關(guān)速度的IGBT模塊的出現(xiàn)，為研究與開發(fā)電子換向器永磁電動(dòng)機(jī)創(chuàng)造了極有利的條件，所以近年來永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)（Permanent Magnet Brushless DC Motor）取得了快速的發(fā)展。

8 . 1永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)的原理結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

8 . 1 . 1工作原理

以電子換向代替機(jī)械換向的無刷永磁直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)包括永磁無刷電動(dòng)機(jī)本體、驅(qū)動(dòng)器和轉(zhuǎn)子位置傳感器三部分，其框圖如圖8一1 。其工作原理可以用圖8一2和圖8一3來說明，在圖8一2中，M為永磁電動(dòng)機(jī)本體，PS為與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸連接的轉(zhuǎn)子位置傳感器，控制電路把轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測到的信號(hào)進(jìn)行邏輯變換后產(chǎn)生脈寬調(diào)制的PWM信號(hào)，經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路放大后送到逆變器各功率開關(guān)管，從而使各相繞組按一定順序工作，并在氣隙中產(chǎn)生跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，則轉(zhuǎn)子磁場受到氣隙中旋轉(zhuǎn)磁場的作用就將沿固定方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。下面以二相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)永磁無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)為例來說明其工作原理。

    當(dāng)轉(zhuǎn)子永磁體位于圖8一3a所示位置時(shí)，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出磁極位置信號(hào)，經(jīng)過控制電路邏輯變換后驅(qū)動(dòng)逆變器，使功率開關(guān)管v，、 v 。導(dǎo)通，即繞組A 、B通電A進(jìn)B出，電樞繞組在空間合成磁動(dòng)勢F 。如圖8一3a所示，此時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場相互作用拖動(dòng)轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，電流流通路徑為，電源正極斗V，管、 A相繞組、 B相繞組＊V6管。電源負(fù)極。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過600電角度，到達(dá)圖8一3b位置時(shí)，位置傳感器輸出信號(hào)，經(jīng)邏輯變換后開關(guān)管V 。截止，vZ導(dǎo)通，此時(shí)V，管仍導(dǎo)通，則繞組A 、 C通電，A進(jìn)C出，電樞繞組在空間合成磁動(dòng)勢F 。如圖8一3b所示，此時(shí)，定轉(zhuǎn)子磁場相互作用拖動(dòng)轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。電流流通路徑為，電源正極、 v，管一A相繞組一C相繞組一VZ管＊電源負(fù)極，以下類推… … 。從以上可看出，當(dāng)轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針每轉(zhuǎn)過600電角度，功率開關(guān)管的導(dǎo)通邏輯為V，、 VZ一VZ 、 V3 —V3 、 V4 —V 。 、 VS * V，、 V6 * V6 、 V . * V，、 VZ … …轉(zhuǎn)子磁場始終受到定子合成磁場的作用并沿順時(shí)針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖8一3a到b的60 ”電角度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子磁場順時(shí)針連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而定子合成磁場在空間保持圖8一3a中F 。位置不動(dòng)，只有當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場轉(zhuǎn)過60 ”電角度到達(dá)圖8一3b中Fr位置時(shí)，定子合成磁場才從圖8一3a中F．位置順時(shí)針躍變成圖8一3b中F 。位置。可見，定子合成磁場在空間不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)磁場，而是一種跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，每個(gè)步進(jìn)角是60 “電角度。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過60 ”電角度時(shí)，逆變器開關(guān)之間就進(jìn)行一次換流，定子磁狀態(tài)就改變一次，可見對(duì)上述情況，電動(dòng)機(jī)有六個(gè)磁狀態(tài)，每一狀態(tài)都是兩相導(dǎo)通，每相繞組中通過電流時(shí)間相當(dāng)于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120 ”電角度，每個(gè)開關(guān)管的導(dǎo)通角為120 "，故稱逆變器為120 ”導(dǎo)通型，兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的三相繞組與各開關(guān)管導(dǎo)通順序如圖8一4所示。