第10章無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) ppt課件

1、第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 第第10章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 10.1 概述概述10.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 10.3 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理 10.4 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 10.5 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng) 10.6 改變無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法改變無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 10.1 概概 述述 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)利用電子開(kāi)關(guān)線路和位置傳感器來(lái)代替電刷和無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)利用電子開(kāi)關(guān)線路和位置

2、傳感器來(lái)代替電刷和換向器，換向器， 使這種電機(jī)既具有直流電動(dòng)機(jī)的特性，使這種電機(jī)既具有直流電動(dòng)機(jī)的特性， 又具有交流又具有交流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 運(yùn)行可靠、運(yùn)行可靠、 維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。轉(zhuǎn)速不再受機(jī)械換向的限制，轉(zhuǎn)速不再受機(jī)械換向的限制， 若采用高速軸承，若采用高速軸承， 還可以在高還可以在高達(dá)每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速中運(yùn)行。達(dá)每分鐘幾十萬(wàn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速中運(yùn)行。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)用途非常廣泛：可作為一般直流電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)用途非常廣泛：可作為一般直流電動(dòng)機(jī)、 伺服伺服電動(dòng)機(jī)和力矩電動(dòng)機(jī)等使用，電動(dòng)機(jī)和力矩電動(dòng)機(jī)等使用， 尤其適用于高級(jí)電子設(shè)備、尤其適用于高級(jí)電子設(shè)備、 機(jī)機(jī)

3、器人、器人、 航空航天技術(shù)、航空航天技術(shù)、 數(shù)控裝置、數(shù)控裝置、 醫(yī)療化工等高新技術(shù)領(lǐng)域。醫(yī)療化工等高新技術(shù)領(lǐng)域。第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 圖 10 - 1 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的原理框圖 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是由電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是由電動(dòng)機(jī)、 轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開(kāi)關(guān)線轉(zhuǎn)子位置傳感器和電子開(kāi)關(guān)線路三部分組成，路三部分組成， 原理框圖如圖原理框圖如圖10 - 1所示。所示。直流電源通過(guò)開(kāi)關(guān)線路向電動(dòng)機(jī)定子繞組供電，直流電源通過(guò)開(kāi)關(guān)線路向電動(dòng)機(jī)定子繞組供電， 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位置由位置傳感器檢測(cè)并提供信號(hào)去觸發(fā)開(kāi)關(guān)線路中的功率位置由位置傳感器檢測(cè)并提供信號(hào)去觸發(fā)開(kāi)關(guān)線路中的功率

4、開(kāi)關(guān)元件使之導(dǎo)通或截止，開(kāi)關(guān)元件使之導(dǎo)通或截止， 從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 10.2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 圖 10 - 2 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 圖中電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與永磁式同步電動(dòng)機(jī)相似，轉(zhuǎn)子是由永磁材料圖中電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與永磁式同步電動(dòng)機(jī)相似，轉(zhuǎn)子是由永磁材料制成一定極對(duì)數(shù)的永磁體，制成一定極對(duì)數(shù)的永磁體， 主要有兩種結(jié)構(gòu)型式，主要有兩種結(jié)構(gòu)型式， 如圖如圖10 - 3(a)和和(b)所示。所示。 第一種結(jié)構(gòu)是轉(zhuǎn)子鐵心外表面粘貼瓦片形磁鋼，第一種結(jié)構(gòu)是

5、轉(zhuǎn)子鐵心外表面粘貼瓦片形磁鋼， 稱為凸極式；稱為凸極式； 第二種結(jié)構(gòu)是磁鋼插入轉(zhuǎn)子鐵心的溝槽中，第二種結(jié)構(gòu)是磁鋼插入轉(zhuǎn)子鐵心的溝槽中， 稱為內(nèi)嵌式或隱極稱為內(nèi)嵌式或隱極式。式。 圖 10 - 3 永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)型式 初期永磁材料：初期永磁材料：鐵氧體或鋁鎳鈷鐵氧體或鋁鎳鈷如今：如今：高性能釤鈷或釹鐵硼。高性能釤鈷或釹鐵硼。第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 定子是電動(dòng)機(jī)的電樞。定子是電動(dòng)機(jī)的電樞。 定子鐵心中安放著對(duì)稱的多相繞組，定子鐵心中安放著對(duì)稱的多相繞組， 可接成星形或封閉形可接成星形或封閉形(角形角形)， 各相繞組分別與電子開(kāi)關(guān)線路中各相繞組分別與電子開(kāi)關(guān)線路中的相應(yīng)晶體管相

6、連接。的相應(yīng)晶體管相連接。 電子開(kāi)關(guān)線路有橋式和非橋式兩種。電子開(kāi)關(guān)線路有橋式和非橋式兩種。 圖圖10 - 4表示常用的幾種電樞繞組連接方式。表示常用的幾種電樞繞組連接方式。 圖 10 - 4 電樞繞組連接方式 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 圖 10 - 5 電磁式位置傳感器 (a) 結(jié)構(gòu)原理圖； (b) 剖面圖 位置傳感器作用：檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)于定子繞組的位置。位置傳感器作用：檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)于定子繞組的位置。結(jié)構(gòu)形式：電磁式、光電式和霍爾元件結(jié)構(gòu)形式：電磁式、光電式和霍爾元件 10.2.1 電磁式電磁式 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 電磁式傳感器的結(jié)構(gòu)如

7、圖電磁式傳感器的結(jié)構(gòu)如圖10 - 5所示由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。所示由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。 定子磁心及轉(zhuǎn)子上的扇形部分均由高頻導(dǎo)磁材料定子磁心及轉(zhuǎn)子上的扇形部分均由高頻導(dǎo)磁材料(如軟磁鐵氧如軟磁鐵氧體體)制成，制成， 導(dǎo)磁扇形片數(shù)等于電機(jī)極對(duì)數(shù)，導(dǎo)磁扇形片數(shù)等于電機(jī)極對(duì)數(shù)， 放置在不導(dǎo)磁的放置在不導(dǎo)磁的鋁合金圓盤上制成了轉(zhuǎn)子。鋁合金圓盤上制成了轉(zhuǎn)子。 傳感器定子由磁心和線圈組成，傳感器定子由磁心和線圈組成， 磁心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是中間為圓柱體，磁心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是中間為圓柱體， 安放勵(lì)磁繞組，安放勵(lì)磁繞組， 外施高頻外施高頻電源勵(lì)磁。電源勵(lì)磁。 圓周上沿軸向有凸出的極，圓周上沿軸向有凸出的極， 極上套

8、著信號(hào)線圈產(chǎn)極上套著信號(hào)線圈產(chǎn)生信號(hào)電壓。生信號(hào)電壓。 可以看出，可以看出， 這實(shí)際上是一個(gè)有共同勵(lì)磁線圈的這實(shí)際上是一個(gè)有共同勵(lì)磁線圈的幾個(gè)開(kāi)口變壓器，幾個(gè)開(kāi)口變壓器， 扇形導(dǎo)磁片的作用是使開(kāi)口變壓器鐵心接扇形導(dǎo)磁片的作用是使開(kāi)口變壓器鐵心接近閉合，近閉合， 減少磁阻，減少磁阻， 使信號(hào)線圈感應(yīng)出較大的電勢(shì)。使信號(hào)線圈感應(yīng)出較大的電勢(shì)。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓較大，一般不需放大器可直接控制晶體管導(dǎo)通。輸出電壓較大，一般不需放大器可直接控制晶體管導(dǎo)通。缺點(diǎn)：輸出電壓是交流，必須先作整流缺點(diǎn)：輸出電壓是交流，必須先作整流第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 圖 10 - 6 光電式位置傳

9、感器 10.2.2 光電式光電式 光電式傳感器是由固定在定子上的幾個(gè)光電耦合開(kāi)關(guān)和光電式傳感器是由固定在定子上的幾個(gè)光電耦合開(kāi)關(guān)和固定在轉(zhuǎn)子軸上的遮光盤所組成，固定在轉(zhuǎn)子軸上的遮光盤所組成， 如圖如圖10 - 6所示。所示。第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 遮光盤上按要求開(kāi)出光槽遮光盤上按要求開(kāi)出光槽(孔孔)， 幾個(gè)光電耦合開(kāi)關(guān)沿著圓周均布，幾個(gè)光電耦合開(kāi)關(guān)沿著圓周均布， 每只光電耦合開(kāi)關(guān)是由相互對(duì)著的紅外發(fā)光二極管每只光電耦合開(kāi)關(guān)是由相互對(duì)著的紅外發(fā)光二極管(或激光器或激光器)和和光電管光電管(光電二極管，光電二極管， 三極管或光電池三極管或光電池)所組成。所組成。 紅外發(fā)光二

10、極紅外發(fā)光二極管管(或激光器或激光器)通上電后，通上電后， 發(fā)出紅外光發(fā)出紅外光(或激光或激光)； 當(dāng)遮光盤隨著轉(zhuǎn)當(dāng)遮光盤隨著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 光線依次通過(guò)光槽光線依次通過(guò)光槽(孔孔)， 使對(duì)著的光電管導(dǎo)通，使對(duì)著的光電管導(dǎo)通， 相相應(yīng)地產(chǎn)生反應(yīng)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子位置的電信號(hào)，應(yīng)地產(chǎn)生反應(yīng)轉(zhuǎn)子相對(duì)定子位置的電信號(hào)， 經(jīng)放大后去控制功經(jīng)放大后去控制功率晶體管，率晶體管， 使相應(yīng)的定子繞組切換電流。使相應(yīng)的定子繞組切換電流。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：產(chǎn)生的電信號(hào)一般都較弱，產(chǎn)生的電信號(hào)一般都較弱， 需要經(jīng)過(guò)放大才能去控制功率晶體需要經(jīng)過(guò)放大才能去控制功率晶體管。管。優(yōu)點(diǎn)：輸出的是直流電信號(hào)，優(yōu)點(diǎn)：輸出的是直流

11、電信號(hào)， 不必再進(jìn)行整流。不必再進(jìn)行整流。第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 圖 10 - 7 霍爾無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理圖 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 圖 10 - 7 霍爾無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理圖 10.2.3 霍爾元件霍爾元件 采用霍爾元件作為位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)通常稱為采用霍爾元件作為位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)通常稱為“霍爾無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)”。 圖圖10 - 7表示四相霍爾無(wú)刷直流電表示四相霍爾無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)原理圖。動(dòng)機(jī)原理圖。第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 圖中兩個(gè)霍爾元件圖中兩個(gè)霍爾元件H1和和H2以間隔以間隔90電角度

12、粘于電機(jī)定子電角度粘于電機(jī)定子繞組繞組A和和B的軸線上，的軸線上， 并通上控制電流，并通上控制電流， 電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼兼電機(jī)轉(zhuǎn)子磁鋼兼作位置傳感器的轉(zhuǎn)子。作位置傳感器的轉(zhuǎn)子。 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁鋼當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)磁鋼N極和極和S極輪極輪流通過(guò)霍爾元件流通過(guò)霍爾元件H1和和H2， 因而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子位置的兩個(gè)正因而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子位置的兩個(gè)正的和兩個(gè)負(fù)的霍爾電勢(shì)，的和兩個(gè)負(fù)的霍爾電勢(shì)， 經(jīng)放大后去控制功率晶體管導(dǎo)通，經(jīng)放大后去控制功率晶體管導(dǎo)通， 使四個(gè)定子繞組輪流切換電流。使四個(gè)定子繞組輪流切換電流。 霍爾無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，霍爾無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 體積小，體積小， 但安置和定位不但安置和定位

13、不便，便， 元件片薄易碎，元件片薄易碎， 對(duì)環(huán)境及工作溫度有一定要求，對(duì)環(huán)境及工作溫度有一定要求， 耐震耐震差。差。 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 10.3 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理 10.3.1 三相非橋式星形接法 圖10 - 8表示一臺(tái)采用非橋式晶體管開(kāi)關(guān)電路驅(qū)動(dòng)兩極星形三相繞組， 并帶有電磁式位置傳感器的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)。 圖 10 - 8 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)工作原理 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子位置傳感器的勵(lì)磁線圈由高頻振蕩器供電，轉(zhuǎn)子位置傳感器的勵(lì)磁線圈由高頻振蕩器供電， 通過(guò)導(dǎo)通過(guò)導(dǎo)磁片的作用使信號(hào)線圈獲得較大的感應(yīng)電壓，磁片

14、的作用使信號(hào)線圈獲得較大的感應(yīng)電壓， 并經(jīng)整流、并經(jīng)整流、 放大加到開(kāi)關(guān)電路功率管的基極上使該管導(dǎo)通，放大加到開(kāi)關(guān)電路功率管的基極上使該管導(dǎo)通， 因而與因而與該管串聯(lián)的定子繞組也就與外電源接通。該管串聯(lián)的定子繞組也就與外電源接通。 由于導(dǎo)磁片與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)，由于導(dǎo)磁片與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸旋轉(zhuǎn)， 所以信號(hào)線圈所以信號(hào)線圈Wa、 Wb、 Wc依次得電，依次得電， 3 個(gè)功率管依次導(dǎo)通，個(gè)功率管依次導(dǎo)通， 使定子三相使定子三相繞組輪流通電。繞組輪流通電。 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子處于圖當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子處于圖10 - 8瞬時(shí)，瞬時(shí)， 位置傳感器位置傳感器PS的扇形導(dǎo)磁的扇

15、形導(dǎo)磁片位于圖示位置處，片位于圖示位置處， 它的信號(hào)線圈它的信號(hào)線圈Wa開(kāi)始與勵(lì)磁線圈相開(kāi)始與勵(lì)磁線圈相耦合，耦合， 便有信號(hào)電壓輸出，便有信號(hào)電壓輸出， 其余兩個(gè)信號(hào)線圈其余兩個(gè)信號(hào)線圈Wb、 Wc的信號(hào)電壓為的信號(hào)電壓為0。 線圈線圈Wa供出的信號(hào)電壓使晶體管供出的信號(hào)電壓使晶體管V1開(kāi)開(kāi)始導(dǎo)通，始導(dǎo)通， 而晶體管而晶體管V2、 V3截止。截止。 這樣，這樣， 電樞繞組電樞繞組AX有電流通過(guò)，有電流通過(guò)， 電樞磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)Ba的方向如圖中所示。的方向如圖中所示。 電樞磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)與永磁轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用就產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，與永磁轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用就產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩， 使轉(zhuǎn)子按順時(shí)針使轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。方向

16、旋轉(zhuǎn)。 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)2/3電角度時(shí)，電角度時(shí)， 位置傳感器的扇形片也位置傳感器的扇形片也轉(zhuǎn)過(guò)同樣角度，轉(zhuǎn)過(guò)同樣角度， 從而使信號(hào)線圈從而使信號(hào)線圈Wb開(kāi)始有信號(hào)電壓輸出，開(kāi)始有信號(hào)電壓輸出， Wa、 Wc的信號(hào)電壓為的信號(hào)電壓為0。 Wb輸出的信號(hào)電壓便使晶體管輸出的信號(hào)電壓便使晶體管V2開(kāi)始導(dǎo)開(kāi)始導(dǎo)通，通， 晶體管晶體管V1、 V3截止。截止。 這樣，這樣， 電樞繞組電樞繞組BY有電流通過(guò)，有電流通過(guò)， 電樞磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)Ba的方向如圖的方向如圖10 - 9(a)所示。所示。 電樞磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)Ba與永磁轉(zhuǎn)子與永磁轉(zhuǎn)子磁

17、場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，磁場(chǎng)相互作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩， 使轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。使轉(zhuǎn)子繼續(xù)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。圖 10 - 9 電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間的相對(duì)位置 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 圖 10 - 9 電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間的相對(duì)位置 當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過(guò)4/3電角度后，電角度后， 位置傳感器使晶體管位置傳感器使晶體管V3開(kāi)始導(dǎo)通，開(kāi)始導(dǎo)通， V1、 V2截止，截止， 相應(yīng)電樞繞組相應(yīng)電樞繞組CZ有電流通有電流通過(guò)。過(guò)。 電樞磁場(chǎng)電樞磁場(chǎng)Ba的方向如圖的方向如圖10 - 9(b)所示，它與轉(zhuǎn)子磁所示，它與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用仍使轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。場(chǎng)相互作用仍使轉(zhuǎn)

18、子按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 若轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)若轉(zhuǎn)子繼續(xù)轉(zhuǎn)過(guò)2/3電角度，電角度， 回到原來(lái)的起始位置回到原來(lái)的起始位置(如圖如圖10 - 9(c)， 通過(guò)位置傳感器將重復(fù)上述的換流情況，通過(guò)位置傳感器將重復(fù)上述的換流情況， 如此循如此循環(huán)下去，環(huán)下去， 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在電樞磁場(chǎng)與永磁轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)在電樞磁場(chǎng)與永磁轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用下，互作用下， 能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并使電機(jī)轉(zhuǎn)子按一定的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)。能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩并使電機(jī)轉(zhuǎn)子按一定的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)。 圖 10 - 9 電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)間的相對(duì)位置 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 在三相星形非橋式的無(wú)刷

19、直流電動(dòng)機(jī)中，在三相星形非橋式的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中， 當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)2電角度電角度時(shí)，時(shí)， 定子電樞繞組共有定子電樞繞組共有 3 個(gè)通電狀態(tài)；每一狀態(tài)僅有一相導(dǎo)通，個(gè)通電狀態(tài)；每一狀態(tài)僅有一相導(dǎo)通， 定子電流所產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)在空間跳躍著轉(zhuǎn)動(dòng)，定子電流所產(chǎn)生的電樞磁場(chǎng)在空間跳躍著轉(zhuǎn)動(dòng)， 相應(yīng)地在空間相應(yīng)地在空間也有也有 3 個(gè)不同的位置，個(gè)不同的位置， 稱為三個(gè)磁狀態(tài)；稱為三個(gè)磁狀態(tài)； 每一狀態(tài)持續(xù)每一狀態(tài)持續(xù)2/3電電角度，角度， 這種通電方式稱為一相導(dǎo)通星形三相三狀態(tài)。這種通電方式稱為一相導(dǎo)通星形三相三狀態(tài)。 每一晶體管導(dǎo)通時(shí)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的空間電角度稱為導(dǎo)通角每一晶體管導(dǎo)通時(shí)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的空

20、間電角度稱為導(dǎo)通角c。轉(zhuǎn)子位置傳感器的導(dǎo)磁扇形片張角轉(zhuǎn)子位置傳感器的導(dǎo)磁扇形片張角p至少應(yīng)該等于導(dǎo)通角至少應(yīng)該等于導(dǎo)通角c。為了保證前后兩個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)之間不出現(xiàn)間斷，為了保證前后兩個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)之間不出現(xiàn)間斷， 就需要有個(gè)短暫就需要有個(gè)短暫的重疊時(shí)間，的重疊時(shí)間， 必須使必須使p略大于略大于c。第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 電樞磁場(chǎng)在空間保持某一狀態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的空間電角度， 即定子上前后出現(xiàn)的兩個(gè)不同磁場(chǎng)軸線間所夾的電角度稱為磁狀態(tài)角， 或稱狀態(tài)角， 用m來(lái)表示。 三相星形非橋式無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)各相繞組與各晶體管導(dǎo)通順三相星形非橋式無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)各相繞組與各晶體管導(dǎo)通順序的關(guān)系如表

21、序的關(guān)系如表10 - 1所示。所示。 可以看出，可以看出， 由于一個(gè)磁狀態(tài)對(duì)應(yīng)一由于一個(gè)磁狀態(tài)對(duì)應(yīng)一相導(dǎo)通，相導(dǎo)通， 所以角所以角c和和m都等于都等于2/3。 當(dāng)電機(jī)是當(dāng)電機(jī)是p對(duì)極時(shí)，對(duì)極時(shí)， 位位置傳感器轉(zhuǎn)子沿圓周應(yīng)有置傳感器轉(zhuǎn)子沿圓周應(yīng)有p個(gè)均布的導(dǎo)磁扇形片，個(gè)均布的導(dǎo)磁扇形片， 每個(gè)扇形片每個(gè)扇形片張角張角p2/(3p)。 表 10 - 1 星形三相三狀態(tài)導(dǎo)通順序表 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 10.3.2 三相星形橋式接法 定子繞組為三相，功率晶體管接成橋式開(kāi)關(guān)電路如圖10 - 10所示， 相應(yīng)的位置傳感器原理圖如圖10 - 11所示。 圖 10 - 10 三相星

22、形橋式開(kāi)關(guān)電路 圖 10 - 11 三相橋式電路的位置傳感器 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 表 10 - 2 兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)導(dǎo)通順序表 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 電機(jī)應(yīng)有電機(jī)應(yīng)有 6 個(gè)通電狀態(tài)，個(gè)通電狀態(tài)， 每一狀態(tài)都是兩相同時(shí)導(dǎo)通，每一狀態(tài)都是兩相同時(shí)導(dǎo)通， 每個(gè)每個(gè)晶體管導(dǎo)通角仍為晶體管導(dǎo)通角仍為c=2/3， 位置傳感器扇形片張角位置傳感器扇形片張角p2/(3p)。 電樞合成磁場(chǎng)是由通電的兩相磁場(chǎng)所合成。電樞合成磁場(chǎng)是由通電的兩相磁場(chǎng)所合成。 若每相磁密在空若每相磁密在空間是正弦分布，間是正弦分布， 用向量合成法可得合成磁密用向量合成法可得

23、合成磁密Ba的幅值等于每的幅值等于每相磁密幅值的相磁密幅值的 倍，倍， 它在空間也相應(yīng)有它在空間也相應(yīng)有 6 個(gè)不同位置，個(gè)不同位置， 磁磁狀態(tài)角狀態(tài)角m=/3。 三相星形橋式電路的通電方式稱為兩相導(dǎo)通三相星形橋式電路的通電方式稱為兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)。星形三相六狀態(tài)。 3第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 10.3.3 三相封閉形橋式接法三相封閉形橋式接法 圖圖10 - 12表示三相封閉形表示三相封閉形(三角形三角形)橋式接法的原理線路圖。橋式接法的原理線路圖。 三三相電樞繞組與各晶體管導(dǎo)通順序的關(guān)系如表相電樞繞組與各晶體管導(dǎo)通順序的關(guān)系如表10 - 3所示，所示， 與星與星形

24、接法的區(qū)別在于任何磁狀態(tài)中電樞繞組全部通電，形接法的區(qū)別在于任何磁狀態(tài)中電樞繞組全部通電， 總是某總是某兩相繞組串聯(lián)后再與另一相繞組并聯(lián)。兩相繞組串聯(lián)后再與另一相繞組并聯(lián)。 在各狀態(tài)中僅是各相在各狀態(tài)中僅是各相通電順序與電流流過(guò)的方向不同。通電順序與電流流過(guò)的方向不同。 圖 10 - 12 三相封閉形橋式開(kāi)關(guān)電路 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 表 10 3 封閉形三角六狀態(tài)導(dǎo)通順序表第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 電樞合成磁場(chǎng)是由通電的三相磁場(chǎng)所合成。電樞合成磁場(chǎng)是由通電的三相磁場(chǎng)所合成。 圖圖10 - 13表示表示B相繞組與相繞組與C相繞組串聯(lián)再與相繞組串聯(lián)

25、再與A相繞組并聯(lián)，相繞組并聯(lián)， 電流由電流由B相流向相流向C相相(符號(hào)為符號(hào)為ABC)時(shí)的磁密向量圖。時(shí)的磁密向量圖。 定子合成磁密定子合成磁密Ba的幅值的幅值等于每相磁密幅值的等于每相磁密幅值的1.5倍。倍。 三相封閉形橋式接法也有三相封閉形橋式接法也有 6 個(gè)通個(gè)通電狀態(tài)，磁狀態(tài)角電狀態(tài)，磁狀態(tài)角m=/3， 導(dǎo)通角導(dǎo)通角c=2/3， 位置傳感器導(dǎo)位置傳感器導(dǎo)磁扇形片張角磁扇形片張角p2/(3p)。 三相封閉形橋式電路的通電方式三相封閉形橋式電路的通電方式也稱為封閉形三相六狀態(tài)。也稱為封閉形三相六狀態(tài)。 圖 10 - 13 對(duì)應(yīng)ABC時(shí)電樞磁密向量圖 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流

26、電動(dòng)機(jī) 當(dāng)定子繞組的相數(shù)不同，當(dāng)定子繞組的相數(shù)不同， 晶體管開(kāi)關(guān)電路也不同時(shí)，晶體管開(kāi)關(guān)電路也不同時(shí)， 其其定子繞組與各晶體管導(dǎo)通的關(guān)系也就不一樣，定子繞組與各晶體管導(dǎo)通的關(guān)系也就不一樣， 并使定子并使定子各相繞組的導(dǎo)通情況相應(yīng)改變，各相繞組的導(dǎo)通情況相應(yīng)改變， 電樞磁勢(shì)的磁狀態(tài)角亦電樞磁勢(shì)的磁狀態(tài)角亦不同。不同。 表表10 - 4列出了與幾種常用的定子繞組連接方式相列出了與幾種常用的定子繞組連接方式相對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的c、 m、 p值，值， 以及空載轉(zhuǎn)速、以及空載轉(zhuǎn)速、 平均電磁轉(zhuǎn)矩、平均電磁轉(zhuǎn)矩、 平均電流的計(jì)算公式。平均電流的計(jì)算公式。 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 表 10

27、 - 4 主要特性的計(jì)算公式 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性機(jī)械特性及調(diào)節(jié)特性 反映無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性的反映無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)特性的 4 個(gè)基本公式是個(gè)基本公式是 電壓平衡方程式電壓平衡方程式 Ua=Ea+IaRa+UT 感應(yīng)電勢(shì)公式感應(yīng)電勢(shì)公式 Ea=Ken 轉(zhuǎn)矩平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式 T=T0+T2 電磁轉(zhuǎn)矩公式電磁轉(zhuǎn)矩公式 T=KTIa 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)基本公式與一般直流電動(dòng)機(jī)基本公式在形式無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)基本公式與一般直流電動(dòng)機(jī)基本公式在形式上完全一樣，上完全一樣， 差別只是式中各物理量和系數(shù)的計(jì)算式

28、不同。差別只是式中各物理量和系數(shù)的計(jì)算式不同。 電源電壓電源電壓Ua變成了變成了Ua-UT， 因此無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特因此無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性形狀應(yīng)與一般直流電動(dòng)機(jī)相同。性和調(diào)節(jié)特性形狀應(yīng)與一般直流電動(dòng)機(jī)相同。 (10 - 1) 10.4 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 圖 10 - 14 機(jī)械特性曲線 圖 10 - 15 調(diào)節(jié)特性曲線 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 圖圖10 - 14所示的機(jī)械特性曲線產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象是由于當(dāng)轉(zhuǎn)所示的機(jī)械特性曲線產(chǎn)生彎曲現(xiàn)象是由于當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大，矩較大， 轉(zhuǎn)速較低時(shí)流過(guò)

29、晶體管和電樞繞組的電流很大，轉(zhuǎn)速較低時(shí)流過(guò)晶體管和電樞繞組的電流很大， 這時(shí)，這時(shí)， 晶體管管壓降晶體管管壓降UT隨著電流增大而增加較快，隨著電流增大而增加較快， 使使加在電樞繞組上的電壓不恒定而有所減小，加在電樞繞組上的電壓不恒定而有所減小， 因而特性曲因而特性曲線偏離直線變化，線偏離直線變化， 向下彎曲。向下彎曲。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與一般直流電動(dòng)機(jī)一樣具有良好的伺服控?zé)o刷直流電動(dòng)機(jī)與一般直流電動(dòng)機(jī)一樣具有良好的伺服控制性能，制性能， 可以通過(guò)改變電源電壓實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速?？梢酝ㄟ^(guò)改變電源電壓實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 10.5 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)無(wú)刷直流電

30、動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng) 電樞反應(yīng)：電機(jī)負(fù)載時(shí)電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響。電樞反應(yīng)：電機(jī)負(fù)載時(shí)電樞磁場(chǎng)對(duì)主磁場(chǎng)的影響。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)與電樞繞組連接和通電方式有關(guān)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng)與電樞繞組連接和通電方式有關(guān)。 以三相非橋式晶體管開(kāi)關(guān)電路供電的兩極三相無(wú)刷電動(dòng)機(jī)為以三相非橋式晶體管開(kāi)關(guān)電路供電的兩極三相無(wú)刷電動(dòng)機(jī)為例來(lái)分析其電樞反應(yīng)的特點(diǎn)。例來(lái)分析其電樞反應(yīng)的特點(diǎn)。 圖 10 - 16無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞反應(yīng) 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 圖圖10 - 16為定子為定子A相繞組的通電狀態(tài)，相繞組的通電狀態(tài)， 電樞磁勢(shì)電樞磁勢(shì)Fa的空間的空間位置為位置為A相繞組的軸線方向，

31、相繞組的軸線方向， 并保持不變。并保持不變。 磁狀態(tài)角磁狀態(tài)角m=2/3。 圖中圖中1和和2為磁狀態(tài)角所對(duì)應(yīng)的邊界。為磁狀態(tài)角所對(duì)應(yīng)的邊界。 電樞磁勢(shì)電樞磁勢(shì)Fa可分成直軸分量可分成直軸分量Fad 和交軸分量和交軸分量Faq ， 當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極軸線處于當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極軸線處于位置位置1時(shí)，時(shí)， 直軸分量磁勢(shì)直軸分量磁勢(shì)Fad 對(duì)轉(zhuǎn)子有最強(qiáng)的去磁作用；對(duì)轉(zhuǎn)子有最強(qiáng)的去磁作用； 而而當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極軸線處于位置當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極軸線處于位置2時(shí)，時(shí)， 磁勢(shì)磁勢(shì)Fad 對(duì)轉(zhuǎn)子又有最強(qiáng)的增對(duì)轉(zhuǎn)子又有最強(qiáng)的增磁作用。磁作用。 因而，因而， 電樞磁勢(shì)的直軸分量開(kāi)始是去磁的，電樞磁勢(shì)的直軸分量開(kāi)始是去磁的， 然后是然后是增磁的，增

32、磁的， 數(shù)值上等于電樞磁勢(shì)數(shù)值上等于電樞磁勢(shì)Fa在轉(zhuǎn)子磁極軸線上的投影，在轉(zhuǎn)子磁極軸線上的投影， 其最大值為其最大值為在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中，在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中， 由于磁狀態(tài)角由于磁狀態(tài)角m比較大，比較大， 電樞磁勢(shì)的電樞磁勢(shì)的直軸分量就可能達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值，直軸分量就可能達(dá)到相當(dāng)大的數(shù)值， 為了避免使永磁轉(zhuǎn)子失磁，為了避免使永磁轉(zhuǎn)子失磁， 在設(shè)計(jì)中必須予以注意。在設(shè)計(jì)中必須予以注意。2sinmaadmFF(10 - 2) 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極軸線位于當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極軸線位于m/2位置處，位置處， 電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)電樞磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)正交，子磁場(chǎng)正交， 電樞磁勢(shì)電樞磁勢(shì)F

33、a為交軸磁勢(shì)，為交軸磁勢(shì)， 在無(wú)刷直流電在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中，動(dòng)機(jī)中， 由于轉(zhuǎn)子磁鋼的磁阻很大，由于轉(zhuǎn)子磁鋼的磁阻很大， 因此由電樞磁勢(shì)因此由電樞磁勢(shì)交軸分量交軸分量Faq 所引起的氣隙磁場(chǎng)波形的畸變就顯得較所引起的氣隙磁場(chǎng)波形的畸變就顯得較小，小， 一般可以不計(jì)。一般可以不計(jì)。 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 10.6 改變無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法改變無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的方法 圖 10 17 正反轉(zhuǎn)時(shí)定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)位置 10.6.1 改接位置傳感器的輸出電壓信號(hào)改接位置傳感器的輸出電壓信號(hào) 基于改變勵(lì)磁磁場(chǎng)極性實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)轉(zhuǎn)向的原理?；诟淖儎?lì)磁磁場(chǎng)極性實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)轉(zhuǎn)向的原理。 圖圖10 - 17(a)和和(b)分別表示電樞繞組分別表示電樞繞組A相導(dǎo)通時(shí)電機(jī)正、相導(dǎo)通時(shí)電機(jī)正、 反轉(zhuǎn)時(shí)的定反轉(zhuǎn)時(shí)的定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)位置。轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相對(duì)位置。 正反轉(zhuǎn)時(shí)電樞電流方向不變，正反轉(zhuǎn)時(shí)電樞電流方向不變， 因而電樞因而電樞磁場(chǎng)磁場(chǎng)BA的方向不變。的方向不變。 第第1010章章 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 正轉(zhuǎn)時(shí)在A相繞組導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)， 轉(zhuǎn)子磁極軸線在角/6與5/6(1與2)范圍內(nèi)， 平均值為/2， 上半圓轉(zhuǎn)子極性為N， 下半圓為S， 定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩是