同步电机之关于永磁无刷直流电动机

永磁直流电动机具有良好的机械特性和调节特性，调速范围宽、堵转转矩大，这一系列的优点使得它被广泛应用于传动系统和伺服驱动系统中。但是由于永磁直流电动机中有电刷和换向器的存在，在进行换向时有电磁、机械、电化学等不同因素交错在一起，而产生火花、噪声、速度限制、无线电干扰等一系列问题，由于这些问题的存在也是永磁直流电动机发展的致命缺点。为了解决这些弊病，早在20世纪30年代人们就提出用电子管电路代替机械滑动接触无换向器电动机。但是由于当时电子器件的技术水平和制造成本的限制，这项技术并没有得到发展。

随着电子技术的发展，特别是大功率、快速开关速度的IGBT模块的出现，为研究与开发电子换向器永磁电动机创造了极有利的条件，所以近年来永磁无刷直流电动机（Permanent Magnet Brushless DC Motor）取得了快速的发展。

8 . 1永磁无刷直流电动机的原理结构与应用

8 . 1 . 1工作原理

以电子换向代替机械换向的无刷永磁直流电动机系统的基本结构包括永磁无刷电动机本体、驱动器和转子位置传感器三部分，其框图如图8一1 。其工作原理可以用图8一2和图8一3来说明，在图8一2中，M为永磁电动机本体，PS为与电动机转子同轴连接的转子位置传感器，控制电路把转子位置传感器检测到的信号进行逻辑变换后产生脉宽调制的PWM信号，经过驱动电路放大后送到逆变器各功率开关管，从而使各相绕组按一定顺序工作，并在气隙中产生跳跃式旋转磁场，则转子磁场受到气隙中旋转磁场的作用就将沿固定方向连续转动。下面以二相导通星形三相六状态永磁无刷直流电动机系统为例来说明其工作原理。

    当转子永磁体位于图8一3a所示位置时，转子位置传感器输出磁极位置信号，经过控制电路逻辑变换后驱动逆变器，使功率开关管v，、 v 。导通，即绕组A 、B通电A进B出，电枢绕组在空间合成磁动势F 。如图8一3a所示，此时定转子磁场相互作用拖动转子顺时针方向转动，电流流通路径为，电源正极斗V，管、 A相绕组、 B相绕组＊V6管。电源负极。当转子转过600电角度，到达图8一3b位置时，位置传感器输出信号，经逻辑变换后开关管V 。截止，vZ导通，此时V，管仍导通，则绕组A 、 C通电，A进C出，电枢绕组在空间合成磁动势F 。如图8一3b所示，此时，定转子磁场相互作用拖动转子继续沿顺时针方向转动。电流流通路径为，电源正极、 v，管一A相绕组一C相绕组一VZ管＊电源负极，以下类推… … 。从以上可看出，当转子沿顺时针每转过600电角度，功率开关管的导通逻辑为V，、 VZ一VZ 、 V3 —V3 、 V4 —V 。 、 VS * V，、 V6 * V6 、 V . * V，、 VZ … …转子磁场始终受到定子合成磁场的作用并沿顺时针方向连续转动。在图8一3a到b的60 ”电角度范围内，转子磁场顺时针连续转动，而定子合成磁场在空间保持图8一3a中F 。位置不动，只有当转子磁场转过60 ”电角度到达图8一3b中Fr位置时，定子合成磁场才从图8一3a中F．位置顺时针跃变成图8一3b中F 。位置。可见，定子合成磁场在空间不是连续旋转磁场，而是一种跳跃式旋转磁场，每个步进角是60 “电角度。当转子转过60 ”电角度时，逆变器开关之间就进行一次换流，定子磁状态就改变一次，可见对上述情况，电动机有六个磁状态，每一状态都是两相导通，每相绕组中通过电流时间相当于转子旋转120 ”电角度，每个开关管的导通角为120 "，故称逆变器为120 ”导通型，两相导通星形三相六状态无刷直流电动机系统的三相绕组与各开关管导通顺序如图8一4所示。