直流无刷电动机工作原理与控制方法.doc

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1、直流无刷电动机工作原理与控制方法研究结果表明，在半导体薄片上产生的霍尔电动势E可用下式表示：式中RH——霍尔系数（ ）；IH——控制电流（A）；B——磁感应强度（T）；d——薄片厚度（m）；p——材料电阻率（Ω*s）；u——材料迁移率（）；若在上式中各常数用KH表示，则有E=KHIHB　　霍尔元件产生的电动势很低，直接应用很不方便，实际应用时采用霍尔集成电路。霍尔元件输出电压的极性随磁场方向的变化而变化，直流无刷电动机的位置传感器选用开关型霍尔集成电路。　　磁阻效应是指元件的电阻值随磁感应强度而变化，根据磁阻效应制成的传感器叫磁阻电阻。 三相直流无刷电动机的运行

2、特性　　要十分精确地分析直流无刷电动机的运行特性，是很困难的。一般工程应用中均作如下假定：（1）电动机的气隙磁感应强度沿气隙按正弦分布。（2）绕组通电时，该电流所产生的磁通对气隙所产生的影响忽略不计。（3）控制电路在开关状态下工作，功率晶体管压降为恒值。（4）各绕组对称，其对应的电路完全一致，相应的电气时间常数忽略不计。（5）位置传感器等控制电路的功耗忽略不计。　　由于假设转子磁钢所产生的磁感应强度在电动机气隙中是按正弦规律分布的，即B=BMsinθ。这样，如果定子某一相绕组中通一持续的直流电流，所产生的转矩为TM=ZDLBMrIsinθ式中，ZD——每相绕组的

3、有效导体数；L——绕组中导线的有效长度，即磁钢长度；r——电动机中气隙半径；I——绕组相电流。　　就是说某一相通以不变的直流后，它和转子磁场作用所产生的转矩也将随转子位置的不同而按正弦规律变化，如图5所示。图5在恒定电流下的单相转矩　　它对外负载讲，所得的电动机的平均转矩为零。但在直流无刷电动机三相半控电路的工作情况下，每相绕组中通过1/3周期的矩形波电流。该电流和转子磁场作用所产生的转矩也只是正弦转矩曲线上相当于1/3周期的一段，且这一段曲线与绕组开始通电时的转子相对位置有关。显然在图6a所示的瞬间导通晶体管，则可产生最大的平均转矩。因为在这种情况下，绕组通电

4、120度的时间里，载流导体正好处在比较强的气隙磁场中。所以它所产生的转动脉动最小，平均值较大。习惯上把这一点选作晶体管开始导通的基准点，定为。在=0度的情况下，电动机三相绕组轮流通电时所产生的总转矩如图6b所示。图6三相直流无刷电动机半空桥转矩　　如若晶体管的导通时间提前或滞后，则均将导致转矩的脉动值增加，平均值减小。当=30度时，电动机的瞬时转矩过零点，这就是说，当转子转到某几个位置时，电动机产生的转矩为零，电动机起动时会产生死点。当≥30度后，电动机转矩的瞬时值将出现负值，则总输出转矩的平均值更小。因此，在三相半控的情况下，特别是在起动时，不宜大于30度，而

5、在直流无刷电动机正常运行时，总是尽力把角调整到0度，使电动机产生的平均转矩最大。当=0度时，可以求得输出转矩的平均值：　　电动机在电动转矩的作用下转动后，旋转的转子磁场就要切割定子绕组，在各相绕组上感生出电动势，当其转速n不变时，该电动势波形也是正弦波，相位同转矩相位一致。在本电路中，每相绕组在一个周期中只通电，因此仅在这期间对外加电压起作用。所以对外加电压而言，感生电动势波形如图7所示。图7三相直流无刷电动机半控电路的反电动势　　同理可按下式求得感生电动势的平均值：　　从上面的平均转矩和平均反电动势，便可求得直流无刷电动机稳定运行时的电压平衡方程式，为此首先定

6、义反电动势系数和转矩系数：　　对于某个具体的电动机，它们为常数。当然，其大小同主回路的接法以及功率晶体管的换相方式有关。直流无刷电动机工作原理与控制方法直流无刷电动机工作原理与控制方法1序言　　由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。　　一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方

7、法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。　　针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。上世纪70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。三相

8、直流无刷电动机的基本组成