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1、第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 第第10章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 10.1 概述概述10.2 无刷直流电动机的基本结构无刷直流电动机的基本结构 10.3 无刷直流电动机工作原理无刷直流电动机工作原理 10.4 无刷直流电动机的运行特性无刷直流电动机的运行特性 10.5 无刷直流电动机的电枢反应无刷直流电动机的电枢反应 10.6 改变无刷直流电动机转向的方法改变无刷直流电动机转向的方法 思考题与习题思考题与习题 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 10.1 概概 述述 无无刷刷直直流流电电动动机机利利用用电电子子开开关关线线路路和和位位置置传传感感器器来来代
2、代替替电电刷刷和和换换向向器器，使使这这种种电电机机既既具具有有直直流流电电动动机机的的特特性性，又又具具有有交交流流电电动机结构简单、动机结构简单、运行可靠、运行可靠、维护方便等优点。维护方便等优点。转转速速不不再再受受机机械械换换向向的的限限制制，若若采采用用高高速速轴轴承承，还还可可以以在在高高达达每分钟几十万转的转速中运行。每分钟几十万转的转速中运行。无无刷刷直直流流电电动动机机用用途途非非常常广广泛泛：可可作作为为一一般般直直流流电电动动机机、伺伺服服电电动动机机和和力力矩矩电电动动机机等等使使用用，尤尤其其适适用用于于高高级级电电子子设设备备、机机器器人、人、航空航天技术、航空航天
3、技术、数控装置、数控装置、医疗化工等高新技术领域。医疗化工等高新技术领域。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 图 10-1 无刷直流电动机的原理框图 无无刷刷直直流流电电动动机机是是由由电电动动机机、转转子子位位置置传传感感器器和和电电子子开开关关线线路三部分组成，路三部分组成，原理框图如图原理框图如图10-1所示。所示。直直流流电电源源通通过过开开关关线线路路向向电电动动机机定定子子绕绕组组供供电电，电电动动机机转转子子位位置置由由位位置置传传感感器器检检测测并并提提供供信信号号去去触触发发开开关关线线路路中中的的功功率率开关元件使之导通或截止，开关元件使之导通或截止，从而控制电
4、动机的转动。从而控制电动机的转动。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 10.2 无刷直流电动机的基本结构无刷直流电动机的基本结构 图 10-2 无刷直流电动机的基本结构 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 图图中中电电动动机机结结构构与与永永磁磁式式同同步步电电动动机机相相似似，转转子子是是由由永永磁磁材材料料制制成成一一定定极极对对数数的的永永磁磁体体，主主要要有有两两种种结结构构型型式式，如如图图10-3(a)和和(b)所示。所示。第第一一种种结结构构是是转转子子铁铁心心外外表表面面粘粘贴贴瓦瓦片片形形磁磁钢钢，称称为为凸凸极极式式；第第二二种种结结构构是是磁磁钢钢
5、插插入入转转子子铁铁心心的的沟沟槽槽中中，称称为为内内嵌嵌式式或或隐隐极极式式。图 10-3 永磁转子结构型式 初期永磁材料：初期永磁材料：铁氧体或铝镍钴铁氧体或铝镍钴现在：现在：高性能钐钴或钕铁硼。高性能钐钴或钕铁硼。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 定定子子是是电电动动机机的的电电枢枢。定定子子铁铁心心中中安安放放着着对对称称的的多多相相绕绕组组，可可接接成成星星形形或或封封闭闭形形(角角形形)，各各相相绕绕组组分分别别与与电电子子开开关关线线路路中中的的相相应应晶晶体体管管相相连连接接。电电子子开开关关线线路路有有桥桥式式和和非非桥桥式式两两种种。图图10-4表示常用的几种
6、电枢绕组连接方式。表示常用的几种电枢绕组连接方式。图 10-4 电枢绕组连接方式 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 图 10-5 电磁式位置传感器(a)结构原理图；(b)剖面图 位置传感器作用：检测转子磁场相对于定子绕组的位置。位置传感器作用：检测转子磁场相对于定子绕组的位置。结构形式：电磁式、光电式和霍尔元件结构形式：电磁式、光电式和霍尔元件 10.2.1 电磁式电磁式 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 电电磁磁式式传传感感器器的的结结构构如如图图10-5所所示示由由定定子子和和转转子子两两部部分分组组成成。定定子子磁磁心心及及转转子子上上的的扇扇形形部部分分均均
7、由由高高频频导导磁磁材材料料(如如软软磁磁铁铁氧氧体体)制制成成，导导磁磁扇扇形形片片数数等等于于电电机机极极对对数数，放放置置在在不不导导磁磁的的铝铝合合金金圆圆盘盘上上制制成成了了转转子子。传传感感器器定定子子由由磁磁心心和和线线圈圈组组成成，磁磁心心的的结结构构特特点点是是中中间间为为圆圆柱柱体体，安安放放励励磁磁绕绕组组，外外施施高高频频电电源源励励磁磁。圆圆周周上上沿沿轴轴向向有有凸凸出出的的极极，极极上上套套着着信信号号线线圈圈产产生生信信号号电电压压。可可以以看看出出，这这实实际际上上是是一一个个有有共共同同励励磁磁线线圈圈的的几几个个开开口口变变压压器器，扇扇形形导导磁磁片片的
8、的作作用用是是使使开开口口变变压压器器铁铁心心接接近闭合，近闭合，减少磁阻，减少磁阻，使信号线圈感应出较大的电势。使信号线圈感应出较大的电势。优点：优点：输出电压较大，一般不需放大器可直接控制晶体管导通。输出电压较大，一般不需放大器可直接控制晶体管导通。缺点：输出电压是交流，必须先作整流缺点：输出电压是交流，必须先作整流第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 图 10-6 光电式位置传感器 10.2.2 光电式光电式 光电式传感器是由固定在定子上的几个光电耦合开关和光电式传感器是由固定在定子上的几个光电耦合开关和固定在转子轴上的遮光盘所组成，固定在转子轴上的遮光盘所组成，如图如图10-
9、6所示。所示。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 遮光盘上按要求开出光槽遮光盘上按要求开出光槽(孔孔)，几个光电耦合开关沿着圆周均布，几个光电耦合开关沿着圆周均布，每只光电耦合开关是由相互对着的红外发光二极管每只光电耦合开关是由相互对着的红外发光二极管(或激光器或激光器)和和光电管光电管(光电二极管，光电二极管，三极管或光电池三极管或光电池)所组成。所组成。红外发光二极红外发光二极管管(或激光器或激光器)通上电后，通上电后，发出红外光发出红外光(或激光或激光)；当遮光盘随着当遮光盘随着转轴转动时，转轴转动时，光线依次通过光槽光线依次通过光槽(孔孔)，使对着的光电管导通，使对着的光电
10、管导通，相应地产生反应转子相对定子位置的电信号，相应地产生反应转子相对定子位置的电信号，经放大后去控制功经放大后去控制功率晶体管，率晶体管，使相应的定子绕组切换电流。使相应的定子绕组切换电流。缺点：缺点：产生的电信号一般都较弱，产生的电信号一般都较弱，需要经过放大才能去控制功率晶体管。需要经过放大才能去控制功率晶体管。优点：输出的是直流电信号，优点：输出的是直流电信号，不必再进行整流。不必再进行整流。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 图 10-7 霍尔无刷直流电动机原理图 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 图 10-7 霍尔无刷直流电动机原理图 10.2.3 霍尔元
11、件霍尔元件 采采用用霍霍尔尔元元件件作作为为位位置置传传感感器器的的无无刷刷直直流流电电动动机机通通常常称称为为“霍霍尔尔无无刷刷直直流流电电动动机机”。图图10-7表表示示四四相相霍霍尔尔无无刷刷直直流流电电动动机原理图。机原理图。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 图图中中两两个个霍霍尔尔元元件件H1和和H2以以间间隔隔90电电角角度度粘粘于于电电机机定定子子绕绕组组A和和B的的轴轴线线上上，并并通通上上控控制制电电流流，电电机机转转子子磁磁钢钢兼兼作作位位置置传传感感器器的的转转子子。当当电电机机转转子子旋旋转转时时磁磁钢钢N极极和和S极极轮轮流流通通过过霍霍尔尔元元件件H1
12、和和H2，因因而而产产生生对对应应转转子子位位置置的的两两个个正正的的和和两两个个负负的的霍霍尔尔电电势势，经经放放大大后后去去控控制制功功率率晶晶体体管管导导通通，使使四个定子绕组轮流切换电流。四个定子绕组轮流切换电流。霍霍尔尔无无刷刷直直流流电电动动机机结结构构简简单单，体体积积小小，但但安安置置和和定定位位不不便便，元元件件片片薄薄易易碎碎，对对环环境境及及工工作作温温度度有有一一定定要要求求，耐耐震震差。差。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 10.3 无刷直流电动机工作原理无刷直流电动机工作原理 10.3.1 三相非桥式星形接法三相非桥式星形接法 图图10-8表表示示一一
13、台台采采用用非非桥桥式式晶晶体体管管开开关关电电路路驱驱动动两两极极星星形形三三相绕组，相绕组，并带有电磁式位置传感器的无刷直流电动机。并带有电磁式位置传感器的无刷直流电动机。图 10-8 无刷直流电动机工作原理 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 转转子子位位置置传传感感器器的的励励磁磁线线圈圈由由高高频频振振荡荡器器供供电电，通通过过导导磁磁片片的的作作用用使使信信号号线线圈圈获获得得较较大大的的感感应应电电压压，并并经经整整流流、放放大大加加到到开开关关电电路路功功率率管管的的基基极极上上使使该该管管导导通通，因因而而与与该管串联的定子绕组也就与外电源接通。该管串联的定子绕组
14、也就与外电源接通。由由于于导导磁磁片片与与电电动动机机转转子子同同轴轴旋旋转转，所所以以信信号号线线圈圈Wa、Wb、Wc依依次次得得电电，3 个个功功率率管管依依次次导导通通，使使定定子子三三相相绕组轮流通电。绕组轮流通电。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 当电机转子处于图当电机转子处于图10-8瞬时，瞬时，位置传感器位置传感器PS的扇形导磁的扇形导磁片位于图示位置处，片位于图示位置处，它的信号线圈它的信号线圈Wa开始与励磁线圈相开始与励磁线圈相耦合，耦合，便有信号电压输出，便有信号电压输出，其余两个信号线圈其余两个信号线圈Wb、Wc的信号电压为的信号电压为0。线圈线圈Wa供出的
15、信号电压使晶体管供出的信号电压使晶体管V1开开始导通，始导通，而晶体管而晶体管V2、V3截止。截止。这样，这样，电枢绕组电枢绕组AX有有电流通过，电流通过，电枢磁场电枢磁场Ba的方向如图中所示。的方向如图中所示。电枢磁场与电枢磁场与永磁转子磁场相互作用就产生转矩，永磁转子磁场相互作用就产生转矩，使转子按顺时针方使转子按顺时针方向旋转。向旋转。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 当电机转子在空间转过当电机转子在空间转过2/3电角度时，电角度时，位置传感器的扇形片也位置传感器的扇形片也转过同样角度，转过同样角度，从而使信号线圈从而使信号线圈Wb开始有信号电压输出，开始有信号电压输出，W
16、a、Wc的信号电压为的信号电压为0。Wb输出的信号电压便使晶体管输出的信号电压便使晶体管V2开始导通，开始导通，晶体管晶体管V1、V3截止。截止。这样，这样，电枢绕组电枢绕组BY有电流通过，有电流通过，电枢磁电枢磁场场Ba的方向如图的方向如图10-9(a)所示。所示。电枢磁场电枢磁场Ba与永磁转子磁场相与永磁转子磁场相互作用所产生的转矩，互作用所产生的转矩，使转子继续沿顺时针方向使转子继续沿顺时针方向旋转。旋转。图 10-9 电枢磁场与转子磁场间的相对位置 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 图 10-9 电枢磁场与转子磁场间的相对位置 当转子在空间转过当转子在空间转过4/3电角度
17、后，电角度后，位置传感器使晶体管位置传感器使晶体管V3开始导通，开始导通，V1、V2截止，截止，相应电枢绕组相应电枢绕组CZ有电流通有电流通过。过。电枢磁场电枢磁场Ba的方向如图的方向如图10-9(b)所示，它与转子磁所示，它与转子磁场相互作用仍使转子按顺时针方向旋转。场相互作用仍使转子按顺时针方向旋转。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 若转子继续转过若转子继续转过2/3电角度，电角度，回到原来的起始位置回到原来的起始位置(如图如图10-9(c)，通过位置传感器将重复上述的换流情况，通过位置传感器将重复上述的换流情况，如此循如此循环下去，环下去，无刷直流电动机在电枢磁场与永磁转子
18、磁场的相无刷直流电动机在电枢磁场与永磁转子磁场的相互作用下，互作用下，能产生转矩并使电机转子按一定的转向旋转。能产生转矩并使电机转子按一定的转向旋转。图 10-9 电枢磁场与转子磁场间的相对位置 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 在在三三相相星星形形非非桥桥式式的的无无刷刷直直流流电电动动机机中中，当当转转子子转转过过2电电角角度度时时，定定子子电电枢枢绕绕组组共共有有 3 个个通通电电状状态态；每每一一状状态态仅仅有有一一相相导导通通，定定子子电电流流所所产产生生的的电电枢枢磁磁场场在在空空间间跳跳跃跃着着转转动动，相相应应地地在在空空间间也也有有 3 个个不不同同的的位位置置
19、，称称为为三三个个磁磁状状态态；每每一一状状态态持持续续2/3电电角度，角度，这种通电方式称为这种通电方式称为一相导通星形三相三状态一相导通星形三相三状态。每一晶体管导通时转子所转过的空间电角度称为每一晶体管导通时转子所转过的空间电角度称为导通角导通角c。转子位置传感器的导磁扇形片张角转子位置传感器的导磁扇形片张角p至少应该等于导通角至少应该等于导通角c。为为了了保保证证前前后后两两个个导导通通状状态态之之间间不不出出现现间间断断，就就需需要要有有个个短短暂暂的重叠时间，的重叠时间，必须使必须使p略大于略大于c。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 电电枢枢磁磁场场在在空空间间保保持
20、持某某一一状状态态时时转转子子所所转转过过的的空空间间电电角角度度，即即定定子子上上前前后后出出现现的的两两个个不不同同磁磁场场轴轴线线间间所所夹夹的的电电角角度度称称为为磁状态角，磁状态角，或称或称状态角，状态角，用用m来表示。来表示。三相星形非桥式无刷直流电动机各相绕组与各晶体管导通顺三相星形非桥式无刷直流电动机各相绕组与各晶体管导通顺序的关系如表序的关系如表10-1所示。所示。可以看出，可以看出，由于一个磁状态对应一由于一个磁状态对应一相导通，相导通，所以角所以角c和和m都等于都等于2/3。当电机是当电机是p对极时，对极时，位置位置传感器转子沿圆周应有传感器转子沿圆周应有p个均布的导磁扇
21、形片，个均布的导磁扇形片，每个扇形片张每个扇形片张角角p2/(3p)。表 10-1 星形三相三状态导通顺序表 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 10.3.2 三相星形桥式接法三相星形桥式接法 定子绕组为三相，功率晶体管接成桥式开关电路如图定子绕组为三相，功率晶体管接成桥式开关电路如图10-10所所示，示，相应的位置传感器原理图如图相应的位置传感器原理图如图10-11所示。所示。图 10-10 三相星形桥式开关电路 图 10-11 三相桥式电路的位置传感器 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 表 10-2 两相导通星形三相六状态导通顺序表 第第1010章章 无刷直流电动
22、机无刷直流电动机 电机应有电机应有 6 个通电状态，个通电状态，每一状态都是两相同时导通，每一状态都是两相同时导通，每个每个晶体管导通角仍为晶体管导通角仍为c=2/3，位置传感器扇形片张角位置传感器扇形片张角p2/(3p)。电枢合成磁场是由通电的两相磁场所合成。电枢合成磁场是由通电的两相磁场所合成。若每相磁密在空若每相磁密在空间是正弦分布，间是正弦分布，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，它在空间也相应有它在空间也相应有 6 个不同位置，个不同位置，磁磁状态角状态角m=/3。三相星形桥式电路的通电方式称为三相星形桥式电路
23、的通电方式称为两相导通两相导通星形三相六状态。星形三相六状态。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 10.3.3 三相封闭形桥式接法三相封闭形桥式接法 图图10-12表示三相封闭形表示三相封闭形(三角形三角形)桥式接法的原理线路图。桥式接法的原理线路图。三三相电枢绕组与各晶体管导通顺序的关系如表相电枢绕组与各晶体管导通顺序的关系如表10-3所示，所示，与星与星形接法的区别在于任何磁状态中电枢绕组全部通电，形接法的区别在于任何磁状态中电枢绕组全部通电，总是某总是某两相绕组串联后再与另一相绕组并联。两相绕组串联后再与另一相绕组并联。在各状态中仅是各相在各状态中仅是各相通电顺序与电流流过的
24、方向不同。通电顺序与电流流过的方向不同。图 10-12 三相封闭形桥式开关电路 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 表 10 3 封闭形三角六状态导通顺序表第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 电枢合成磁场是由通电的三相磁场所合成。电枢合成磁场是由通电的三相磁场所合成。图图10-13表示表示B相绕组与相绕组与C相绕组串联再与相绕组串联再与A相绕组并联，相绕组并联，电流由电流由B相流向相流向C相相(符号为符号为ABC)时的磁密向量图。时的磁密向量图。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倍。等于每相磁密幅值的倍。三相封闭形桥式接法也有三相封闭形桥式接法也
25、有 6 个通电个通电状态，磁状态角状态，磁状态角m=/3，导通角导通角c=2/3，位置传感器导磁位置传感器导磁扇形片张角扇形片张角p2/(3p)。三相封闭形桥式电路的通电方式也三相封闭形桥式电路的通电方式也称为封闭形三相六状态。称为封闭形三相六状态。图 10-13 对应ABC时电枢磁密向量图 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 当当定定子子绕绕组组的的相相数数不不同同，晶晶体体管管开开关关电电路路也也不不同同时时，其其定定子子绕绕组组与与各各晶晶体体管管导导通通的的关关系系也也就就不不一一样样，并并使使定定子子各各相相绕绕组组的的导导通通情情况况相相应应改改变变，电电枢枢磁磁势势的
26、的磁磁状状态态角角亦亦不不同同。表表10-4列列出出了了与与几几种种常常用用的的定定子子绕绕组组连连接接方方式式相相对对应应的的c、m、p值值，以以及及空空载载转转速速、平平均均电电磁磁转转矩矩、平均电流的计算公式。平均电流的计算公式。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 表 10-4 主要特性的计算公式 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 机械特性及调节特性机械特性及调节特性 反映无刷直流电动机稳态特性的反映无刷直流电动机稳态特性的 4 个基本公式是个基本公式是 电压平衡方程式电压平衡方程式 Ua=Ea+IaRa+UT 感
27、应电势公式感应电势公式 Ea=Ken 转矩平衡方程式转矩平衡方程式 T=T0+T2 电磁转矩公式电磁转矩公式 T=KTIa 无刷直流电动机基本公式与一般直流电动机基本公式在形式无刷直流电动机基本公式与一般直流电动机基本公式在形式上完全一样，上完全一样，差别只是式中各物理量和系数的计算式不同。差别只是式中各物理量和系数的计算式不同。电源电压电源电压Ua变成了变成了Ua-UT，因此无刷直流电动机的机械特性因此无刷直流电动机的机械特性和调节特性形状应与一般直流电动机相同。和调节特性形状应与一般直流电动机相同。(10-1)10.4 无刷直流电动机的运行特性无刷直流电动机的运行特性 第第1010章章 无
28、刷直流电动机无刷直流电动机 图 10-14 机械特性曲线 图 10-15 调节特性曲线 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 图图10-14所所示示的的机机械械特特性性曲曲线线产产生生弯弯曲曲现现象象是是由由于于当当转转矩矩较较大大，转转速速较较低低时时流流过过晶晶体体管管和和电电枢枢绕绕组组的的电电流流很很大大，这这时时，晶晶体体管管管管压压降降UT随随着着电电流流增增大大而而增增加加较较快快，使使加加在在电电枢枢绕绕组组上上的的电电压压不不恒恒定定而而有有所所减减小小，因因而而特特性性曲曲线偏离直线变化，线偏离直线变化，向下弯曲。向下弯曲。无无刷刷直直流流电电动动机机与与一一般般
29、直直流流电电动动机机一一样样具具有有良良好好的的伺伺服服控控制性能，制性能，可以通过改变电源电压实现无级调速。可以通过改变电源电压实现无级调速。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 10.5 无刷直流电动机的电枢反应无刷直流电动机的电枢反应 电枢反应：电机负载时电枢磁场对主磁场的影响。电枢反应：电机负载时电枢磁场对主磁场的影响。无无刷刷直直流流电电动动机机的的电电枢枢反反应应与与电电枢枢绕绕组组连连接接和和通通电电方方式式有有关关。以以三三相相非非桥桥式式晶晶体体管管开开关关电电路路供供电电的的两两极极三三相相无无刷刷电电动动机机为为例来分析其电枢反应的特点。例来分析其电枢反应的特点
30、。图 10-16无刷直流电动机的电枢反应 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 图图10-16为定子为定子A相绕组的通电状态，相绕组的通电状态，电枢磁势电枢磁势Fa的空间的空间位置为位置为A相绕组的轴线方向，相绕组的轴线方向，并保持不变。并保持不变。磁状态角磁状态角m=2/3。图中图中1和和2为磁状态角所对应的边界。为磁状态角所对应的边界。电枢磁势电枢磁势Fa可分成直轴可分成直轴分量分量Fad 和交轴分量和交轴分量Faq，当转子磁极轴线处于位置当转子磁极轴线处于位置1时，时，直直轴分量磁势轴分量磁势Fad 对转子有最强的去磁作用；对转子有最强的去磁作用；而当转子磁极轴而当转子磁极轴线
31、处于位置线处于位置2时，时，磁势磁势Fad 对转子又有最强的增磁作用。对转子又有最强的增磁作用。因此，因此，电枢磁势的直轴分量开始是去磁的，电枢磁势的直轴分量开始是去磁的，然后是增磁的，然后是增磁的，数值上数值上等于电枢磁势等于电枢磁势Fa在转子磁极轴线上的投影，在转子磁极轴线上的投影，其最大值为其最大值为在在无无刷刷直直流流电电动动机机中中，由由于于磁磁状状态态角角m比比较较大大，电电枢枢磁磁势势的的直直轴轴分分量量就就可可能能达达到到相相当当大大的的数数值值，为为了了避避免免使使永永磁磁转转子子失失磁磁，在设计中必须予以注意。在设计中必须予以注意。(10-2)第第1010章章 无刷直流电动
32、机无刷直流电动机 当转子磁极轴线位于当转子磁极轴线位于m/2位置处，位置处，电枢磁场与转电枢磁场与转子磁场正交，子磁场正交，电枢磁势电枢磁势Fa为交轴磁势，为交轴磁势，在无刷直流电在无刷直流电动机中，动机中，由于转子磁钢的磁阻很大，由于转子磁钢的磁阻很大，因此由电枢磁势因此由电枢磁势交轴分量交轴分量Faq 所引起的气隙磁场波形的畸变就显得较小，所引起的气隙磁场波形的畸变就显得较小，一般可以不计。一般可以不计。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 10.6 改变无刷直流电动机转向的方法改变无刷直流电动机转向的方法 图 10 17 正反转时定转子磁场相对位置 10.6.1 改接位置传感器
33、的输出电压信号改接位置传感器的输出电压信号 基基于于改改变变励励磁磁磁磁场场极极性性实实现现改改变变电电机机转转向向的的原原理理。图图10-17(a)和和(b)分分别别表表示示电电枢枢绕绕组组A相相导导通通时时电电机机正正、反反转转时时的的定定转转子子磁磁场场相相对对位位置置。正正反反转转时时电电枢枢电电流流方方向向不不变变，因因而而电电枢枢磁场磁场BA的方向不变。的方向不变。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 正转时在正转时在A相绕组导通时间内，相绕组导通时间内，转子磁极轴线在角转子磁极轴线在角/6与与5/6(1与与2)范围内，范围内，平均值为平均值为/2，上半圆转子极性上半圆转
34、子极性为为N，下半圆为下半圆为S，定转子磁场相互作用产生的转矩是定转子磁场相互作用产生的转矩是顺时针方向，顺时针方向，定子绕组通电顺序是定子绕组通电顺序是ABC；反转时反转时转子磁极轴线应处在角转子磁极轴线应处在角-/6与与-5/6(1与与2)范围内，范围内，平平均值为均值为-/2，上半圆转子极性为上半圆转子极性为S，下半圆为下半圆为N，电电磁转矩变为依逆时针方向，磁转矩变为依逆时针方向，电机就反转，电机就反转，定子绕组通定子绕组通电顺序变为电顺序变为ACB。所以当一相导通时，所以当一相导通时，只要将相只要将相应的转子轴线平均位置改变应的转子轴线平均位置改变电角度，电角度，电机就可反转。电机就
35、可反转。第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 为了达到上述要求，为了达到上述要求，电动机上应装有两套空间相隔电动机上应装有两套空间相隔电角电角度的位置传感器度的位置传感器Wa、Wb、Wc及及Wa、Wb、Wc，如图如图10-18所示。所示。图中，图中，Wa、Wb、Wc这套传感器输出信号供电机这套传感器输出信号供电机正转时使用。正转时使用。Wa、Wb、Wc这套传感器输出信号供电机反这套传感器输出信号供电机反转时使用。转时使用。当转子带动扇形片转动时，当转子带动扇形片转动时，这两套传感器输出这两套传感器输出信号对应地相隔信号对应地相隔电角度。电角度。图 10-18 正反转所需的两套位置传感
36、器 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 10.6.2 变换电枢电流方向 改变一相导通时的电流方向来改变电机转向。图10-19表示A相电流方向改变，电机作反转时定、转子磁场间的相对位置。这时电枢磁场方向改变了，但转子轴线的位置仍在角/65/6范围内，因此传感器输出信号可不改变。图 10-19 改变电流后定转子磁场相对位置 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 为了能使电枢绕组电流方向改变，为了能使电枢绕组电流方向改变，除了改变直流电源的极性除了改变直流电源的极性外，外，尚需在开关电路中每相接入由两个晶体管元件组成的倒尚需在开关电路中每相接入由两个晶体管元件组成的倒向线路，向
37、线路，如图如图10-20(a)所示。使定子绕组中通过正向所示。使定子绕组中通过正向(实线实线箭头箭头)和反向和反向(虚线箭头虚线箭头)电流，电流，使电机产生不同转向的转矩，使电机产生不同转向的转矩，达到正、达到正、反向旋转的目的。反向旋转的目的。图图10-22(b)是采用的另一种特殊电路，是采用的另一种特殊电路，每相只需一个晶体每相只需一个晶体管，管，同样可使定子绕组电流改变方向。同样可使定子绕组电流改变方向。图 10-20 用于正反转的倒向线路 第第1010章章 无刷直流电动机无刷直流电动机 1.无刷直流电动机能否采用一个电枢绕组，为什么?2.无刷直流电动机能否用于交流电源供电?3.如何使电机制动、倒转和调速?思考题与习题思考题与习题