直流電動(dòng)機(jī)工作原理與控制方法

其中 ， ， ，將其代入上式整理后，可得其機(jī)械特性方程為

式中 n——電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min ）；
U——電源電壓（V）；
△U—— 功率管管壓降（V）；
Kc——電動(dòng)勢(shì)系數(shù)；
Ta——電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電動(dòng)轉(zhuǎn)矩平均值（N?m）；
KT——轉(zhuǎn)矩系數(shù)；
R——電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻（Ω）。
　　在三相半控電路中，其轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)在TM 到TM/2 之間，這是直流無刷電動(dòng)機(jī)不利的一面。

三相直流無刷電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用
三相半控電路
　　常見的三相半控電路如圖8所示，圖中LA、LB、LC為電動(dòng)機(jī)定子A、B、C三相繞組，VF1、VF2、VF3為三只MOSFET功率管，主要起開關(guān)作用。H1、H2、H3為來自轉(zhuǎn)子位置傳感器的信號(hào)。如前所述，在三相半控電路中，要求位置傳感器的輸出信號(hào)1/3周期為高電平，2/3周期為低電平，并要求各傳感器信號(hào)之間的相位也是1/3周期。

圖8 三相半控橋電路
　　和一般電動(dòng)機(jī)一樣，在電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于其轉(zhuǎn)速很低，故轉(zhuǎn)子磁通切割定子繞組所產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)很小，因而可能產(chǎn)生過大電流I。為此，通常需要附加限流電路，圖9為常見的一種，圖中的電壓比較器，主要用來限制主回路電流，當(dāng)通過電動(dòng)機(jī)繞組的電流I在反鎖電阻Rf上的壓降IRf大于某給定電壓U0時(shí)，比較器輸出低電平，同時(shí)關(guān)斷了VF1、VF2、VF3 三只功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管，即切斷了主電路。當(dāng)IRf《U0時(shí)，比較器不起任何作用。當(dāng)IRf〈U0時(shí)，比較器輸出高電平，這時(shí)它不起任何作用。I0=U0/Rf 就是所要限制的電流最大值，其大小視具體要求而定。一般取額定電流的2倍左右。

圖9 起動(dòng)電流的限制
三相Y聯(lián)結(jié)電路
　　三相半控電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但電動(dòng)機(jī)本體的利用率很低，每個(gè)繞組只通電1/3周期，沒有得到充分的利用，而且在運(yùn)行中轉(zhuǎn)矩波動(dòng)較大。在要求較高的場(chǎng)合，一般均采用如圖10所示的三相全控電路。三相全控電路有兩兩換相和三三換相兩種方式

圖10 三相全控電路
　　在該電路中，電動(dòng)機(jī)的三相繞組為Y聯(lián)結(jié)。如采用兩兩通電方式，當(dāng)電流從功率管VF1和VF2導(dǎo)通時(shí)，電流從VF1流入A相繞組，再從C相繞組經(jīng)VF2流回到電源。如果認(rèn)定流入繞組的電流所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為正，那么從繞組所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為負(fù)，他們合成的轉(zhuǎn)矩大小為 ，方向在Ta和-Tc角平分線上。當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過60度后，由VF1VF2通電換成VF2VF3通電。這時(shí)，電流從VF3流入B相繞組，再從C相繞組流出經(jīng)VF2回到電源，此時(shí)合成的轉(zhuǎn)矩大小同樣為 。但合成轉(zhuǎn)矩T的方向轉(zhuǎn)過了60度電角度。而后每次換相一個(gè)功率管，合成轉(zhuǎn)矩矢量方向就隨著轉(zhuǎn)過60度電角度。所以，采用三相Y聯(lián)結(jié)全控電路兩兩換相方式，合成轉(zhuǎn)矩增加了 倍。每隔60度電角度換相一次，每個(gè)功率管通電120度，每個(gè)繞組通電240度，其中正向通電和反向通電各120度。其輸出轉(zhuǎn)矩波形如圖11所示。從圖中可以看出，三相全控室的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比三相半控時(shí)小，從0.87Tm到Tm 。

圖11 全控橋輸出波形圖
　　三三通電方式，這種通電的順序?yàn)閂F1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3。當(dāng)VF6VF1VF2導(dǎo)通時(shí)，電流從VF1管流入A相繞組，經(jīng)B和C相繞組分別從VF6和VF2流出。經(jīng)過60度電角度后，換相到VF1VF2VF3通電，這時(shí)電流分別從VF1和VF3流入，經(jīng)A和B相繞組再流入C相繞組，經(jīng)VF2流出。在這種通電方式里，每瞬間均有三個(gè)功率管通電。每隔60度換相一次，每次有一個(gè)功率管換相，每個(gè)功率管通電180度。合成轉(zhuǎn)矩為1.5Ta.
　　三相Δ聯(lián)結(jié)電路也可以分為兩兩通電和三三通電兩種控制方式。
　　兩兩通電方式的通電順序是VF1VF2、VF2VF3、VF3VF4、VF4VF5、VF5VF6、VF6VF1、VF1VF2，當(dāng)VF1VF2導(dǎo)通時(shí)，電流從VF1流入，分別通過A相繞組和B、C兩相繞組，再從VF2流出。這時(shí)繞組的聯(lián)結(jié)是B、C兩相繞組串聯(lián)后再通A相繞組并聯(lián)，如果假定流過A相繞組的電流為I，則流過B、C相繞組的電流分別為I/2。這里的合成轉(zhuǎn)矩為A相轉(zhuǎn)矩的1.5倍。
　　三三通電方式的順序是VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3，當(dāng)VF6VF1VF2通電時(shí)，電流從VF1管流入，同時(shí)經(jīng)A和B相繞組，再分別從VF6和VF2管流出，C相繞組則沒有電流通過，這時(shí)相當(dāng)于A、B兩相繞組并聯(lián)。這時(shí)相當(dāng)于A、B兩繞組并聯(lián)，合成轉(zhuǎn)矩為A相轉(zhuǎn)矩的倍。