汽車用永磁無刷直流電機技術原理

引言

永磁無刷直流電機是近年隨著稀土永磁材料和電力電子技術的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型電機，隨著汽車電子器件的迅猛發(fā)展，車用電控單元的日新月異，無刷直流電機在汽車電器設備中的應用受到越來越多的重視。由于其具有調(diào)速范圍寬、體積小、起動迅速、運行可靠、效率高、壽命長等優(yōu)點，人們開始將其運用于汽車緩速器的研制方面。

本文以4 kW無刷直流電機安裝于汽車緩速器中的研發(fā)為依托，介紹利用VB 6．O編程語言實現(xiàn)永磁無刷電機的設計，并得出實驗數(shù)據(jù)。

1 無刷直流電動機的基本原理

用圖1所示的無刷直流電動機系統(tǒng)來說明無刷直流電動機的基本工作原理。電動機的定子繞組為三相星形聯(lián)結，位置傳感器與電動機轉(zhuǎn)子同軸，控制電路對位置信號進行邏輯變換后產(chǎn)生驅(qū)動信號，驅(qū)動信號經(jīng)驅(qū)動電路放大后控制逆變器的功率開關管，使電動機的各相繞組按一定的順序工作。當轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到圖2(a)所示的位置時，轉(zhuǎn)子位置傳感器輸出的信號經(jīng)控制電路邏輯變換后驅(qū)動逆變器，使VI1，VI6(見圖1)導通，及A，B兩相繞組通電，電流從電源的正級流出，經(jīng)VI1流入A相繞組，再從B相繞組流出，經(jīng)VI6回到電源負極。

電樞繞組在空間產(chǎn)生的磁動勢Fa如圖2(a)所示，此時定轉(zhuǎn)子磁場相互作用，使電動機的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。

當轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過60°電角度，到達圖2(b)所示位置時，同理此時VI1，VI2導通，使電動機的轉(zhuǎn)子繼續(xù)順時針轉(zhuǎn)動。

轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60°電角度，逆變器開關就發(fā)生一次切換，功率開關管的導通邏輯為VI1，VI6→VI1，VI2→VI3，VI2→VI3，VI4→VI5，VI4→VI5，VI6→VI1，VI6。在此周期，轉(zhuǎn)子始終受到順時針方向的電磁轉(zhuǎn)矩作用，沿順時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

在圖2(a)到圖2(b)的60°電角度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)子磁場沿順時針連續(xù)旋轉(zhuǎn)，而定子合成磁場在空間不是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而是一種跳躍式旋轉(zhuǎn)磁場，其步距為60°電角度。轉(zhuǎn)子在空間每轉(zhuǎn)過60°電角度，定子繞組就進行一次換流，定子合成磁場的狀態(tài)就發(fā)生一次躍變。由此可見，電動機有六種狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導通，每相繞組的導通時間為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)120°電角度的時間。這種工作方式稱為兩相導通星形三相六狀態(tài)。

只要根據(jù)磁極的不同位置，以恰當?shù)捻樞蛉ê妥钄喔飨喑鼍€端所連接的可控晶體管，始終保持轉(zhuǎn)子線圈所產(chǎn)生的磁動勢領先磁極磁動勢一定電角度的位置關系，便可使該電動機產(chǎn)生一定方向的電磁轉(zhuǎn)矩而穩(wěn)定運行。可以看出，通過借助邏輯電路來改變功率晶體管的導通順序，即可實現(xiàn)電動機正反轉(zhuǎn)。

2 軟件設計

2．1 主程序流程圖

在電機設計過程中，最主要是解決大量曲線圖表的問題，本例程采用插值法、擬合法等方法處理大量公式、曲線，雖然會產(chǎn)生小小的誤差，但使用起來方便快捷，節(jié)省時間。主程序流程圖如圖3所示。