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          直流電動機工作原理與控制方法

          作者: 時間:2011-11-24 來源:網(wǎng)絡 收藏
           研究結(jié)果表明,在半導體薄片上產(chǎn)生的霍爾電動勢E可用下式表示:

          本文引用地址:http://cafeforensic.com/article/161385.htm

          直流無刷電動機原理與控制

          直流無刷電動機原理與控制


          式中RH ——霍爾系數(shù)(直流無刷電動機原理與控制 );
          IH——電流(A);
          B——磁感應強度(T);
          d——薄片厚度(m);
          p——材料電阻率(Ω*s);
          u——材料遷移率( 直流無刷電動機原理與控制);
          若在上式中各常數(shù)用KH表示,則有
          E=KHIHB
            霍爾元件產(chǎn)生的電動勢很低,直接應用很不方便,實際應用時采用霍爾集成電路。霍爾元件輸出電壓的極性隨磁場方向的變化而變化,直流無刷電動機的位置傳感器選用開關型霍爾集成電路。
            磁阻效應是指元件的電阻值隨磁感應強度而變化,根據(jù)磁阻效應制成的傳感器叫磁阻電阻。

          三相直流無刷電動機的運行特性
            要十分精確地分析直流無刷電動機的運行特性,是很困難的。一般工程應用中均作如下假定:
          (1)電動機的氣隙磁感應強度沿氣隙按正弦分布。
          (2)繞組通電時,該電流所產(chǎn)生的磁通對氣隙所產(chǎn)生的影響忽略不計。
          (3)電路在開關狀態(tài)下,功率晶體管壓降 為恒值。
          (4)各繞組對稱,其對應的電路完全一致,相應的電氣時間常數(shù)忽略不計。
          (5)位置傳感器等電路的功耗忽略不計。
            由于假設轉(zhuǎn)子磁鋼所產(chǎn)生的磁感應強度在電動機氣隙中是按正弦規(guī)律分布的,即B=BMsinθ 。這樣,如果定子某一相繞組中通一持續(xù)的直流電流,所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為
          TM=ZDLBMrIsinθ
          式中, ZD——每相繞組的有效導體數(shù);
          L——繞組中導線的有效長度,即磁鋼長度;
          r——電動機中氣隙半徑;
          I——繞組相電流。
            就是說某一相通以不變的直流后,它和轉(zhuǎn)子磁場作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也將隨轉(zhuǎn)子位置的不同而按正弦規(guī)律變化,如圖5所示。

          直流無刷電動機原理與控制

          圖5 在恒定電流下的單相轉(zhuǎn)矩
            它對外負載講,所得的電動機的平均轉(zhuǎn)矩為零。但在直流無刷電動機三相半控電路的情況下,每相繞組中通過1/3周期的矩形波電流。該電流和轉(zhuǎn)子磁場作用所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也只是正弦轉(zhuǎn)矩曲線上相當于1/3周期的一段,且這一段曲線與繞組開始通電時的轉(zhuǎn)子相對位置有關。顯然在圖6 a所示的瞬間導通晶體管,則可產(chǎn)生最大的平均轉(zhuǎn)矩。因為在這種情況下,繞組通電120度的時間里,載流導體正好處在比較強的氣隙磁場中。所以它所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動脈動最小,平均值較大。習慣上把這一點選作晶體管開始導通的基準點,定為 。在 =0度的情況下,電動機三相繞組輪流通電時所產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩如圖6b 所示。

          直流無刷電動機原理與控制

          圖6 三相直流無刷電動機半空橋轉(zhuǎn)矩
            如若晶體管的導通時間提前或滯后,則均將導致轉(zhuǎn)矩的脈動值增加,平均值減小。當 =30度時,電動機的瞬時轉(zhuǎn)矩過零點,這就是說,當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到某幾個位置時,電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為零,電動機起動時會產(chǎn)生死點。當 ≥30度后,電動機轉(zhuǎn)矩的瞬時值將出現(xiàn)負值,則總輸出轉(zhuǎn)矩的平均值更小。因此,在三相半控的情況下,特別是在起動時, 不宜大于30度,而在直流無刷電動機正常運行時,總是盡力把 角調(diào)整到0度,使電動機產(chǎn)生的平均轉(zhuǎn)矩最大。當 =0度時,可以求得輸出轉(zhuǎn)矩的平均值 :

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            電動機在電動轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)動后,旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁場就要切割定子繞組,在各相繞組上感生出電動勢,當其轉(zhuǎn)速n不變時,該電動勢波形也是正弦波,相位同轉(zhuǎn)矩相位一致。在本電路中,每相繞組在一個周期中只通電 ,因此僅在這 期間對外加電壓起作用。所以對外加電壓而言,感生電動勢波形如圖7所示。

          直流無刷電動機原理與控制

          圖7 三相直流無刷電動機半控電路的反電動勢
            同理可按下式求得感生電動勢的平均值 :

          直流無刷電動機原理與控制

            從上面的平均轉(zhuǎn)矩和平均反電動勢,便可求得直流無刷電動機穩(wěn)定運行時的電壓平衡方程式,為此首先定義反電動勢系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù):

          直流無刷電動機原理與控制

            對于某個具體的電動機,它們?yōu)槌?shù)。當然,其大小同主回路的接法以及功率晶體管的換相方式有關。

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