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直流电动机工作原理与控制方法

作者:时间:2011-11-24来源:网络收藏
直流无刷电动机三相半控桥的电压平衡方程组为:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/161385.htm

直流无刷电动机原理与控制

其中 ,直流无刷电动机原理与控制直流无刷电动机原理与控制,将其代入上式整理后,可得其机械特性方程为

直流无刷电动机原理与控制

式中 n——电动机转速(r/min );
U——电源电压(V);
△U—— 功率管管压降(V);
Kc——电动势系数;
Ta——电动机产生的电动转矩平均值(N?m);
KT——转矩系数;
R——电动机的内阻(Ω)。
  在三相半控电路中,其转矩的波动在TM 到TM/2 之间,这是直流无刷电动机不利的一面。

三相直流无刷电动机的应用
三相半控电路
  常见的三相半控电路如图8所示,图中LA、LB、LC为电动机定子A、B、C三相绕组,VF1、VF2、VF3为三只MOSFET功率管,主要起开关作用。H1、H2、H3为来自转子位置传感器的信号。如前所述,在三相半控电路中,要求位置传感器的输出信号1/3周期为高电平,2/3周期为低电平,并要求各传感器信号之间的相位也是1/3周期。

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图8 三相半控桥电路
  和一般电动机一样,在电动机起动时,由于其转速很低,故转子磁通切割定子绕组所产生的反电动势很小,因而可能产生过大电流I。为此,通常需要附加限流电路,图9为常见的一种,图中的电压比较器,主要用来限制主回路电流,当通过电动机绕组的电流I在反锁电阻Rf上的压降IRf大于某给定电压U0时,比较器输出低电平,同时关断了VF1、VF2、VF3 三只功率场效应晶体管,即切断了主电路。当IRf《U0时,比较器不起任何作用。当IRf〈U0时,比较器输出高电平,这时它不起任何作用。I0=U0/Rf 就是所要限制的电流最大值,其大小视具体要求而定。一般取额定电流的2倍左右。
直流无刷电动机原理与控制
图9 起动电流的限制
三相Y联结电路
  三相半控电路结构简单,但电动机本体的利用率很低,每个绕组只通电1/3周期,没有得到充分的利用,而且在运行中转矩波动较大。在要求较高的场合,一般均采用如图10所示的三相全控电路。三相全控电路有两两换相和三三换相两种方式

直流无刷电动机原理与控制

图10 三相全控电路
  在该电路中,电动机的三相绕组为Y联结。如采用两两通电方式,当电流从功率管VF1和VF2导通时,电流从VF1流入A相绕组,再从C相绕组经VF2流回到电源。如果认定流入绕组的电流所产生的转矩为正,那么从绕组所产生的转矩为负,他们合成的转矩大小为 ,方向在Ta和-Tc角平分线上。当电动机转过60度后,由VF1VF2通电换成VF2VF3通电。这时,电流从VF3流入B相绕组,再从C相绕组流出经VF2回到电源,此时合成的转矩大小同样为 。但合成转矩T的方向转过了60度电角度。而后每次换相一个功率管,合成转矩矢量方向就随着转过60度电角度。所以,采用三相Y联结全控电路两两换相方式,合成转矩增加了 倍。每隔60度电角度换相一次,每个功率管通电120度,每个绕组通电240度,其中正向通电和反向通电各120度。其输出转矩波形如图11所示。从图中可以看出,三相全控室的转矩波动比三相半控时小,从0.87Tm到Tm 。

直流无刷电动机原理与控制

图11 全控桥输出波形图
  三三通电方式,这种通电的顺序为VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3。当VF6VF1VF2导通时,电流从VF1管流入A相绕组,经B和C相绕组分别从VF6和VF2流出。经过60度电角度后,换相到VF1VF2VF3通电,这时电流分别从VF1和VF3流入,经A和B相绕组再流入C相绕组,经VF2流出。在这种通电方式里,每瞬间均有三个功率管通电。每隔60度换相一次,每次有一个功率管换相,每个功率管通电180度。合成转矩为1.5Ta.
  三相Δ联结电路也可以分为两两通电和三三通电两种方式。
  两两通电方式的通电顺序是VF1VF2、VF2VF3、VF3VF4、VF4VF5、VF5VF6、VF6VF1、VF1VF2,当VF1VF2导通时,电流从VF1流入,分别通过A相绕组和B、C两相绕组,再从VF2流出。这时绕组的联结是B、C两相绕组串联后再通A相绕组并联,如果假定流过A相绕组的电流为I,则流过B、C相绕组的电流分别为I/2。这里的合成转矩为A相转矩的1.5倍。
  三三通电方式的顺序是VF1VF2VF3、VF2VF3VF4、VF3VF4VF5、VF4VF5VF6、VF5VF6VF1、VF6VF1VF2、VF1VF2VF3,当VF6VF1VF2通电时,电流从VF1管流入,同时经A和B相绕组,再分别从VF6和VF2管流出,C相绕组则没有电流通过,这时相当于A、B两相绕组并联。这时相当于A、B两绕组并联,合成转矩为A相转矩的倍。

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