汽車用永磁無刷直流電機(jī)技術(shù)原理解析

引言
　　永磁無刷直流電機(jī)是近年隨著稀土永磁材料和電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的一種新型電機(jī)，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(jī)在汽車電器設(shè)備中的應(yīng)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(yùn)行可靠、效率高、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，人們開始將其運(yùn)用于汽車緩速器的研制方面。
　　本文以4 kW無刷直流電機(jī)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(jī)的設(shè)計，并得出實驗數(shù)據(jù)。
　　1 無刷直流電動機(jī)的基本原理
　　用圖1所示的無刷直流電動機(jī)系統(tǒng)來說明無刷直流電動機(jī)的基本工作原理。電動機(jī)的定子繞組為三相星形聯(lián)結(jié)，位置傳感器與電動機(jī)轉(zhuǎn)子同軸，控制電路對位置信號進(jìn)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(guān)管，使電動機(jī)的各相繞組按一定的順序工作。當(dāng)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(dǎo)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(fù)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(jī)的轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動。
　　當(dāng)轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過60°電角度，到達(dá)圖2（b）所示位置時，同理此時VI1，VI2導(dǎo)通，使電動機(jī)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(guān)就發(fā)生一次切換，功率開關(guān)管的導(dǎo)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(jìn)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(jī)有六種狀態(tài)，每一狀態(tài)有兩相導(dǎo)通，每相繞組的導(dǎo)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(dǎo)通星形三相六狀態(tài)。
　　只要根據(jù)磁極的不同位置，以恰當(dāng)?shù)捻樞蛉?dǎo)通和阻斷各相出線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(lǐng)先磁極磁動勢一定電角度的位置關(guān)系，便可使該電動機(jī)產(chǎn)生一定方向的電磁轉(zhuǎn)矩而穩(wěn)定運(yùn)行?？梢钥闯?，通過借助邏輯電路來改變功率晶體管的導(dǎo)通順序，即可實現(xiàn)電動機(jī)正反轉(zhuǎn)。