無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性
為簡(jiǎn)單起見，以表面式永磁體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的兩相導(dǎo)通三相星形六狀態(tài)的無刷直流電動(dòng)機(jī)為例進(jìn)行分析，并進(jìn)行如下假定：
(1)氣隙磁密在空間呈梯形波(或近似方波)分布。
（2）三相繞組對(duì)稱，其對(duì)應(yīng)的電路單元也完全一致。
（3）忽略電樞齒槽效應(yīng)、電樞反應(yīng)和換向過程等的影響。
對(duì)于表面式永磁體轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)[見圖6 2(a)或圖6—8(a)]轉(zhuǎn)子各方向磁路的磁阻基本上不隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化，所以定子相繞組的自感l(wèi)和互感m均為常數(shù)。這樣，定字三相繞組的電壓平衡方程為
式中：p為微分算子，p—d／di ua ub uc 為定子相繞組電壓；ia ib ic 為定子相繞組電流；ea eb ec 為定子相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。
當(dāng)三相繞組為y連接且沒有中線時(shí)，有
根據(jù)式(6 5)，可以得到如圖6—9所示的無刷直流電動(dòng)機(jī)的等效電路。
無刷直流電動(dòng)機(jī)氣隙磁密的波形如圖6 10(a)所示。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度為恒值時(shí)．定子每相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的波形應(yīng)該與氣隙磁密波形一致，為簡(jiǎn)化分析．可將它近似為梯形波，如圖6 10(b)所示。為了減小轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)波形的平頂寬度應(yīng)大于120。電角度，通常就把各相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)看成是平頂寬度為120。電角度的梯形波，并且各相感應(yīng)電動(dòng)
單根導(dǎo)體在氣隙磁場(chǎng)中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為
式中：la為電樞導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度；μ為導(dǎo)體的線速度，。一等茅一等手；d為電樞內(nèi)徑；p為電機(jī)極對(duì)數(shù)；τ為極距
設(shè)電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)為nφ，每相繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為
梯形波氣隙磁密的每極磁通為
式中：“ai為計(jì)算極弧系數(shù)。
計(jì)算極弧系數(shù)a．是為了便于磁路的計(jì)算而引入的系數(shù)．定義為計(jì)算極弧寬度與極距的
比值(或氣隙磁密平均值與****值的比值)。
比較式(6—6)與式(6 8)，可得
把式(6 9)代人式(6—7)，可得
從直流端看，任何時(shí)刻兩相導(dǎo)通三相星形六狀態(tài)的無刷直流電動(dòng)機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e都
是兩相繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的串聯(lián)．所以有
式中：ce為電動(dòng)勢(shì)系數(shù)，
2．電樞電流
不考慮開關(guān)器件動(dòng)作的過渡過程，并忽略電樞繞組的電感，無刷直流電動(dòng)機(jī)的電壓平衡
方程式可以簡(jiǎn)化為
式中：u為直流電源電壓；△u，為開關(guān)器件的管壓降；j。為每相電樞繞組電流；r。為每相
電樞繞組電阻。
由式（6-12）得
3．電磁轉(zhuǎn)矩
無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁功率為
根據(jù)電動(dòng)機(jī)電磁功率與電磁轉(zhuǎn)矩的基本關(guān)系，無刷直流電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為
4．電機(jī)轉(zhuǎn)速
由式(6-11、式(6-12)，可得無刷直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為
在理想空載情況下，電機(jī)轉(zhuǎn)速為
由以上推導(dǎo)過程可以看出．無刷直流電動(dòng)機(jī)的基本公式與普通直流電動(dòng)機(jī)是相似的，因此可以預(yù)計(jì)無刷盲流申動(dòng)機(jī)具有和普通直流電動(dòng)機(jī)一樣優(yōu)良的運(yùn)行特性。
三、運(yùn)行特性
1．機(jī)械特性
由式(6-16)和式(6-15)，可以得到無刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性方程，即
相應(yīng)的特性曲線如圖6 11所示。可見，無刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性為一直線，隨著直
流電源電壓的增加，機(jī)械特性向上平移，而直線斜率β保持不變。
需要注意的是，開關(guān)器件的管壓降△u不是恒定不變的。當(dāng)轉(zhuǎn)矩較大、轉(zhuǎn)速較低時(shí)，流
過電樞繞組和開關(guān)器件的電流很大，這時(shí)管壓降△u會(huì)增大，使實(shí)際加在電樞繞組上的電壓
減小。因而圖6—1 1所示的無刷直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線會(huì)偏離直線，稍微向下彎曲。
2．調(diào)節(jié)特性
根據(jù)式(6—18)．并利用te=tl的關(guān)系，可以得到無刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特眭方程，即
相應(yīng)的無刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性曲線如圖6-12所示�？梢�，無刷直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)
特性也為一直線。隨著負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl的增加，機(jī)械特性向右平移．而直線斜率a保持不變。
需要注意的是．在負(fù)載轉(zhuǎn)矩tl為零的時(shí)候，電動(dòng)機(jī)的始動(dòng)電壓u0也并非為零，而應(yīng)是開關(guān)器件管壓降的兩倍．即u0=2δu。
從以上分析可以看出，無刷直流電動(dòng)機(jī)的兩個(gè)主要運(yùn)行特性——機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性都是線性的．可以通過調(diào)節(jié)直流電源電壓實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，調(diào)速控制性能優(yōu)異。
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