永磁無刷直流電機(jī)電路計算模型及其換相分析
余莉，劉合祥易龍芳(1南京信息工程大學(xué)信息與控制學(xué)院，南京210044；2東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，南京210096；3南通大學(xué)電氣工程學(xué)院，南通226009)
摘要：在兩相導(dǎo)通三相星形六狀態(tài)永磁無刷直流電機(jī)中，其實(shí)際電動熱平頂寬度可能小于120。電角度，本文在分析其運(yùn)行模式式的基礎(chǔ)上，建立了沒及繞組電感的穩(wěn)態(tài)電路模型，并對其換相過程進(jìn)行了詳盡的分析計算，給出其相電流的解析表達(dá)式，分析出換擁前繞組電流迅速增大的原因，其分析計算結(jié)果與仿真結(jié)果以及實(shí)際測量值基本一致：
關(guān)鍵詞：電路模型；直流電動機(jī)；反電勢平頂寬度；相電流波形
0 引 言
本文即是從兩相導(dǎo)通三相星形六狀態(tài)方波永磁元刷直流電機(jī)的反電勢波形人手，建立了計及繞組電感的電路模型，并且對反電勢波形平頂寬度小于120。電角度時的換相過程進(jìn)行詳盡的分析計算，推導(dǎo)出相電流的解析表達(dá)式。
1 電路模型
在永磁無刷直流電機(jī)中，其定子繞組一般為多相對稱，以某一相為例，其端電壓方程為
勢，由于繞組中的電流隨時間變化引起，在永磁無刷直流電機(jī)中變壓器電勢僅在電機(jī)換相時存在。
在兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)是星形方波永磁無刷直流電動機(jī)中，理想情況下，旋轉(zhuǎn)電勢e(￡)為梯形波，如圖l所示，e(￡)的幅值為：
兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)星形連接方波永磁無刷直流電動機(jī)的等效電路，如圖2所示。
2.換相過程分析
在兩相導(dǎo)通三相六狀態(tài)星形永磁無刷直流電動機(jī)中，電機(jī)整個運(yùn)行過程分為換相和導(dǎo)通兩種運(yùn)行模式，六種運(yùn)行狀態(tài)即Ac_Bc→BA→cA→cB→AB，理想情況下，電機(jī)的三相繞組在空間分布上完全對稱，各相繞組的等效電路參數(shù)完全相等，忽略管壓降，功率管和續(xù)流二極管的導(dǎo)通與關(guān)斷在瞬間完成，反電勢e(f)的波形為圖1所示典型的梯形波，電機(jī)處于理想換相模式，轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60。電角度就換相一次。
反電勢的平頂波寬度為χ，一般都假設(shè)x大于或等于120°電角度，如圖3所示，而實(shí)際的極數(shù)／槽數(shù)為2／3的永磁無刷直流電機(jī)，為防止極間漏磁較大，其永磁體的極弧角會小于180°電角度，另外還有槽開口的影響，換相時其反電勢的波形并沒有達(dá)到****值，也就是其平頂寬度要小于120。電角度，其理想的反電勢波形如圖3(c)所示�？梢愿鶕�(jù)圖3(c)列出ABc蘭相的反電勢的表達(dá)式：以Ac—Bc換相為例，其換相前后的電路如圖4所示。  
t2期間，因?yàn)锳相反電勢值的減小，電路中的電流會增大；當(dāng)t2≤t≤t2時，A相電路直接短路，沒有電源供電，所以電流迅速下降到O；當(dāng)t6≤f≤f，時，a相繞組反向?qū)у�，由于a相繞組反電勢還沒有增大到負(fù)向最小值，所示相電流負(fù)向快速增大，當(dāng)t7≤t≤t8時，反電勢達(dá)到負(fù)的最小，相電流負(fù)向增大的速度變緩(只受電感、電阻電路的利問常數(shù)的影響)，并慢慢趨趨于穩(wěn)定；直到≤t8≤t9時，B相的反電勢F降使A相電流又開始迅速負(fù)向增大；t9時刻開始BA—cA換相，A相電流開始減小，當(dāng)換相結(jié)束又開始負(fù)向增大并趨于穩(wěn)定；當(dāng)t11≤t≤t12時，因?yàn)锳相反電勢的減小而使A相電流增大，t12時A相供電電壓切斷，電流迅速下降到0。圖5(b)為仿真的相電流波形，圖5(c)為實(shí)測的一永磁無刷直流電機(jī)的相電流波形，電機(jī)的參數(shù)為：供電電壓．300 V，輸出功率：zOO w，轉(zhuǎn)速4 000 r／min。從圖5可以看出，前面的分析計算結(jié)果與實(shí)際情況吻合的較好。
3結(jié)語
當(dāng)反電勢波形已知時，還可以對電機(jī)及其控制系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行精確地仿真，得到電流的波形和正確的控制策略。因此需要對反電勢波形進(jìn)行較準(zhǔn)確的分析估算；本文從磁場分析人手，對電樞感應(yīng)電動勢波形進(jìn)行了分析計算，根據(jù)磁場分析出的磁通波形來計算電動勢波，指冉電動勢平頂寬度小于120°電角度的原因，分析的結(jié)果和實(shí)際測量波形吻合的較好。
然后根據(jù)實(shí)際的電動勢波形，重點(diǎn)推導(dǎo)了三相六狀態(tài)永磁無刷直流電機(jī)電動勢平頂寬度小于120°
電角度時的電流波形，分析的結(jié)果和實(shí)測的結(jié)果完全一致。進(jìn)一步指出了電樞電流換相時出現(xiàn)興奮峰脈沖的原因。 |
