直流電動機工作原理與控制方法

式中RH ——霍爾系數(shù)（ ）；
IH——控制電流（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（ ）；
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?；魻栐敵鲭妷旱臉O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(guān)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）控制電路在開關(guān)狀態(tài)下工作，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）位置傳感器等控制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。

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工作情況下，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(guān)。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。

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 ：

　　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。

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 ：

　　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)：

　　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(guān)。