方波激磁永磁無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)換向過(guò)程分析
莫會(huì)成 (西安微電機(jī)研究所)
【摘 要】對(duì)氣隙激磁磁場(chǎng)為方波、相反電勢(shì)為波頂寬度120。梯形波的永磁無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)的換向過(guò)程進(jìn)行了分析。首先根據(jù)電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱條件，求得電動(dòng)機(jī)的相電壓，然后根據(jù)電機(jī)模型求得電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)態(tài)解，并分析了電動(dòng)機(jī)在低速和高速時(shí)換向運(yùn)行及參數(shù)對(duì)換向的影響，導(dǎo)出了一些實(shí)用的計(jì)算公式。
【敘 詞】無(wú)刷電機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)永磁電機(jī)
1引言
永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)換向過(guò)程及換向?qū)﹄妱?dòng)機(jī)性能的影響很少有人涉及，尤其方波磁場(chǎng)激磁時(shí)，電動(dòng)機(jī)相反電勢(shì)一般為120o梯形波，線電勢(shì)為60。梯形波，采用傳統(tǒng)正弦波的計(jì)算公式已不能適應(yīng)，同時(shí)作為伺服電動(dòng)機(jī)，應(yīng)能在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行，而轉(zhuǎn)速的高低、參數(shù)的大小等對(duì)電動(dòng)機(jī)的換向過(guò)程和運(yùn)行特性都有很大的影響。
本文針對(duì)方波激磁永磁無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生120。梯形波反電勢(shì)的基本特點(diǎn)，對(duì)三相橋式晶體管逆變器驅(qū)動(dòng)永磁無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)的換向過(guò)程進(jìn)行分析。首先根據(jù)電動(dòng)機(jī)的對(duì)稱條件，從電動(dòng)機(jī)一個(gè)運(yùn)行周期選擇一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行分析，并求得電機(jī)的相電壓。然后根據(jù)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，將一個(gè)運(yùn)行狀態(tài)分成換向區(qū)與導(dǎo)通區(qū)，分別求得其穩(wěn)態(tài)解，推導(dǎo)出一些有用的計(jì)算公式。最后對(duì)電動(dòng)機(jī)在低速和高速時(shí)換向過(guò)程及運(yùn)行進(jìn)行對(duì)比分析，并討論各參數(shù)的影響。
2對(duì)稱條件
圖1為三相星形連接永磁無(wú)刷伺服電動(dòng)
機(jī)及其晶體管逆變器示意圖，為了便于分析，假定：
a．電動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，且轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。
b。6晶體管具有理想的開(kāi)關(guān)特性，6個(gè)續(xù)流二級(jí)管也具有理想的開(kāi)通阻斷特性。
代入式(1)，整理后可以得出電動(dòng)機(jī)相電壓與逆變橋a、b、c三點(diǎn)對(duì)地電壓之間有：
[T1]為聯(lián)系電動(dòng)機(jī)相電壓與逆變橋口、b、c三點(diǎn)電壓之間的轉(zhuǎn)換矩陣，因此，如果知道了逆變橋上a、b、c三點(diǎn)對(duì)地電壓，通過(guò)[T1]即可求得電動(dòng)機(jī)的相電壓。
電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，由于逆變器對(duì)稱觸發(fā)，因而不論是120。逆變器還是180。逆變器驅(qū)動(dòng)，其加在電機(jī)上的相電壓之間應(yīng)滿足：
[T2]為電動(dòng)機(jī)電流和電壓相互之間的轉(zhuǎn)換矩陣。也就是說(shuō)只要能求得電動(dòng)機(jī)任意π/3期間的電流值，就可通過(guò)使用轉(zhuǎn)換矩陣[T2]，求得整個(gè)周期的解。
3電機(jī)模型
根據(jù)電機(jī)的一般理論可以寫出永磁無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)的系統(tǒng)方程(參見(jiàn)圖1):
式中 Ls--電機(jī)繞組自感
M---電機(jī)繞組之間的互感由于存在:
式中 L=Ls-M
電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩為:  式中ωm——電機(jī)旋轉(zhuǎn)角速度
P一一電機(jī)極對(duì)數(shù)
方波激磁時(shí)，永磁無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)通常用120。逆變器驅(qū)動(dòng)，每一時(shí)刻電動(dòng)機(jī)有兩相繞組導(dǎo)通，每相繞組每次導(dǎo)通120o(電角度)，一個(gè)周期分成6個(gè)導(dǎo)通狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)持續(xù)60o(電角度)，不同狀態(tài)的導(dǎo)通繞組及晶體管如表1所示。
4．1換向區(qū)的求解
根據(jù)圖2a，在換向期間：
根據(jù)導(dǎo)得的對(duì)稱條件，將上式代入式(4)，可求得換向期間電機(jī)相電壓為：個(gè)狀態(tài)進(jìn)行分析，就可求出整個(gè)周期的解，下面選擇狀態(tài) |
