直流電動機以其調(diào)速性能好、啟動轉(zhuǎn)矩大等優(yōu)點，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，在電機調(diào)速領(lǐng)域占據(jù)著很重要的位置。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是在大功率電力電子器件問世以后，直流電機拖動有逐步被交流電機拖動所取代的趨勢。但在中小功率場合，常采用永磁直流電動機，只需對電樞回路進(jìn)行控制，相對比較簡單。
一、有刷直流電機
1.調(diào)速原理與調(diào)速特性
n=(Ua-RaIa)/Ce 式1
Ce=keΦ 式2
有兩種調(diào)速方式：
1） 改變電樞端電壓Ua
2） 改變每極磁通Φ
兩種調(diào)速方式特點：
1） 改變電樞電壓調(diào)速，由式1可知如果保持磁通不變，改變電動機的電樞電壓Ua，則理想空載轉(zhuǎn)速n0 隨電樞電壓而變化，而機械特性斜率保持不變，因而可得一簇平行線。由于提高電樞電壓受到繞組絕緣耐壓的限制，因此改變Ua應(yīng)用在降壓的方向，也就是從電機的額定轉(zhuǎn)速向下調(diào)速。這種調(diào)速方式是目前直流調(diào)速系統(tǒng)采用的主要調(diào)速方案，對于永磁式直流電動機，這是****的調(diào)速方式。此種調(diào)速方式下輸出轉(zhuǎn)矩保持不變，一般應(yīng)用于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載的調(diào)速。
2） 改變磁通調(diào)速，由式1、2可知，如果保持電樞電壓不變，減弱磁通Φ ，則理想空載轉(zhuǎn)速n0隨著磁通的減弱而增加，同時機械特性的斜率也增加。一般用在額定轉(zhuǎn)速以上調(diào)速，應(yīng)用于恒功率負(fù)載。
2.直流電動機的PWM調(diào)速原理
為了獲得可調(diào)的直流電壓，利用電力電子器件的完全可控性，采用脈寬調(diào)制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成可變大小和極性的直流電壓作為電動機的電樞端電壓，實現(xiàn)系統(tǒng)的平滑調(diào)速，這種調(diào)速系統(tǒng)就稱為直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。
脈寬調(diào)制的基本原理
脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation），是利用電力電子開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)的直流脈沖序列，并通過控制脈沖的寬度或周期達(dá)到變壓的目的。所采用的電力電子器件都為全控型器件，如電力晶體管（GTR）、功率MOSFET、IGBT等。
圖4為簡單的PWM變換器的原理圖和輸出波形。
圖3 單極式PWM變換器原理圖、輸出電壓電流波形
圖4 雙極式可逆PWM變換器原理圖
通常PWM變換器是用定頻調(diào)寬來達(dá)到調(diào)壓的目的。
PWM 變換器調(diào)壓與晶閘管相控調(diào)壓相比有許多優(yōu)點，如需要的濾波裝置很小甚至只利用電樞電感已經(jīng)足夠，不需要外加濾波裝置；電動機的損耗和發(fā)熱較小、動態(tài)響應(yīng)快、開關(guān)頻率高、控制線路簡單等
為達(dá)到更好的機械特性要求，一般直流電動機都是在閉環(huán)控制下運行。經(jīng)常采用的閉環(huán)系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流截止負(fù)反饋。
二、無刷直流電動機（三相永磁無刷直流電動機、直流無刷變頻電機）
無刷直流電動機和一般的永磁有刷直流電動機相比，在結(jié)構(gòu)上有很多相似之處，用裝有永磁體的轉(zhuǎn)子取代有刷直流電機的定子磁極，用具有三相繞組的定子取代電樞，用逆變器和轉(zhuǎn)子位置檢測器組成的電子換向器取代有刷電機的機械換向器和電刷，就得到了三相永磁無刷直流電動機。和有刷電機相比，無刷電機由于革除了滑動接觸機構(gòu)，因而消除了故障的主要根源。主要特點是轉(zhuǎn)速精度高，運行噪音小，電磁噪音低，電壓利用率高，故障率低。
目前無刷直流電動機轉(zhuǎn)子材料一般為釹鐵硼永磁體。應(yīng)用較多的是小功率電機，較大功率無刷電機因為造價高和制造工藝要求高，應(yīng)用范圍還不是很廣。
無刷電動機控制原理說明
1.位置傳感器
永磁無刷直流電動機（方波電動機）中，一般采用簡易型的位置檢測器，該器件不用檢測轉(zhuǎn)子的精確位置，其檢測精度要求60度（電角度）。其主要作用是為了滿足電動機換相的要求。
位置傳感器的種類很多，有電磁式、光電式、磁敏式等。他們各具特點，然而由于磁敏式霍爾位置傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、安裝靈活方便、易于機電一體化等優(yōu)點，目前得到越來越廣泛的應(yīng)用。近年來也出現(xiàn)了無位置傳感器的無刷電動機控制系統(tǒng)。
2.換相原理
圖5 永磁無刷直流電動機的電子換向器主回路
無刷直流電機共有六個換相狀態(tài)，每個狀態(tài)有兩個管子導(dǎo)通。下表為直流電動機換相狀態(tài)總結(jié)。
表1 無刷直流電動機換相狀態(tài)
扇區(qū) 1號 6號 5號 4號 3號 2號
通電
相序 A C B
C B A C
ON開關(guān)管 1、2 1、6 5、6 5、4 3、4 3、2
因為無刷直流電動機需要根據(jù)電動機轉(zhuǎn)子的位置控制換相，轉(zhuǎn)速可以通過換相的速度計算獲得，從而構(gòu)成速度負(fù)反饋控制系統(tǒng)。無刷直流電機的速度控制精度可在1％以上。
3.無刷直流電動機應(yīng)用（可能用到功率管的地方，及功率管的規(guī)格）
在家用電器中的空調(diào)器、電冰箱、風(fēng)扇、洗衣機、跑步機等應(yīng)用無刷電動機已經(jīng)十分普遍。（驅(qū)動器、電源部分。10A600V較多）
在航空、軍事設(shè)施應(yīng)用領(lǐng)域里的雷達(dá)驅(qū)動、機載武器瞄準(zhǔn)驅(qū)動、自行火炮火力控制驅(qū)動等等，基本上都采用無刷電動機控制。
在工業(yè)控制領(lǐng)域，機器人關(guān)節(jié)驅(qū)動和自動生產(chǎn)線、電子產(chǎn)品加工裝備上的各種中小功率的驅(qū)動等，也廣泛采用無刷電動機控制。
近幾年來，無刷電動機在電動自行車上的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到********的廣泛程度。目前這類無刷電動機主要是外轉(zhuǎn)子電動機。（驅(qū)動器，電池充電器。驅(qū)動器用小功率MOS管六個5A100V，充電器中開關(guān)電源用MOS管一個10A600V）
另外，在新的重要的建筑物內(nèi)廣泛采用的自動感應(yīng)門，這類門的驅(qū)動機基本上都是無刷直流電動機。
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