無刷直流電動機的運行特性
為簡單起見，以表面式永磁體轉子結構的兩相導通三相星形六狀態(tài)的無刷直流電動機為例進行分析，并進行如下假定：
(1)氣隙磁密在空間呈梯形波(或近似方波)分布。
（2）三相繞組對稱，其對應的電路單元也完全一致。
（3）忽略電樞齒槽效應、電樞反應和換向過程等的影響。
對于表面式永磁體轉子結構[見圖6 2(a)或圖6—8(a)]轉子各方向磁路的磁阻基本上不隨轉子位置的變化而變化，所以定子相繞組的自感L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 為定子相繞組感應電動勢。
當三相繞組為Y連接且沒有中線時，有
根據(jù)式(6 5)，可以得到如圖6—9所示的無刷直流電動機的等效電路。
無刷直流電動機氣隙磁密的波形如圖6 10(a)所示。當轉子旋轉速度為恒值時．定子每相繞組感應電動勢的波形應該與氣隙磁密波形一致，為簡化分析．可將它近似為梯形波，如圖6 10(b)所示。為了減小轉矩脈動，感應電動勢波形的平頂寬度應大于120。電角度，通常就把各相繞組的感應電動勢看成是平頂寬度為120。電角度的梯形波，并且各相感應電動
單根導體在氣隙磁場中的感應電動勢為
式中：la為電樞導體的有效長度；μ為導體的線速度，。一等茅一等手；D為電樞內(nèi)徑；p為電機極對數(shù)；τ為極距
設電樞繞組每相串聯(lián)匝數(shù)為Nφ，每相繞組的感應電動勢為
梯形波氣隙磁密的每極磁通為
式中：“ai為計算極弧系數(shù)。
計算極弧系數(shù)a．是為了便于磁路的計算而引入的系數(shù)．定義為計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，任何時刻兩相導通三相星形六狀態(tài)的無刷直流電動機的感應電動勢E都
是兩相繞組感應電動勢的串聯(lián)．所以有
式中：ce為電動勢系數(shù)，
2．電樞電流
不考慮開關器件動作的過渡過程，并忽略電樞繞組的電感，無刷直流電動機的電壓平衡
方程式可以簡化為
式中：U為直流電源電壓；△U，為開關器件的管壓降；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．電磁轉矩
無刷直流電動機的電磁功率為
根據(jù)電動機電磁功率與電磁轉矩的基本關系，無刷直流電動機的電磁轉矩為
4．電機轉速
由式(6-11、式(6-12)，可得無刷直流電動機的轉速為
在理想空載情況下，電機轉速為
由以上推導過程可以看出．無刷直流電動機的基本公式與普通直流電動機是相似的，因此可以預計無刷盲流申動機具有和普通直流電動機一樣優(yōu)良的運行特性。
三、運行特性
1．機械特性
由式(6-16)和式(6-15)，可以得到無刷直流電動機的機械特性方程，即
相應的特性曲線如圖6 11所示。可見，無刷直流電動機的機械特性為一直線，隨著直
流電源電壓的增加，機械特性向上平移，而直線斜率β保持不變。
需要注意的是，開關器件的管壓降△U不是恒定不變的。當轉矩較大、轉速較低時，流
過電樞繞組和開關器件的電流很大，這時管壓降△U會增大，使實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機的機械特性曲線會偏離直線，稍微向下彎曲。
2．調節(jié)特性
根據(jù)式(6—18)．并利用Te=TL的關系，可以得到無刷直流電動機的調節(jié)特眭方程，即
相應的無刷直流電動機的調節(jié)特性曲線如圖6-12所示。可見，無刷直流電動機的調節(jié)
特性也為一直線。隨著負載轉矩TL的增加，機械特性向右平移．而直線斜率a保持不變。
需要注意的是．在負載轉矩TL為零的時候，電動機的始動電壓U0也并非為零，而應是開關器件管壓降的兩倍．即U0=2ΔU。
從以上分析可以看出，無刷直流電動機的兩個主要運行特性——機械特性和調節(jié)特性都是線性的．可以通過調節(jié)直流電源電壓實現(xiàn)無級調速，調速控制性能優(yōu)異。
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