方波激磁永磁無刷伺服電動機換向過程分析
莫會成 (西安微電機研究所)
【摘 要】對氣隙激磁磁場為方波、相反電勢為波頂寬度120。梯形波的永磁無刷伺服電動機的換向過程進行了分析。首先根據電動機的對稱條件，求得電動機的相電壓，然后根據電機模型求得電動機的穩態解，并分析了電動機在低速和高速時換向運行及參數對換向的影響，導出了一些實用的計算公式。
【敘 詞】無刷電機伺服電動機永磁電機
1引言
永磁無刷電動機換向過程及換向對電動機性能的影響很少有人涉及，尤其方波磁場激磁時，電動機相反電勢一般為120o梯形波，線電勢為60。梯形波，采用傳統正弦波的計算公式已不能適應，同時作為伺服電動機，應能在很寬的轉速范圍內運行，而轉速的高低、參數的大小等對電動機的換向過程和運行特性都有很大的影響。
本文針對方波激磁永磁無刷伺服電動機產生120。梯形波反電勢的基本特點，對三相橋式晶體管逆變器驅動永磁無刷伺服電動機的換向過程進行分析。首先根據電動機的對稱條件，從電動機一個運行周期選擇一個狀態進行分析，并求得電機的相電壓。然后根據電動機的運行特點，將一個運行狀態分成換向區與導通區，分別求得其穩態解，推導出一些有用的計算公式。最后對電動機在低速和高速時換向過程及運行進行對比分析，并討論各參數的影響。
2對稱條件
圖1為三相星形連接永磁無刷伺服電動
機及其晶體管逆變器示意圖，為了便于分析，假定：
a．電動機穩態運行，且轉速穩定。
b。6晶體管具有理想的開關特性，6個續流二級管也具有理想的開通阻斷特性。
代入式(1)，整理后可以得出電動機相電壓與逆變橋a、b、c三點對地電壓之間有：
[T1]為聯系電動機相電壓與逆變橋口、b、c三點電壓之間的轉換矩陣，因此，如果知道了逆變橋上a、b、c三點對地電壓，通過[T1]即可求得電動機的相電壓。
電動機在穩態運行時，由于逆變器對稱觸發，因而不論是120。逆變器還是180。逆變器驅動，其加在電機上的相電壓之間應滿足：
[T2]為電動機電流和電壓相互之間的轉換矩陣。也就是說只要能求得電動機任意π/3期間的電流值，就可通過使用轉換矩陣[T2]，求得整個周期的解。
3電機模型
根據電機的一般理論可以寫出永磁無刷伺服電動機的系統方程(參見圖1):
式中 Ls--電機繞組自感
M---電機繞組之間的互感由于存在:
式中 L=Ls-M
電機的電磁轉矩為:  式中ωm——電機旋轉角速度
P一一電機極對數
方波激磁時，永磁無刷伺服電動機通常用120。逆變器驅動，每一時刻電動機有兩相繞組導通，每相繞組每次導通120o(電角度)，一個周期分成6個導通狀態，每個狀態持續60o(電角度)，不同狀態的導通繞組及晶體管如表1所示。
4．1換向區的求解
根據圖2a，在換向期間：
根據導得的對稱條件，將上式代入式(4)，可求得換向期間電機相電壓為：個狀態進行分析，就可求出整個周期的解，下面選擇狀態 |
