永磁無刷直流電機電路計算模型及其換相分析
余莉，劉合祥易龍芳(1南京信息工程大學信息與控制學院，南京210044；2東南大學電氣工程學院，南京210096；3南通大學電氣工程學院，南通226009)
摘要：在兩相導通三相星形六狀態永磁無刷直流電機中，其實際電動熱平頂寬度可能小于120。電角度，本文在分析其運行模式式的基礎上，建立了沒及繞組電感的穩態電路模型，并對其換相過程進行了詳盡的分析計算，給出其相電流的解析表達式，分析出換擁前繞組電流迅速增大的原因，其分析計算結果與仿真結果以及實際測量值基本一致：
關鍵詞：電路模型；直流電動機；反電勢平頂寬度；相電流波形
0 引 言
本文即是從兩相導通三相星形六狀態方波永磁元刷直流電機的反電勢波形人手，建立了計及繞組電感的電路模型，并且對反電勢波形平頂寬度小于120。電角度時的換相過程進行詳盡的分析計算，推導出相電流的解析表達式。
1 電路模型
在永磁無刷直流電機中，其定子繞組一般為多相對稱，以某一相為例，其端電壓方程為
勢，由于繞組中的電流隨時間變化引起，在永磁無刷直流電機中變壓器電勢僅在電機換相時存在。
在兩相導通三相六狀態是星形方波永磁無刷直流電動機中，理想情況下，旋轉電勢e(￡)為梯形波，如圖l所示，e(￡)的幅值為：
兩相導通三相六狀態星形連接方波永磁無刷直流電動機的等效電路，如圖2所示。
2.換相過程分析
在兩相導通三相六狀態星形永磁無刷直流電動機中，電機整個運行過程分為換相和導通兩種運行模式，六種運行狀態即Ac_Bc→BA→cA→cB→AB，理想情況下，電機的三相繞組在空間分布上完全對稱，各相繞組的等效電路參數完全相等，忽略管壓降，功率管和續流二極管的導通與關斷在瞬間完成，反電勢e(f)的波形為圖1所示典型的梯形波，電機處于理想換相模式，轉子每轉過60。電角度就換相一次。
反電勢的平頂波寬度為χ，一般都假設x大于或等于120°電角度，如圖3所示，而實際的極數／槽數為2／3的永磁無刷直流電機，為防止極間漏磁較大，其永磁體的極弧角會小于180°電角度，另外還有槽開口的影響，換相時其反電勢的波形并沒有達到****值，也就是其平頂寬度要小于120。電角度，其理想的反電勢波形如圖3(c)所示�？梢愿鶕䦂D3(c)列出ABc蘭相的反電勢的表達式：以Ac—Bc換相為例，其換相前后的電路如圖4所示。  
t2期間，因為A相反電勢值的減小，電路中的電流會增大；當t2≤t≤t2時，A相電路直接短路，沒有電源供電，所以電流迅速下降到O；當t6≤f≤f，時，a相繞組反向導遒，由于a相繞組反電勢還沒有增大到負向最小值，所示相電流負向快速增大，當t7≤t≤t8時，反電勢達到負的最小，相電流負向增大的速度變緩(只受電感、電阻電路的利問常數的影響)，并慢慢趨趨于穩定；直到≤t8≤t9時，B相的反電勢F降使A相電流又開始迅速負向增大；t9時刻開始BA—cA換相，A相電流開始減小，當換相結束又開始負向增大并趨于穩定；當t11≤t≤t12時，因為A相反電勢的減小而使A相電流增大，t12時A相供電電壓切斷，電流迅速下降到0。圖5(b)為仿真的相電流波形，圖5(c)為實測的一永磁無刷直流電機的相電流波形，電機的參數為：供電電壓．300 V，輸出功率：zOO w，轉速4 000 r／min。從圖5可以看出，前面的分析計算結果與實際情況吻合的較好。
3結語
當反電勢波形已知時，還可以對電機及其控制系統的運行情況進行精確地仿真，得到電流的波形和正確的控制策略。因此需要對反電勢波形進行較準確的分析估算；本文從磁場分析人手，對電樞感應電動勢波形進行了分析計算，根據磁場分析出的磁通波形來計算電動勢波，指冉電動勢平頂寬度小于120°電角度的原因，分析的結果和實際測量波形吻合的較好。
然后根據實際的電動勢波形，重點推導了三相六狀態永磁無刷直流電機電動勢平頂寬度小于120°
電角度時的電流波形，分析的結果和實測的結果完全一致。進一步指出了電樞電流換相時出現興奮峰脈沖的原因。 |
