直流无刷电动机的运行特性和调速原理

    现仍以三相星形绕组半控电路为例，推出无刷直流电动机的稳态运行基本方程，其电路如图2-14所示，图中略去检测与电子开关部分。

    图2-14    三棚星形绕组半控无刷直流电动机电路

    设转子永久磁铁所产生的磁场在电动机气隙中是按正弦规律分布，转子转角为θ时，B=Bmsinθ。当定子绕组某相通过直流电流时，电动机产生的转矩为

    Ta=ZDLBmr/sinθ    (2 -5)

式中，ZD为相导体数；L为导体有效长度；Bm为气隙磁通最大值；r为气隙半径；I为定子绕组相电流。

    由于直流无刷电动机的工作原理只是用电子换相代替机械换向器，故其机械特性的形式应当和直流他励电动机相同。调速的方法则主要是调压，不能进行调磁。

    无刷直流电动机的电压平衡方程式为

   U-△U=Ea+IR    (2-6)

   Ea=Ken    (2-7)

   Ta=KTI    (2-8)

    则可写出机械特性方程式为

    (2-9)

式中，n为电动机转速，r/min；U为直流电源电压，V；△U为功率晶体管压降，V；Ta为电动机转矩平均值，N·m；R为电动机内阻，Ω：Ke、KT分别为电势系数、转矩系数。

    和直流电动机一样，当U变化时即改变n0，电动机可以进行无级调速。但实际的无刷直流电动机调速系统是用微机控制，把检测出光电信号的高电平H1、H2、H3时刻输入到单片机，计算出电动机的转速，再与给定转速比较，输出PWM信号，控制开关管通断，从而控制电动机电流（电压）大小，使电动机的转速变化。由于在PWM控制方面以及主电路的直交拓扑结构上与变频器有些相似，故商品名称为“直流变频”。其实，“变频”二字有些名不符实，其调速原理是通过电子开关把交变的方波电流送入定子绕组，由开关频率的变化而引起电动机转速的变化。

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